一种基于构造方向电流的线路故障识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于构造方向电流的线路故障识别方法，属于线路保护技术领 域。
【背景技术】
[0002] 继电保护中方向电流保护是指利用短路功率的方向不同而构成具有选择性动作 的电流保护形式。该电流保护形式明显特征是具有动作的方向性。当线路方向发生事故时 保护装置立即自动开始动作.但当规定方向发生事故时保护装置不会不动作，运即是保护 装置对于电流保护的选择性。在两侧电源或单相环网的输电线路的电网中，为切除线路上 的故障，线路两侧都装有断路器和相应的保护，如装设过流保护将不能保证动作的选择性。 为解决选择性的问题，在原来的电流保护的基础上装设了方向原件（功率方向继电器）。
[0003] 现有直流输电线路SIMENS主保护：行波保护和低电压保护仅利用了线路单端信 息，往往难W检测并反应高阻接地故障[1-4]，而作为检测并反应高阻故障的后备保护，也 即纵联差动保护受控制系统的影响较大，往往起不到后备保护的作用。运是因为，SIMENS 的纵联保护为避免直流系统谐波、采样值抖动等因素影响，为交流系统故障清除时间设置 出口延时500ms，为避开功率调整期间误判误响应，设置了闭锁逻辑，纵差被闭锁600ms，运 样，纵差响应时间最长合计为1.1s，故往往起不到后备保护之作用[4-8]。同时，运行经验 表明，W电压变化率化Mt为核屯、判据的行波保护会出现由于采样的离散性，当线路发生 非高阻故障时，保护也达不到整定值，而使保护拒动情况。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是基于现有保护和测量装置基础上，通过分析不同位置不同故障类 型的方向电流的时域波形，利用方向电流的线路故障识别方式来判断故障类型，提出一种 基于构造方向电流的线路故障识别元件。
[0005] 本发明的技术方案是：一种基于构造方向电流的线路故障识别方法，基于电流源 换流的双端直流输电系统（CSC-HVDC)线路功率正送方式下的有功潮流总是由整流侧指向 逆变侧，当正极线路故障时，Ai〉〇 ;当整流侧区外故障时，AK0 ;当逆变侧区外故障时， Ai〉0。由于直流滤波器对高频的衰减作用，使得线路故障和区外故障的故障电流突变强度 不一致。同理，在负极线路故障时，AK0 ;当整流侧区外故障时，Ai〉0 ;当逆变侧区外故障 时，AK0。因此，当正极线路故障时，方向电流连续5个值均大于等于电流整定值0.5PU， 则该故障为线路故障。若在展宽时窗内，没有达到整定值，则判断为区外故障。当负极线路 故障时，方向电流连续5个值均小于等于电流整定值-0. 5pu，则该故障为线路故障。若在展 宽时窗内，没有达到整定值，则判断为区外故障。
[0006] 具体步骤如下： 阳007] (1)取10曲Z的采样率，采样序列长度为50个点，对直流输电系统的故障线路进行 数据采样。 阳00引现利用量测端电流构造方向电流，现定义"构造方向电流"为 阳009] idir=ifaulte广ipre(D 阳010] 上式中，ihuited为故障后的电流，ipa为故障前的电流。idu具有方向性，可W判断 出故障方向，故称为方向电流。
[0011] 其离散形式为 阳01引 i"r(k) = 化-l)+i(k)-i化-n)似 W13]其中，idu(k-l)为
[0014]
(3) 阳01引上式中，n为选取的时窗采样点数，且n= 50。
[0016] 似若正极线路故障，则利用方向电流idu(k)的线路故障判别式为
[0017] (4) 阳〇1引在（4)中，idir,wt是一个大于零的值，取为0.5pu。若方向电流连续5个值：idir化）、idir(k+l)、idir化巧）、idir(k+3)和idir(k+4)均大于定值0. 5pu。则判断为线路故障，若在展 宽时窗内，没有达到整定值，则判断为区外故障。
[0019] 做若负极线路故障，则利用方向电流idir的故障识别的判别式为
