一種利用單極電氣量的高壓直流輸電線路故障極判別方法
【專利說(shuō)明】一種利用單極電氣量的高壓直流輸電線路故障極判別方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種僅利用單極電氣量的高壓 直流輸電線路故障極判別方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 高壓直流輸電系統(tǒng)以其傳輸功率大，線路造價(jià)低，控制性能好等優(yōu)點(diǎn)，在遠(yuǎn)距離、 大功率輸電中占有越來(lái)越重要的地位，世界發(fā)達(dá)國(guó)家都把它作為大容量、遠(yuǎn)距離送電和異 步聯(lián)網(wǎng)的主要手段，在我國(guó)也因"西電東送，南北互供，全國(guó)聯(lián)網(wǎng)"而成為電力建設(shè)的熱點(diǎn)。 自1989年葛洲壩至上海采用直流輸電以來(lái)，我國(guó)直流輸電工程數(shù)量在世界上已名列前茅。 由于高壓直流輸電系統(tǒng)的輸送距離遠(yuǎn)，輸電容量大，故障后暫態(tài)諧波含量豐富，使得輸電線 路極間電磁耦合作用顯著，當(dāng)高壓輸電線路單極非正常運(yùn)行（單極重啟或單極接地故障） 時(shí)，會(huì)在健全極線路中產(chǎn)生感應(yīng)電壓、電流，會(huì)造成健全極線路保護(hù)誤動(dòng)作，從而導(dǎo)致單極 故障雙極停運(yùn)，危害整個(gè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。云廣直流輸電工程2010及2011年的兩次 雙極相繼閉鎖事故的起因均是一極線路故障引起了另一極電流、電壓的波動(dòng)，從而使得健 全極保護(hù)動(dòng)作，并最終導(dǎo)致雙極相繼閉鎖。
[0003] 現(xiàn)有對(duì)直流輸電線路電磁耦合影響的研究多集中于交直流并架線路的偏磁影 響研究，以及基于數(shù)字仿真的直流輸電線路互感耦合影響研究。其中，文獻(xiàn)[同桿并架 ±500kV直流系統(tǒng)間相互影響的實(shí)時(shí)仿真分析，張民等]利用RTDS實(shí)時(shí)仿真軟件，仿真分析 了同桿雙回直流輸電線路間的相互影響，以及同桿并架技術(shù)在直流輸電中應(yīng)用的可能性。 文獻(xiàn)[同塔架設(shè)直流線路的相互影響研究，李新年等]基于直流系統(tǒng)調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及數(shù)字 仿真數(shù)據(jù)，對(duì)同塔雙回直流輸電線路間相互影響程度進(jìn)行了分析研究。文獻(xiàn)[±800kV直流 線路故障過(guò)程中電磁耦合特性與保護(hù)研究，周全等]利用EMTP仿真軟件，對(duì)特高壓直流雙 極輸電線路間電磁耦合特性及其影響因素進(jìn)行了仿真分析，并提出了利用雙極電壓比值的 保護(hù)方案。文獻(xiàn)[基于電壓突變量的同塔雙回直流輸電線路故障選線方法，王海軍等]基 于四線系統(tǒng)解耦理論，提出了一種利用電壓突變量的雙回直流輸電線路故障選線方法。文 獻(xiàn)[±800kV特高壓直流線路故障選極的極波面積比值法，束洪春等]通過(guò)對(duì)特高壓雙極系 統(tǒng)故障特征分析，提出了一種利用正負(fù)極線極波波形面積比值的故障選極方法。但上述研 究所提出的保護(hù)方案都同時(shí)需要另一極或另一回線的采樣信息，繼電保護(hù)方案動(dòng)作邏輯復(fù) 雜；所提出方案對(duì)于本線/極輕微故障及另一回線/極嚴(yán)重故障的區(qū)分度不足，而使得繼電 保護(hù)方案存在靈敏度及可靠性不足的問(wèn)題。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種利用單極電氣量的高壓直流輸電線路故障極判別方 法，其具有高靈敏度高及可靠性，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種利用單極電氣量的高壓直流輸電線路故障極判別方法，高壓直流輸電系統(tǒng)包 括直流輸電線路及其兩端的換流站，直流輸電線路包括正極、負(fù)極輸電線路；所述利用單極 電氣量的高壓直流輸電線路故障極判別方法具體包括：
[0007] 步驟一，從整流側(cè)本極直流輸電線路電氣量測(cè)量裝置中獲得電氣量信號(hào)；
[0008] 步驟二，根據(jù)步驟一獲得的電氣量信號(hào)計(jì)算本極線路突變電氣量，本極線路突變 電氣量大于故障選極起動(dòng)門檻值時(shí)，執(zhí)行步驟三；
[0009] 步驟三，利用步驟一中獲得的電氣量信號(hào)，通過(guò)低通數(shù)字濾波器，獲得本極直流輸 電線路低頻電氣量；
[0010] 步驟四，比較本極低頻電氣量與設(shè)定的故障選極門檻值的大小，當(dāng)本極低頻電氣 量大于設(shè)定的故障選極門濫值時(shí)，判定本極為輸電線路故障極。
