一种同塔双回高压直流输电线路行波保护方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力系统高压直流输电线路继电保护技术，特别涉及一种同塔双 回高压直流输电线路行波保护方法，该方法是一种能够在不同极线、不同线路距离发生故 障时由不同保护判据满足整定值而实现保护可靠动作的同塔双回高压直流输电线路行波 保护方案。
【背景技术】
[0002] 随着电网规模的不断发展，高压直流输电系统越来越广泛地应用于实际工程，同 时还出现了同塔双回高压直流输电系统。直流输电系统采取双回线路同塔架设的方式相比 仅采用单回线路输电更有利于节省输电走廊和提高电能输送容量，然而，由于多根极线之 间存在不同程度的耦合，且多根长距离直流输电极线进行行波解耦会出现多个模量，一旦 发生故障，行波故障特性相对复杂，将会使行波特性分析和保护整定更加困难。
[0003] 传统高压直流输电系统采用单回线路送电，单回线路的行波保护存在耐受过渡电 阻能力差、灵敏度低的问题，宄其原因，主要是因为其他极线发生近端故障在本极线耦合量 大与本极线发生远端高阻接地故障量小的矛盾，若整定值设置不当，则可能导致其他极线 近端故障引起本极耦合量超过定值而误动，又或者是本极线远端高阻接地故障量较小不足 以使本极线动作而拒动。目前在单回高压直流输电线路保护中还未针对此问题进行有效的 解决，往往是提高保护定值保证非故障极线可靠不误动。同塔双回高压直流输电线路的行 波保护同样也存在耐受过渡电阻能力不强的问题。此外，同塔双回高压直流输电线路有两 回线路，线路排列方式不对称，不同极线故障在其他极线的耦合量不同，因此不同线路故障 得到的行波特性不同，故障类型相对增加，若仍采用单回直流输电线路的保护判据，由电压 行波或模量行波的变化率与幅值进行保护，则保护整定过程更加复杂，且可靠性不高。如果 能够充分利用同塔双回高压直流输电线路的故障特性，实现近端故障和远端故障由不同保 护判据满足整定值而动作，就能够设计更加安全可靠的同塔双回高压直流输电线路保护。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种同塔双回高压直流输电 线路行波保护方法，该保护方法能够满足不同故障极线、不同故障距离保护仍可靠动作且 耐受较高过渡电阻，并且针对同塔双回线路的故障特征，对上层极线和下层极线分别采用 不同的保护方案，且针对下层极线的故障特点，同时采用两个实现同样功能的保护判据，任 一保护判据满足该保护环节即动作，适用于现有的同塔双回高压直流输电线路且灵敏度 高、不易发生误判，耐受过渡电阻能力强。
[0005] 本发明的目的通过下述技术方案实现：一种同塔双回高压直流输电线路行波保护 方法，包含以下步骤：
[0006] 不同层极线采取不同的故障启动方式：上层极线故障时与其他极线的耦合不强， 采取电压变化率即可区分逆变侧区外故障，且耐受过渡电阻能力足够强，同时采用平均电 流幅值即可区分整流侧区外故障；下层极线电压变化率耐受过渡电阻能力不强，则采用地 模波变化率作为启动判据：
[0007] 对于上层极线：
[0008] (1)计算本极线电压变化率并取绝对值，
[0009]
[0010]du/dt(t)为时刻t的电压变化率，u(t)为时刻t的电压值，T为求取电压变化率 的时间尺度，可选取为采样时间td的整数倍。电压变化率的绝对值为极线保护启动判据， 若在某一时刻满足启动整定值，令该时刻为ta。
[0011] (2)取启动判据满足整定值之前的某一段时间内的电压电流平均值作为稳态参 考量，通过当前时刻的电压瞬时值和电流瞬时值减去参考量，得到电压变化量Au1P、Au1N、 Au2P、Au2N和电流变化量Ailp、Ai1N、Ai2P、Ai2N〇其中，1P、1N分别为第一回线路的正极 线、负极线，2P、2N分别为第二回线路的正极线和负极线。
[0012] (3)计算电流i在一定时间窗内的平均值：
[0013]
[0014] avg(i)为选定时间窗的电流平均值，n为电流在选定时间窗里的采样点数，Ai为 电流变化量。
[0015] (4)由变时间窗对本极线电压变化量和对极线电压变化量进行积分，并求取二者 积分比值的最大值，对极线是指与本极线在同一回线路的另一根极线，则时间窗&内的电 压积分比值为：
[0016]
[0017] Eul (Wi)为时间窗Wi内本极线电压积分值，Eul(Wi)为时间窗Wi内对极极线电压 积分值。则二者积分比值的最大值为：
[0018]
[0019] h为最长时间窗的时间长度。
[0020] (5)若电流平均值avg(i)和电压积分比值
