基于高頻電流注入的接地極引線故障監(jiān)視方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及特高壓直流輸電線路監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于高頻電流注入 的接地極引線故障監(jiān)視方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 特高壓直流輸電技術(shù)具有輸送容量大、輸電距離遠(yuǎn)、控制性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在電能的 遠(yuǎn)距離傳輸及區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)中發(fā)揮了舉足輕重的作用。接地極是特高壓直流輸電系統(tǒng)的重 要組成部分，主要起到提供大地回流通路、建立系統(tǒng)電壓參考點(diǎn)等作用。隨著特高壓直流輸 電工程的不斷建設(shè)和投運(yùn)，接地極的極址選擇日趨困難，同時(shí)考慮到直流偏磁對(duì)換流站設(shè) 備的影響，某些特高壓直流輸電工程的接地極距離換流站距離已超過l〇〇km，給接地極引線 的保護(hù)帶來嚴(yán)重的影響。此外，當(dāng)特高壓直流輸電系統(tǒng)以雙極平衡方式或者單極-金屬回線 方式運(yùn)行時(shí)，接地極引線上無電流，給接地極引線的故障識(shí)別和處理帶來了極大的挑戰(zhàn)。
[0003] 傳統(tǒng)的接地極引線保護(hù)廣泛采用電流不平衡保護(hù)原理，通過檢測并列運(yùn)行的兩條 接地極引線上直流電流不平衡度識(shí)別接地極引線故障，該方法具有很強(qiáng)的靈敏度。傳統(tǒng)方 式中也有將電流差動(dòng)保護(hù)及過流保護(hù)應(yīng)用于接地極引線的故障識(shí)別中，取得了較好效果。 然而，以上方法均只能用于單極-大地回線運(yùn)行方式，無法在雙極平衡方式或單極-金屬回 線方式運(yùn)行時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)接地極引線存在的隱患，可能導(dǎo)致在直流工程切換至單極-大地回 線運(yùn)行方式后發(fā)生故障，危及人畜生命安全。
[0004] 為解決雙極平衡方式運(yùn)行時(shí)接地極引線故障識(shí)別問題，現(xiàn)有技術(shù)中提出了基于注 入法的故障監(jiān)視原理，采用注入脈沖信號(hào)和高頻信號(hào)的方法檢測相應(yīng)的反射波和高頻阻 抗，進(jìn)而識(shí)別故障。但由于接地極引線高頻及暫態(tài)特征的研究并不充分，現(xiàn)有的阻抗監(jiān)視策 略在實(shí)際運(yùn)行過程中存在拒動(dòng)的情況，接地極引線故障監(jiān)視結(jié)果的可靠性較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的是現(xiàn)有技術(shù)中基于注入法監(jiān)視特高壓直流輸電接地極引線故 障可靠性低的問題。
[0006] 本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種基于高頻電流注入的接地極引線故障監(jiān)視方法，包括:在接地極引線首端注 入高頻電流信號(hào)，高頻電流信號(hào)的頻率滿足不等式：
，其中，It為接地極 弓丨線的長度，fin為高頻電流信號(hào)的頻率，U為接地極引線單位長度的電感量，&為接地極引 線單位長度的電容量;在注入高頻電流信號(hào)的同時(shí)測量接地極引線首端的同頻電壓信號(hào)； 根據(jù)接地極引線測量阻抗的模值等于同頻電壓信號(hào)的幅值與高頻電流信號(hào)的幅值之比獲 得接地極引線測量阻抗的模值;在接地極引線測量阻抗的模值小于整定值時(shí)判定接地極引 線存在故障。
[0008] 現(xiàn)有的基于注入法的接地極引線阻抗監(jiān)視方法，不能保證接地極引線測量阻抗隨 故障距離增加而單調(diào)變化，因而在實(shí)際運(yùn)行過程中存在拒動(dòng)的情況。本發(fā)明通過對(duì)接地極 引線進(jìn)行全頻段阻抗-距離的特性分析，給出了注入的高頻電流信號(hào)的頻率選擇范圍，在此 范圍內(nèi)可以保證接地極引線測量阻抗隨著故障距離的增加而單調(diào)增大，提高了監(jiān)視特高壓 直流輸電接地極引線故障的可靠性，降低了接地極引線故障識(shí)別判據(jù)的整定難度。并且，現(xiàn) 有的基于注入法的接地極引線阻抗監(jiān)視方法需要注入頻率為上萬赫茲的電流信號(hào)，而本發(fā) 明注入的高頻電流信號(hào)的頻率與接地極引線長度成反比，對(duì)于100千米長的接地極引線，需 要注入的高頻電流信號(hào)的頻率僅為幾百赫茲，因而對(duì)測量同頻電壓信號(hào)的信號(hào)采樣裝置無 特殊要求，方便實(shí)施。
