[发明专利]基于瞬态电场的非接触式柔直系统关键设备动作时序检测方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于瞬态电场的非接触式柔直系统关键设备动作时序检测方法及系统，通过监测和判断关键设备在系统操作及故障条件下引起的瞬态电场信号作为判断设备动作时序的有效手段。本发明通过实验验证，系统操作及故障条件下引起瞬态电场信号可以作为监测和判断设备动作时序的有效手段，且时序检测精度高达微秒级别，远高于目前直流输电系统内电压、电流信号监测系统的响应速度，同时该方法具有成本低、非接触式、操作灵活等优点，在柔直系统设备状态监测的应用中具有潜在工程价值。

技术领域

本发明属于输电变电站设备故障诊断技术领域，具体涉及一种基于瞬态电场的非接触式柔直系统关键设备动作时序检测方法及系统，即一种基于瞬态电场的非接触式柔直系统MMC及直流断路器动作时序检测方法及系统。

背景技术

模块化多电平换流器(Modular multilevel converter，MMC)和直流断路器是直流输电工程的关键设备，特别在柔性直流输电和直流电网中具有重要的作用。柔直系统变电站的一次设备与二次控制设备距离近，电磁兼容与电磁安全问题突出。同时直流断路器的工作原理与过程相比交流断路器更为复杂，迫切需要对其工作状态进行监测，以保障柔直电网的安全运行。

试验表明MMC和断路器在进行开关操作时，所引发的系统电压、电流突变过程会在断路器周围外部空间辐射出瞬态电磁场(以下简称“开关辐射场”)。开关辐射场能够反映出断路器的工作过程，国际大电网委员会(CIGRE/CIRED)专门成立了联合工作组来研究断路器等高压开关的非接触式状态监测方法，特别指出了利用开关辐射场来进行断路器状态监测的有效性。测量结果表明，开关辐射场能够反映出直流断路器的工作过程，如混合式直流断路器开断过程中的主支路及转移支路闭锁过程、换流阀闭锁、交流断路器闭锁等动作。可见对于柔直系统关键设备，无论从电磁兼容的角度，还是从设备状态监测的角度，均需要对其开关辐射场进行深入研究。

目前直流换流站中的故障监测系统大都直接基于对设备电流、电压的测量，监测系统采样率只有10Ksps，对应的响应时间大于0.1ms，该时间精度无法提前或及时发现设备故障，进而导致无法采取相应保护操作。尚未发现在直流系统中基于电磁场信号对设备进行动作时序检测及故障诊断的相关报道。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种基于瞬态电场的非接触式柔直系统关键设备动作时序检测方法及系统，能够实现直流系统中基于电磁场信号对设备进行动作时序检测及故障诊断的目的，从而提前或及时发现设备故障，积极采取相应措施进行设备保护操作，降低风险和故障率。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开的一种基于瞬态电场的非接触式柔直系统关键设备动作时序检测方法，包括以下步骤：

1)在直流换流站的关键设备周围布放电场传感器；

2)对直流换流站的关键设备进行电场监测并记录：正常状态下电场监测无瞬态电场信号；当监测到脉冲电场信号时，判断系统有无人为操作发生，若没有，则判断当前系统存在故障风险；

3)基于步骤2)电场监测反映的波形时序规律，与该关键设备的历史电场数据特征相比较，判断系统处于正常动作或发生故障。

优选地，步骤1)中，布放电场传感器的位置包括：母线出线处、阀电路部件、阀与穿墙套管间的器件、连接线与换流器和交流滤波器之间的电路器件、连接线与阀厅穿墙套管与直流母线之间的器件以及直流场母线和电力线连接线附近位置。

进一步优选地，布放电场传感器的位置根据测点现场实际需求选择3～6个测试点。

优选地，步骤1)中，电场传感器的响应频带覆盖10kHz-500MHz的范围，测量范围为-50kV/m到50kV/m。

优选地，步骤2)中，采用基于电小天线原理的纳秒级瞬态电场光纤测量系统进行电场监测。