一种直流电流互感器伴生型故障的直流保护测试方法和系统与流程

本发明涉及一种直流电流互感器伴生型故障的直流保护测试方法和系统，属于直流输电系统故障测试。

背景技术：

1、直流互感器是直流输电系统建设和运行过程中重要的一次设备，为直流控保系统提供了精确可靠的测量信息，其运行可靠性和测量准确性以及暂态阶跃响应能力直接关系到直流输电系统的安全稳定运行。直流互感器不可能达到100%的正确传变一次电压电流值，会发生故障，互感器故障下一般是可以发出告警信息，而直流控制保护设备可以根据这些告警信息来对保护控制功能进行退出而确保直流输电系统的运行安全。直流输电系统发生故障和直流互感器发生故障都是小概率事件，这两种小概率事件在毫秒级时间段同时发生的概率可以基本认为是零；但直流互感器有一种伴生型故障，即平时能正确传变一次电流电压数据但在直流输电系统发生一次故障的瞬间，直流互感器受故障干扰、应力或电气等影响诱发故障导致直流控制保护非正确动作。这种故障最难识别，控制保护也最难防范，保护装置对于该异常的行为分析也很难实现。

2、目前已在运行的换流站大量采用正弦波调制的光学电流互感器（foct）。foct均采用压电陶瓷pzt调制器的正弦波调制方式，由电子单元给pzt施加一个正弦波电压信号，调制频率为83.3khz。由于foct采用的光源为能量输出光纤，布置在户外时其光源器件寿命大幅下降，所以一般配置光源器件的电子单元布置在控制室内，那么电子单元与压电陶瓷pzt间就存在一个大约400~500米的传输距离，这个传输距离就使得调制电压变得极不稳定，当交流系统发生接地故障时，接地点与换流变接地点存在零序通道，这个零序通道的高频电流就在电子单元与控制室两个接地点间形成干扰的高频地网电压差（两个接地点间的阻抗基本可以认为是一个纯感性负载，所以高频电流会产生高频电压差），这个电压差会叠加在调制电压上形成干扰，影响foct对一次电流的正确传变。调制电压受干扰后的波形与一次系统故障之间不太容易区分，很容易造成保护装置误判。但该类型故障故障的表现形式不相同，主要有三种表现，一是一次系统故障引起foct传变故障轻微不影响保护动作行为的准确性，二是foct传变故障同时伴随告警信息，直流保护处于闭锁状态，三是foct传变故障但没有告警信息导致直流保护不正确动作的发生。

3、现有的直流保护故障测试主要有三种方式：1、rtds仿真测试，但需要搭建复杂的测试系统，测试成本高，测试时间长，现场不具备测试条件。2、直流保护测试仪测试，通过直流保护测试仪模拟直流电流互感器故障下的输出进行直流保护故障测试，但只能施加直流量突变及交流量叠加，无法施加完整的暂态过程信息，同时也无法仿真直流互感器传变过程由于伴生型故障带来的影响。2、录波回放，但该方式需要投运后获取原始数据后再进行测试，不能反应伴生型故障带来的直流互感器传变及故障特性对直流保护动作行为的影响。

4、因此，需要有一种基于foct的伴生型故障下数据传变的测试方法，完成直流保护的故障过程测试，来模拟整个故障过程下直流保护的响应。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种通过模拟故障后互感器在正常情况下与干扰情况下的输出，从而完成电流互感器异常伴生型故障的直流保护测试方法和系统。

2、为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种直流电流互感器伴生型故障的直流保护测试方法，包括：模拟生成故障前后的直流输电系统参数；

3、基于所述直流输电系统参数，分别构建直流输电系统故障后直流侧一次电流在换相失败下的输出函数和不发生换相失败下的输出函数，并得到相应的包含换相失败和不发生换相失败的一次电流数据；

4、根据地网电压生成直流电流互感器所受的干扰数据；

5、计算在地网电压干扰下，直流电流互感器调制回路的实际调制电压，并根据实际调制电压得到直流电流互感器在干扰下的调制深度，进而根据在干扰下的调制深度求得直流电流互感器输出电流与一次电流之间的放大倍数；