[0009]可選的，高頻電流信號(hào)的頻率還滿足不等式：
>其中，H為圓周率，ki為第 一可靠性系數(shù)且為接地極引線正常運(yùn)行阻抗。通過進(jìn)一步限定注入的高頻 電流信號(hào)的頻率范圍，當(dāng)接地極引線發(fā)生金屬性短路故障時(shí)，最大的接地極引線測量阻抗 的模值小于接地極引線正常運(yùn)行阻抗的模值，且留有一定的裕度，從而保證本發(fā)明提供的 接地極引線故障監(jiān)視方法能夠可靠地識(shí)別接地極引線的全線故障，并具有一定的耐過渡電 阻的能力。
[0011] 可選的，整定值為k2X |Zn_ai|，其中，k2為第二可靠性系數(shù)且0<k2<l。
[0012] 可選的，接地極引線正常運(yùn)行阻抗根據(jù)
確定，其中，Z_mal (s)為復(fù)頻域中的接地極引線正常運(yùn)行阻抗，
RP為接地極引線末端并聯(lián)電阻的電阻值。
[0013] 可選的，接地極引線采用同桿雙回方式架設(shè)且接地極引線首端和接地極引線末端 互聯(lián)。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
[0015] 本發(fā)明提供的基于高頻電流注入的接地極引線故障監(jiān)視方法，在接地極引線首端 注入高頻電流信號(hào)，同時(shí)通過測量接地極引線首端的同頻電壓信號(hào)，間接獲得接地極引線 測量阻抗的模值，根據(jù)接地極引線測量阻抗的模值和整定值之間的關(guān)系可以判斷出接地極 引線是否發(fā)生故障。本發(fā)明提供的接地極引線故障監(jiān)視方法給出了高頻電流信號(hào)的頻率選 擇范圍，保證接地極引線測量阻抗隨故障距離的變化關(guān)系是單調(diào)的，具有可靠地識(shí)別接地 極引線全線故障的能力和一定的耐過渡電阻的能力。
【附圖說明】
[0016] 此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部 分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中：
[0017] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的基于高頻電流注入的接地極引線故障監(jiān)視方法的流程示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]針對(duì)現(xiàn)有的阻抗監(jiān)視策略在實(shí)際運(yùn)行過程中存在拒動(dòng)的情況，發(fā)明人對(duì)接地極引 線的全頻帶阻抗-距離特性進(jìn)行了研究，將接地極引線模型簡化為無損均勻傳輸線路與集 中參數(shù)電阻串聯(lián)的形式。由輸電線路波過程的微分方程推導(dǎo)，可以得到單回線路上任意兩 點(diǎn)間電壓、電流關(guān)系滿足：
[0023]式（1)~式(4)中，UK和Ik分別為接地極引線上K點(diǎn)的電壓和電流，Um和Im分別為接 地極引線上M點(diǎn)的電壓和電流，Z。為接地極引線的波阻抗，y為接地極引線的傳播系數(shù)，^為 接地極引線單位長度的電阻值，U為接地極引線單位長度的電感量，&為接地極引線單位長 度的電容量，1為接地極引線上M點(diǎn)與K點(diǎn)之間的距離。設(shè)定M點(diǎn)為阻抗監(jiān)視裝置安裝處，阻抗 監(jiān)視裝置包括信號(hào)注入裝置和信號(hào)采樣裝置，當(dāng)接地極引線上K點(diǎn)發(fā)生金屬性短路故障時(shí)， 有：
[0026]式(6)中，Ain為注入高頻電流信號(hào)的波長。由此可見，當(dāng)接地極引線上發(fā)生金屬性 短路故障時(shí)，接地極引線首端注入角頻率為的高頻電流信號(hào)后，阻抗監(jiān)視裝置檢測到的 線路阻抗Zfault為：
[0028]由上式可知，當(dāng)接地極引線的長度超過注入高頻電流信號(hào)的0.5倍波長時(shí)，一旦接 地極引線出現(xiàn)金屬性短路故障，阻抗監(jiān)視裝置檢測到的線路阻抗虛部會(huì)隨故障距離在(_ ~，+~）范圍內(nèi)呈現(xiàn)周期性變化。當(dāng)阻抗監(jiān)視裝置安裝處與故障點(diǎn)之間的故障距離1滿足式 (8)：
[0030]阻抗監(jiān)視裝置檢測到的線路阻抗虛部的模值是1的單調(diào)增函數(shù)；當(dāng)阻抗監(jiān)視裝置 安裝處與故障點(diǎn)之間的故障距離1滿足式(9):
[0032] 阻抗監(jiān)視裝置檢測到的線路阻抗虛部的模值是1的單調(diào)減函數(shù)。其中，^為非負(fù) 整數(shù)。
[0033] 根據(jù)上述分析可知，當(dāng)阻抗監(jiān)視裝置安裝處與故障點(diǎn)之間的故障距離1小于注入 高頻電流信號(hào)的〇. 25倍波長時(shí)，阻抗監(jiān)視裝置檢測到的線路阻抗與故障距離之間的關(guān)系具 有單調(diào)性。然而，當(dāng)阻抗監(jiān)視裝置安裝處與故障點(diǎn)之間的故障