司时满足保护判 据，则保护动作。保护判据为：
[0021] 当本极线为正极线时：
[0022]
[0023] 当本极线为负极线时：
[0024]
[0025] 对于下层极线：
[0026] (6)对于本极线路所在回路，计算地模波变化率的绝对值，
[0027]
[0028] dG/dt(t)为时刻t的地模波变化率，G(t)为时刻t的地模波，T为求取地模波变 化率的时间尺度，可选取为采样时间td的整数倍。地模波变化率的绝对值为极线保护启动 判据，若在某一时刻满足启动整定值，令该时刻为ta，G(t)的计算公式为：
[0029]G(t) = (iP(t)+iN(t))*Zc0_(uP(t)+uN(t))，
[0030]ip(t)、iN(t)分别为正极线、负极线瞬时电流，uP(t)、uN(t)分别为正极线、负极线 瞬时电压，ZuS地模波阻抗。
[0031] (7)取启动判据满足整定值之前的某一段时间内的电压电流平均值作为稳态参 考量，通过当前时刻的电压瞬时值和电流瞬时值减去参考量，得到电压变化量Au1P、Au1N、 Au2P、Au2N和电流变化量Ailp、Ai1N、Ai2P、Ai2N〇其中，1P、1N分别为第一回线路的正极 线、负极线，2P、2N分别为第二回线路的正极线和负极线。
[0032] (8)由单回直流输电线路的线模波和地模波定义求取同塔双回直流线路各回线路 的线模波变化量P和地模波变化量G，计算公式如下：
[0033]
[0034] 其中，Aip、八'分别为本回正负极线的电流变化量，AUp、八叫分别为本回正负极 线的电压变化量，Zd、Z&分别为线模波阻抗和地模波阻抗。
[0035] (9)由变时间窗对本极线电压变化量和对极线电压变化量进行积分，并求取二者 积分比值的最大值。
[0036]
[0037] Eul (Wi)为时间窗Wi内本极线电压积分值，Eul(Wi)为时间窗Wi内对极线电压积 分值，则二者积分比值的最大值为：
[0038]
[0039] h为最长时间窗的时间长度。
[0040] 若电压积分比值最大值满足保护整定值，则保护动作，否则转入步骤（10)，保 护判据为：
[0041]
[0042] (10)由变时间窗对本回线路的线模波P和地模波G进行积分，并求取二者积分比 值的最大值：
[0043]
[0044]EjWi)为时间窗~内本回线路的地模波积分值，EP(Wi)为时间窗~内本回线路的 线模波积分值。
[0045] 则本回线的地模波G和线模波P的积分比值最大值为：
[0046]
[0047] 若模量积分比值最大值满足保护判据，则保护动作，保护判据为：
[0048]
[0049] 优选的，步骤（2)和（7)中，所述的四回线路的电压、电流变化量为当前瞬时值减 去保护启动前的某一段时间内的电压、电流平均值，以确保保护判据启动后得到的电压、 电流值为当前电压、电流值减去故障前的稳定值，获得线路电压、电流变化量，采用下式计 算：
[0050]
[0051]
[0052] 其中，u1P(t)、i1P(t)分别表示极线IP在t时刻的电压瞬时值、电流瞬时值，Au1P、 Ai1P分别表示极线IP在保护起动后的电压变化量、电流变化量，其余类推。ta为启动判据 满足整定值时刻，td为采样时间间隔。
[0053] 优选的，步骤（4)、（9)中，由以下公式计算本极线电压和对极线电压的积分值：
[0054]
[0055] 八~为本极线电压变化量，Aui为对极极线电压变化量，Ni为时间窗wi中的采 样个数。
[0056] 优选的，步骤（10)中，由以下公式计算地模波和线模波的积分值：
[0057]
[0058] AG为本极线所在回路的地模波变化量，AP为本极线所在回路的线模波变化量， 队为时间窗^中的采样个数。
[0059] 优选的，步骤（4)、（9)和（10)中，对于各个时间窗Wi，起始时刻总为^，而结束时 刻则为ta+(ptd) *i，p为递增系数，应尽量选取得较小；时间窗的个数可以根据需要选择，应 尽量选取多个。
[0060] 在步骤（9)和（10)中，针对不同故障距离的故障特征采取不同保护判据：下层极 线近端故障时，同一回本极线与对极线的电压比值较大，用于判断本极线故障，但远端故障 时会降低；下层极线远端故障时同一回线地模波与线模波比值较小，可以有效区分本回线 故障和另一回线故障，但近端故障时较大，且本极线故障时，本极线与对极线的电压比值总 大于1。因此，下层极线的保护判据选取为电压积分比值大于整定值八^则保护动作，或者 电压积分比值大于1且模量积分比值小于整定值A2则保护动作。
[0061] 在步骤（9)和（10)中，下层极线的整定方法按照线路对称换位模型基于两个或关 系的判据不完全保