[0020] id"似《-id",set妨
[0021] 在（5)中，idir,set是一个大于零的值，取为0. 5pu。若方向电流连续5个值idir化)、 idu化+1)、idu化巧）、idu化+3)和idu(k+4)均小于定值-0. 5pu，则判断为线路故障，若在展 宽时窗内，没有达到整定值-0. 5pu，则判断为区外故障。
[0022] 本发明的有益效果是：
[0023] (1)本方法是基于构造方向电流的线路故障识别元件，不需要高采样率，易于现场 实现。
[0024] (2)本方法受干扰影响小，有较强的实用性，大量仿真表明该方法精确且可靠。
【附图说明】 阳0巧]图1云广800kv)直流输电系统仿真模型； 阳0%] 图2正极线路距离M端600km发生金属性接地故障正极线路量测端电流及方向电 流；
[0027] 图3逆变侧出口故障正极线路量测端电流及方向电流；
[0028] 图4整流侧出口故障正极线路量测端电流及方向电流；
[0029] 图5负极线路距离M端600km发生金属性故障接地负极线路量测端电流及方向电 流；
[0030] 图6整流侧出口故障下负极线路量测端电流及方向电流。
【具体实施方式】
[00川实施例1 :云广±800kV直流输电系统仿真模型结构，其线路参数如下：整流侧和 逆变侧的交流侧无功补偿容量分别为3000和3040Mvar，每极换流单元由2个12脉冲换流 器串联组成，直流输电线路全长为1500km。线路两侧装有400mH的平波电抗器，直流滤波 器为12/24/36S调谐滤波器，整流侧接地极线路全长为109km，逆变侧接地极线路全长为 80虹1。数据采样率10曲Z，现假设正极线路的故障位置距离M端750虹1，过渡电阻为0Q的 条件下。
[0032] 按照权利要求书中的步骤（1)并且根据相应条件下的仿真情况进行数据采样，获 取i"r(k) = 1.055pu、idir(k+l) = 1.517pu、idir化巧）=1.94化u、i"r(k+：3) = 2. 035pu和 化+4) = 2. 13 化u。
[0033] 根据权利要求书中步骤似中的判据，依次将idu(k)、idu(k+l)、idu(k+2)、 idir化+3)和i化化+4)与idir,se进行比较，得到idir化）、idir化+1)、idir化巧）、idir化+3)和 idu化+4)均大于idiwet，所W判断为线路故障。
[0034] 实施例2 :云广±800kV直流输电系统仿真模型结构，其线路参数如下：整流侧和 逆变侧的交流侧无功补偿容量分别为3000和3040Mvar，每极换流单元由2个12脉冲换流 器串联组成，直流输电线路全长为1500虹1。线路两侧装有400mH的平波电抗器，直流滤波 器为12/24/36S调谐滤波器，整流侧接地极线路全长为109km，逆变侧接地极线路全长为 80虹1。现假设正极线路的故障位置距离M端1490虹1，过渡电阻为100Q的条件下。
[0035] 按照权利要求书中的步骤（1)并且根据相应条件下的仿真情况进行数据采样，获 取i"r(k) =0. 624pu、化+1)=0. 889pu、i"r(k+2) =1. 158pu、i"r(k+3) =1. 2：Mpu和 化+4) = 1. 124pu。
[0036] 根据权利要求书中步骤似中的判据，依次将idu(k)、idu(k+l)、idu(k+2)、 idir化+3)和idir化+4)与idir,set进行比较，得到idir化）、idir化+1)、idir化巧）、idir化+3)和 idu化+4)均大于idiwet，所W判断为线路故障。
[0037] 实施例3:云广±800kV直流输电系统仿真模型结构，其线路参数如下：整流侧和 逆变侧的交流侧无功补偿容量分别为3000和3040Mvar，每极换流单元由2个12脉冲换流 器串联组成，直流输电线路全长为1500虹1。线路两侧装有400恤的平波电抗器，直流滤波 器为12/24/36 S调谐滤波器，整流侧接地极线路全长为109km，逆变侧接地极线路全长为 80虹1。数据采样率10曲Z，现假设在整流侧出口故障，过渡电阻100Q的条件下。