[0011] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：正、負(fù)極直流輸電線路均裝設(shè)有電氣量測(cè)量裝置；所 述電氣量測(cè)量裝置為分流器及分壓器。
[0012] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：步驟二中的故障選極起動(dòng)門檻值由輸電線路參數(shù)及正 常運(yùn)行時(shí)額定電氣量決定；步驟四中的故障選極門檻值由輸電線路參數(shù)及正常運(yùn)行時(shí)額定 電氣量決定。
[0013] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：步驟二中的故障選極起動(dòng)門濫值為Isf3t_s= 0. 10*1 ^或 Uset s= 0. KMJe;其中，I e、Ue為直流輸電系統(tǒng)額定電流、電壓。
[0014] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：步驟四中的故障選極門濫值為Isf3t= 0.1 S=IiIf3Susf3t = 0. 25*14;其中，I P 14為直流輸電系統(tǒng)額定電流、電壓。
[0015] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：所設(shè)定的故障極選擇門檻值小于發(fā)生輸電線路單極最 輕微故障時(shí)，由步驟三計(jì)算的故障極線路低頻電氣量，并且大于輸電線路單極最嚴(yán)重故障 時(shí)，由步驟三計(jì)算的健全極線路低頻電氣量。
[0016] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：步驟二、三、四中的電氣量信號(hào)為電流信號(hào)或電壓信 號(hào)；步驟二中的突變電氣量利用故障電氣量減去故障前電氣量得到；步驟三中的低頻電氣 量利用采樣得電氣量通過(guò)低通數(shù)字濾波器濾波得到。
[0017] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：其中步驟二按照以下方法進(jìn)行：根據(jù)公式（4)或公式 (5)計(jì)算突變電氣量，當(dāng)突變電氣量大于故障極判別起動(dòng)門濫值時(shí)判定起動(dòng)故障極判別元 件；
[0018] 公式⑷、（5)左邊分別為直流輸電線路突變量電壓、電流，公式（4)、（5)右邊分別 為故障選極起動(dòng)元件電壓、電流門濫值；
[0019] AiJkmsets (4)
[0020] AU(t)(k) >Uset_s (5)
[0021] 其中：Φ = p，n，分別表示正極電流、負(fù)極電流；k = 1，2，…，N為采樣點(diǎn)，突變量 電流AiJk) = h GO-I4^i4l (k)為直流輸電線路電流采樣值，^為直流輸電系統(tǒng)正常運(yùn) 行時(shí)電流量；突變量電壓Au4l (k) = U41 GO-U41, U41 (k)為直流輸電線路電壓采樣值，U41為 直流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的電壓量；起動(dòng)門檻值Iset_ s=〇. l〇*Ie，Uset_s=0. 10*Ue，其中，Ie、 ^為直流輸電系統(tǒng)額定電流、電壓。
[0022] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：其中步驟三、四按照以下方法進(jìn)行：根據(jù)公式（6)或公 式（7)計(jì)算低頻電氣量，當(dāng)?shù)皖l電氣量大于故障選極門檻值時(shí)判定為故障極，公式（6)、（7) 左邊分別為直流輸電線路低頻電壓、電流，公式（6)、（7)右邊分別為故障選極元件電壓、電 流門檻值；
[0023] IL4)(k)>Iset (6)
[0024] UL4)(k)>Uset (7)
[0025] 其中：Φ = p, n，分別表示正極電流、負(fù)極電流；k = 1，2,…，N為采樣點(diǎn)，I1^4j (k)、 (k)為直流線路采樣電壓、電流信號(hào)通過(guò)低通數(shù)字濾波器濾波得到的低頻電壓、電流， 其中低通數(shù)字濾波器截止頻率為300Hz ;故障選極門檻值Iset= 0. 15*1 e，Uset= 0. 25*Ue。
[0026] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0027] 1、本方法采用本極電氣量作為判據(jù)的原始信息，僅需單極測(cè)量得電氣量即可實(shí)現(xiàn) 直流輸電線路故障極的判別，不受直流輸電線路極間電磁耦合的影響；
[0028] 2、本發(fā)明利用本極低頻電氣量構(gòu)成故障極選擇判據(jù)，是基于故障極與健全極電氣 量信號(hào)的頻譜差異，提出高壓直流輸電線路故障極判別方案，構(gòu)造的故障選極方案理論完 備、選擇性好、可靠性高；