一种高压直流输电线路电流差动保护综合配置方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统高压直流输电线路继电保护的技术领域，具体地，涉及一种 高压直流输电线路电流差动保护综合配置方法。
【背景技术】
[0002] 众所周知，随着我国科学技术的发展，超高压、特高压直流输电系统在我国得到了 广泛的运用，现已建成、正在筹建多条±800kV特高压直流输电线路，为我国未来电能输送 将发挥无可替代的巨大贡献。为了确保上述线路安全稳定地发挥效能，必然需要相应可靠 的继电保护来保驾护航。
[0003] 由于历史缘故，受技术、工艺等因素的制约，不像交流输电那样控制与保护彼此分 开、相互独立的特点，即直流系统的相关故障有时不得不通过潮流控制消除。正是由于其特 殊的运行机理和控制方式，造成了相关的运行事故。根据我国已投运的直流输电系统所配 备的继电保护主要来源于ABB公司和SIEMENS公司的事实，因此在此所涉及传统的继电保 护主要包括以行波保护、微分欠压保护等构成的主保护和以电流差动保护、低电压保护等 构成的后备保护，由此形成直流输电线路相对完整的继电保护体系。
[0004] 行波保护的特点在于有效地利用了故障发生时从故障点向外侧传播的暂态故障 行波，达到鉴别故障性质的目的。各公司在利用行波的特性时所反映的状态将有所不同，因 此在动作时间、抗干扰能力和耐故障电阻等方面也体现出微量的差异。但是行波保护的最 大缺陷是可靠性较差，容易受到外界电磁干扰的影响，特别是雷电等干扰因素的影响，往往 会引导发生保护误动；其次，也体现出行波保护在耐故障电阻、故障分辨灵敏度以及保护整 定等方面存在着不可克服的原理性缺陷；最后，它对数据的采集速率和测量精度都提出了 较高的技术要求。
[0005] 微分欠压保护的特点在于如何获得电压的微分计算结果以及实际幅值的变化定 量确定保护的动作情况，它既是直流输电线路的主保护，又承担行波保护的后备保护作用。 它的动作速度略微迟于行波保护，特别作为微分欠压保护，可以在行波保护退出、电压变化 率不足以启动保护时发挥相关作用。但是耐故障电阻能力低、故障甄别灵敏度差和缺乏必 要理论支持是它的主要弱点。
[0006] 低压保护的特点在于对运行电压幅值状态进行检测以确定保护动作，它的实际使 用率不高且理论研宄也相对不足。低压保护主要包括线路和极控两种，前者的整定值相对 较高，它动作后将启动线路重启程序，而后者则动作后将闭锁故障极，因此已经超出线路保 护的范畴。它应该在行波保护、微分欠压保护未动并且电流差动保护来不及动作的情况下 发挥其保护功能。但是它的主要问题在于整定缺乏依据、没有方向识别功能及动作速度仍 较慢等。
[0007] 传统电流差动保护的特点在于无论直流线路的拓扑结构如何，都能确保其具有绝 对的故障甄别选择性。但是在该算法中没有考虑超长距离线路分布电容以及潮流控制所呈 高频谐波的影响，也缺乏交流差动保护所设制动量的平衡，因此只能通过调高动作门槛或 者增加等待延时等待两种方法确保相关保护的可靠性。通过调高动作门槛可以避免相关干 扰所带来的影响，但是同时也降低了故障甄别的灵敏度。通过增加等待延时可以获得干扰 衰减后灵敏甄别故障的效果，但是保护的速度将明显降低。实际动作速度较交流差动保护 要慢许多，根据分析等待延时需达到秒级。由于在直流输电的调控过程中，电力电子控制的 反应速度相对更快，因此多次引发极控低压保护及最大触发角保护的动作，造成闭锁故障 极，线路因此被迫停运这样的运维事故；同时，该差动保护几乎不能甄别高阻故障。
[0008] 除了上述诸项保护之外，还根据在交流系统中成熟的实践经验相应提出了的若干 种其它的保护方案，如电流横差保护和线路距离保护，以及根据在直流输电中所呈现功率 倒向现象、方向元件适用性等方面广泛获得的研宄成果。由于上述保护也都存在原理性的 局限性，因此只能作为后备保护或者某项保护的辅助功能项。
[0009] 为什么在如何之多继电保护配置的基础上，直流输电线路仍然不能消除运行事故 的隐患呢？除了上述各种保护原理其自身所存在的技术缺陷外，直流输电系统的复杂性也 使得任何保护方案都无法能够全面适应所面临的各种复杂运行环境，因此必然会出现这样 或者那样的短缺。传统的继电保护往往缺乏严密的定性分析结论和可信的定量估测结果， 因此不得不依靠基于理想模型的分析结论，通过实验仿真验证去实际调整保护的整定，没 有明确的分辨界限和甄别裕度，同时分析的目标过于单调，缺乏关联性和对比性，一旦其中 任何一个电气信号的测量状态发生变化都会严重扭曲保护的整体性能，因此继电保护一特 别在直流输电中一延时就成为一种不可缺少的补偿手段。