6、根据一次电流数据模拟生成故障后正确采样的直流电流互感器输出数据；结合一次电流数据和所述放大倍数模拟生成故障后采样异常的直流电流互感器输出数据，并生成异常错误标志；

7、利用故障后正确采样的直流电流互感器输出数据进行正确采样的直流保护测试；利用故障后采样异常的直流电流互感器输出数据和异常错误标志进行采样异常的直流保护测试，并记录两测试中直流保护动作行为的区别。

8、对上述技术方案的进一步设计为：故障后直流侧一次电流在换相失败下的输出函数为：

9、；

10、其中，

i

d(

t)为t时刻换相失败下的一次电流，

i

dc0为故障前的稳态直流电流，

t

m为交流侧发生短路的时刻，

u

dc0为故障前逆变侧理想空载直流电压，σ为衰减系数，

ω

0为谐振角频率，

ω

2为衰减振荡角频率，

l、

r、

c分别是直流线路的等效电感、电阻和电容。

11、进一步的：故障后直流侧一次电流在不发生换相失败下的输出函数为：

12、；

13、其中，

i

‘

d(

t)为

t时刻不发生换相失败的一次电流，

τ1为一次故障衰减时间常数，

ω为交流系统角频率，

τ2为二次谐波衰减时间常数。

14、进一步的：直流电流互感器所受的地网干扰电压为；

15、；

16、其中，

uinter(

t)为直流电流互感器t时刻所受的地网干扰电压，

uinter为地网干扰电压峰值，

ωinter为干扰电压频率，

τinter为干扰电压衰减时间常数。

17、进一步的：在地网电压干扰下，直流电流互感器调制回路的实际调制电压为：

18、；

19、其中，

v(

t)为干扰下t时刻的实际调制电压，

vm为互感器理论调制电压。

20、进一步的：直流电流互感器在干扰下的调制深度为：

21、；

22、其中，

kmod1为干扰下的调制深度，

vm1为干扰下的实际调制电压在互感器调制频率下的幅值，

k为调制系数。

23、进一步的：根据在干扰下的调制深度求得直流电流互感器与实际一次电流之间的放大倍数的公式为：

24、；

25、其中，

mag(

t

n)为放大倍数，

j

1(

kmod1(

t

n))、

j

2(

kmod1(

t

n))分别为干扰下的调制深度1阶、2阶贝塞尔函数，

t

n为离散采样时刻。

26、进一步的：生成异常错误标志的方法为：

27、当时，将数据异常标志位置成1；

28、其中，

palarm为互感器光强二次谐波异常定值，

kmod为互感器额定调制深度。

29、本发明还提供一种直流电流互感器伴生型故障的直流保护测试系统，其特征在于：包括上位机和测试主机，所述上位机用于根据直流输电系统参数按照前述的直流电流互感器伴生型故障的直流保护测试方法生成故障后正确采样的直流电流互感器输出数据和故障后采样异常的直流电流互感器输出数据，以及异常错误标志，并将生成的数据传输给测试主机；测试主机用于根据生成的数据进行直流保护测试。所述测试主机采用fpga+arm双处理器架构的zynq芯片。

30、本发明技术方案与现有技术相比具有的有益效果为：

31、本发明在交流侧单相接地故障下模拟生成直流侧一次电流数据，并构建地网电压对互感器的干扰，生成故障后正确采样的直流电流互感器输出数据和故障后采样异常的直流电流互感器输出数据，通过两组输出数据分别完成直流保护测试，从而现场模拟完成电流互感器异常伴生型故障的影响性测试，为后续直流保护的优化以及故障分析提供测试依据。

32、本发明将直流侧电流通过是否换相失败建立两个测试函数，从而涵盖交流侧故障下直流侧的多种表现形式，并通过地网高频电流的零序通道建立干扰电压，得到干扰下互感器调制电压的变化，再根据干扰下互感器调制电压求取调制深度变化，从而简化了干扰后的互感器的输出模型，并通过调制后光功率二次谐波的变化判断互感器是否能发出告警信号，从而模拟现场互感器在干扰情况下的告警标志位置位对保护装置的影响。

33、本发明构建的测试系统，结构简单，测试成本低，可进行电流互感器异常伴生型故障的现场测试。