[0038] 按照权利要求书中的步骤（1)并且根据相应条件下的仿真情况进行数据采样，获 取i"r(k) = -〇. 205pu、i"r(k+l) = -〇. 24pu、i"r(k+2) = -〇. 312pu、i"r化+3) = -〇. 312pu 和idir化+4) = -0. 325pu。
[0039] 根据权利要求书中步骤似中的判据，依次将idu(k)、idu(k+l)、idu(k+2)、 idir化+3)和i化化+4)与idir,se进行比较，得到idir化）、idir化+1)、idir化巧）、idir化+3)和 idu化+4)均小于idiwet，所W判断为区外故障。
【主权项】
1. 一种基于构造方向电流的线路故障识别方法，其特征在于：基于电流源换流的双端 直流输电系统（CSC-HVDC)线路功率正送方式下的有功潮流总是由整流侧指向逆变侧，当 正极线路故障时，Ai>〇;当整流侧区外故障时，Ai〈〇;当逆变侧区外故障时，Ai>〇;由于 直流滤波器对高频的衰减作用，使得线路故障和区外故障的故障电流突变强度不一致；同 理，在负极线路故障时，A i〈〇 ;当整流侧区外故障时，Δ i>〇 ;当逆变侧区外故障时，Δ i〈〇 ; 因此，当正极线路故障时，方向电流连续5个值均大于等于电流整定值0. 5pu，则该故障为 线路故障，若在展宽时窗内，没有达到整定值，则判断为区外故障；当负极线路故障时，方向 电流连续5个值均小于等于电流整定值-0. 5pu，则该故障为线路故障，若在展宽时窗内，没 有达到整定值，则判断为区外故障。2. 根据权利要求1所述的基于构造方向电流的线路故障识别元件，其特征在于具体步 骤如为： (1) 取IOkHz的采样率，采样序列长度为50个点，对直流输电系统的故障线路进行数据 米样； 现利用量测端电流构造方向电流，现定义"构造方向电流"为：上式中，ifaulte#故障后的电流，为故障前的电流，具有方向性，可以判断出故 障方向，故称为方向电流； 其离散形式为：其中，idir(k_l)为：上式中，η为选取的时窗采样点数，且η = 50 ; (2) 若正极线路故障，则利用方向电流idlJk)的线路故障判别式为：在⑷中，i扯set是一个大于零的值，取为〇.5pu，若方向电流连续5个值：i此(k)、 id"k+l)、idlJk+2)、idlJk+3)和id"k+4)均大于定值0. 5pu，则判断为线路故障，若在展宽 时窗内，没有达到整定值，则判断为区外故障； (3) 若负极线路故障，则利用方向电流的故障识别的判别式为：在（5)中，idlfiSet是一个大于零的值，取为〇.5pu，若方向电流连续5个值idlf(k)、 id"k+l)、idil^k+2)、idk(k+3)和idk(k+4)均小于定值-0. 5pu，则判断为线路故障，若在展 宽时窗内，没有达到整定值-〇. 5pu，则判断为区外故障。
【专利摘要】本发明涉及一种基于构造方向电流的线路故障识别方法，属于线路保护技术领域。当直流输电系统发生金属性接地故障时，利用故障后的直流输电线路量测端电流减去故障前的直流输电线路量测端电流，以此来构造方向电流。当正极线路故障时，方向电流连续5个值均大于等于电流整定值0.5pu，则判断该故障为线路故障。若在展宽时窗内，没有达到整定值，则判断为区外故障。当负极线路故障时，方向电流连续5个值均小于等于电流整定值-0.5pu，则判断该故障为线路故障。若在展宽时窗内，没有达到整定值，则判断为区外故障。大量仿真表明，针对故障类型判别该方法可靠且精度高。
【IPC分类】G01R31/08, H02H7/26
【公开号】CN105182185
【申请号】CN201510631933
【发明人】束洪春, 兰炜, 田鑫萃
【申请人】昆明理工大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月29日