[0010] 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在故障率高、安全性差和 维护难度大等缺陷。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种高压直流输电线路电流差动保护综 合配置方法，以实现故障率低、安全性好和维护难度小的优点。
[0012] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高压直流输电线路电流差动保 护综合配置方法，包括：
[0013] a、采集被保护区域高压直流输电线路的实际状况，根据电流差动保护的原理，结 合采集得到的高压直流输电线路的实际状况，获得被保护区域各端电流积分/累计和的时 域计算方法，对电流差动情况进行计算；
[0014] b、将电流差动计算结果与预先设定的扰动数值的比较，构造合理的保护整定与动 作延时方案。
[0015] 进一步地，所述步骤a，具体包括：
[0016] 根据交流输电线路已经确立的等效物理原理，结合高压直流输电线路的实际运行 特点，获得被保护区域各端电流积分/累计和的时域计算形式；
[0017] 在高压直流输电系统及其相关设备发生故障或出现扰动时，根据线性迭代电气网 络的特点，直流线路各端电流和将根据在线路上所反映直流分量以及各次谐波分量的情况 呈现状态明显的等效转换及线性迭代关系，得到比较明确的判别结论即不同形式的保护判 据并且用于甄别相关类型的故障。
[0018] 进一步地，所述步骤b，具体包括：
[0019] bl、通过系统分析电流差动计算结果与预先设定的扰动数值的差值，确定增加积 分/累计和的电流差动保护时域计算形式，与原有的直流输电线路电流差动保护及其它继 电保护构成互补、综合性的保护配置，构建以下判据：
[0020] f(Aiffl(t) +Ain(t)) | >Iset；
[0021] 上式中，根据说明书附图1所示，Aim(t)表示为线路m侧在t时刻测量得到的故 障分量电流数据，Ain(t)表示为线路n侧在t时刻测量得到的故障分量电流数据，f()表 示为根据不同的保护需要所进行的不同实现长度数字积分/累计和算法，Isrt表示线路电 流互感器二次侧测量在正常/一般的积分/累计和期间所得采样值的最大不平衡故障分量 电流数据；
[0022] b2、当保护启动之后，上述判据满足所设条件时，当前故障为内部故障；当上述判 据不能满足时，当前故障不为内部故障。
[0023] 进一步地，所述步骤bl，进一步包括：
[0024] 根据步骤a定性分析所做出的结论，分别启动不同形式电流差动保护的时域计算 方法。当输电线路因故促使上述相应电流的增量可以有效测量时，即可以启动相应的时域 电流差动保护算法；
[0025] 当线路两侧采样值故障分量以超短时进行的电流差动计算满足：
[0026] ⑴；
[0027] 式中，I'set为线路电流互感器二次侧测量在极短的积分/累计和期间所得采样 值的最大不平衡故障分量电流数据；T' = 5ms为采样值电流差动的超短时积分时间；m为 在积分时间内所对应电流信号的采样数据点数；I为大于1的实数，为甄别紧急状态的可 靠系数；k是重复积分计算的时间倍数，其为大于或等于1的整数。
[0028] 进一步地，所述步骤bl，进一步还包括：
[0029] 当线路两侧工频故障分量以工频倍数延时进行的电流差动计算满足：
[0030] (2)；
[0031] 式中，I" ^为线路电流互感器二次侧测量在正常/ 一般的积分/累计和期间所 得采样值的最大不平衡故障分量电流数据；T" = 20ms为采样值电流差动工频周期的积分 时间；m为在积分时间内所对应电流信号的采样数据点数；K2为大于1的实数，为甄别一般 状态的可靠系数；k是重复积分计算的时间倍数，其为不小于1的整数，为了满足状态甄别 的需要同时与其它保护构成良好的延时配合，通常可以采取k= 3-5。
[0032] 进一步地，所述步骤bl，进一步还包括：
[0033] 当线路两侧采样值故障分量以超长时进行的电流差动计算满足：
[0034]
(3) ；