一种利用单极电气量的高压直流输电线路故障极判别方法
【专利说明】一种利用单极电气量的高压直流输电线路故障极判别方法 【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种仅利用单极电气量的高压 直流输电线路故障极判别方法。 【【背景技术】】
[0002] 高压直流输电系统以其传输功率大，线路造价低，控制性能好等优点，在远距离、 大功率输电中占有越来越重要的地位，世界发达国家都把它作为大容量、远距离送电和异 步联网的主要手段，在我国也因"西电东送，南北互供，全国联网"而成为电力建设的热点。 自1989年葛洲坝至上海采用直流输电以来，我国直流输电工程数量在世界上已名列前茅。 由于高压直流输电系统的输送距离远，输电容量大，故障后暂态谐波含量丰富，使得输电线 路极间电磁耦合作用显著，当高压输电线路单极非正常运行（单极重启或单极接地故障） 时，会在健全极线路中产生感应电压、电流，会造成健全极线路保护误动作，从而导致单极 故障双极停运，危害整个电网的安全稳定运行。云广直流输电工程2010及2011年的两次 双极相继闭锁事故的起因均是一极线路故障引起了另一极电流、电压的波动，从而使得健 全极保护动作，并最终导致双极相继闭锁。
[0003] 现有对直流输电线路电磁耦合影响的研究多集中于交直流并架线路的偏磁影 响研究，以及基于数字仿真的直流输电线路互感耦合影响研究。其中，文献[同杆并架 ±500kV直流系统间相互影响的实时仿真分析，张民等]利用RTDS实时仿真软件，仿真分析 了同杆双回直流输电线路间的相互影响，以及同杆并架技术在直流输电中应用的可能性。 文献[同塔架设直流线路的相互影响研究，李新年等]基于直流系统调试现场数据及数字 仿真数据，对同塔双回直流输电线路间相互影响程度进行了分析研究。文献[±800kV直流 线路故障过程中电磁耦合特性与保护研究，周全等]利用EMTP仿真软件，对特高压直流双 极输电线路间电磁耦合特性及其影响因素进行了仿真分析，并提出了利用双极电压比值的 保护方案。文献[基于电压突变量的同塔双回直流输电线路故障选线方法，王海军等]基 于四线系统解耦理论，提出了一种利用电压突变量的双回直流输电线路故障选线方法。文 献[±800kV特高压直流线路故障选极的极波面积比值法，束洪春等]通过对特高压双极系 统故障特征分析，提出了一种利用正负极线极波波形面积比值的故障选极方法。但上述研 究所提出的保护方案都同时需要另一极或另一回线的采样信息，继电保护方案动作逻辑复 杂；所提出方案对于本线/极轻微故障及另一回线/极严重故障的区分度不足，而使得继电 保护方案存在灵敏度及可靠性不足的问题。 【
【发明内容】
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[0004] 本发明的目的在于提供一种利用单极电气量的高压直流输电线路故障极判别方 法，其具有高灵敏度高及可靠性，以解决现有技术存在的问题。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] -种利用单极电气量的高压直流输电线路故障极判别方法，高压直流输电系统包 括直流输电线路及其两端的换流站，直流输电线路包括正极、负极输电线路；所述利用单极 电气量的高压直流输电线路故障极判别方法具体包括：
[0007] 步骤一，从整流侧本极直流输电线路电气量测量装置中获得电气量信号；
[0008] 步骤二，根据步骤一获得的电气量信号计算本极线路突变电气量，本极线路突变 电气量大于故障选极起动门槛值时，执行步骤三；
[0009] 步骤三，利用步骤一中获得的电气量信号，通过低通数字滤波器，获得本极直流输 电线路低频电气量；
[0010] 步骤四，比较本极低频电气量与设定的故障选极门槛值的大小，当本极低频电气 量大于设定的故障选极门滥值时，判定本极为输电线路故障极。
[0011] 本发明进一步的改进在于：正、负极直流输电线路均装设有电气量测量装置；所 述电气量测量装置为分流器及分压器。
[0012] 本发明进一步的改进在于：步骤二中的故障选极起动门槛值由输电线路参数及正 常运行时额定电气量决定；步骤四中的故障选极门槛值由输电线路参数及正常运行时额定 电气量决定。
[0013] 本发明进一步的改进在于：步骤二中的故障选极起动门滥值为Isf3t_s= 0. 10*1 ^或 Uset s= 0. KMJe;其中，I e、Ue为直流输电系统额定电流、电压。
[0014] 本发明进一步的改进在于：步骤四中的故障选极门滥值为Isf3t= 0.1 S=IiIf3Susf3t = 0. 25*14;其中，I P 14为直流输电系统额定电流、电压。
[0015] 本发明进一步的改进在于：所设定的故障极选择门槛值小于发生输电线路单极最 轻微故障时，由步骤三计算的故障极线路低频电气量，并且大于输电线路单极最严重故障 时，由步骤三计算的健全极线路低频电气量。
[0016] 本发明进一步的改进在于：步骤二、三、四中的电气量信号为电流信号或电压信 号；步骤二中的突变电气量利用故障电气量减去故障前电气量得到；步骤三中的低频电气 量利用采样得电气量通过低通数字滤波器滤波得到。
[0017] 本发明进一步的改进在于：其中步骤二按照以下方法进行：根据公式（4)或公式 (5)计算突变电气量，当突变电气量大于故障极判别起动门滥值时判定起动故障极判别元 件；
[0018] 公式⑷、（5)左边分别为直流输电线路突变量电压、电流，公式（4)、（5)右边分别 为故障选极起动元件电压、电流门滥值；
[0019] AiJkmsets (4)
[0020] AU(t)(k) >Uset_s (5)
[0021] 其中：Φ = p，n，分别表示正极电流、负极电流；k = 1，2，…，N为采样点，突变量 电流AiJk) = h GO-I4^i4l (k)为直流输电线路电流采样值，^为直流输电系统正常运 行时电流量；突变量电压Au4l (k) = U41 GO-U41, U41 (k)为直流输电线路电压采样值，U41为 直流输电系统正常运行时的电压量；起动门槛值Iset_ s=〇. l〇*Ie，Uset_s=0. 10*Ue，其中，Ie、 ^为直流输电系统额定电流、电压。
[0022] 本发明进一步的改进在于：其中步骤三、四按照以下方法进行：根据公式（6)或公 式（7)计算低频电气量，当低频电气量大于故障选极门槛值时判定为故障极，公式（6)、（7) 左边分别为直流输电线路低频电压、电流，公式（6)、（7)右边分别为故障选极元件电压、电 流门槛值；
[0023] IL4)(k)>Iset (6)
[0024] UL4)(k)>Uset (7)
[0025] 其中：Φ = p, n，分别表示正极电流、负极电流；k = 1，2,…，N为采样点，I1^4j (k)、 (k)为直流线路采样电压、电流信号通过低通数字滤波器滤波得到的低频电压、电流， 其中低通数字滤波器截止频率为300Hz ;故障选极门槛值Iset= 0. 15*1 e，Uset= 0. 25*Ue。
[0026] 相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0027] 1、本方法采用本极电气量作为判据的原始信息，仅需单极测量得电气量即可实现 直流输电线路故障极的判别，不受直流输电线路极间电磁耦合的影响；
[0028] 2、本发明利用本极低频电气量构成故障极选择判据，是基于故障极与健全极电气 量信号的频谱差异，提出高压直流输电线路故障极判别方案，构造的故障选极方案理论完 备、选择性好、可靠性高；