CN102570429A - 一种特高压直流输电线路单端暂态电压保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特高压直流输电线路单端暂态电压保护方法，属于特高压直流输电技术领域。本方法利用整流侧的保护装置，计算暂态电压高频分量的暂态能量就能区分特高压直流输电线路全线的故障与逆变侧的区外故障。本方法能实现特高压直流输电线路的全线保护，是一种全新的特高压直流输电线路保护原理，对特高压直流输电系统安全运行具有重要意义。

Description

一种特高压直流输电线路单端暂态电压保护方法

技术领域

本发明涉及一种特高压直流输电线路单端暂态电压保护方法，属于特高压直流输电技术领域。

背景技术

目前，公知的直流输电线路的主保护是行波保护，但行波保护易受雷电、换相失败、交流侧故障等暂态现象的干扰，可靠性不高。对于特高压直流输电线路暂态保护，有学者提出利用平波电抗器、直流滤波器构成的特高压直流输电线路“边界”来区分区内、区外故障，该方法提出了“边界”概念，具有重要意义，但该方法忽略了特高压直流输电线路对高频暂态信号的衰减作用，没有考虑PLC滤波器的作用，并且该方法是利用保护元件来区分本侧区外、区内故障，并不能实现特高压直流输电线路全线保护。

尤其，利用电流量的暂态电流保护还未见报道，这是由于在目前的直流输电系统中，传统分压器加二次电子处理电路的直流电压互感器结构十分简单且运行工况良好，事故率也相对较低，而直流电流互感器技术复杂，直流电流互感器主要有传统磁调节型、光电型两种，目前出现了全光纤直流电流互感器，磁调节型直流电流互感器具有响应快、结构简单等优点，但其测量范围有限，电流偏大时容易造成铁心磁饱和，不宜用来实现特高压直流输电线路暂态保护，光电式直流电流互感器具有不饱和、测量范围大、频带宽等优点，但其响应速度不够，也不能满足特高压直流输电线路暂态保护所需要的超高速性。

发明内容

为了克服现有特高压直流输电线路行波保护可靠性不高，利用保护元件来区分本侧区外、区内故障的特高压直流输电线路暂态保护不能实现特高压直流输电线路全线保护的缺点，本发明提供一种特高压直流输电线路单端暂态电压保护方法，该方法可靠性高，而且能实现特高压直流输电线路全线保护。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：在整流侧利用平波电抗器7、直流滤波器9、PLC滤波器11构成整流侧的特高压直流输电线路“边界”；在逆变侧利用平波电抗器8、直流滤波器10、PLC滤波器12构成逆变侧的特高压直流输电线路“边界”，同时考虑特高压直流输电线路对故障暂态信号高频量的衰减作用，利用保护元件来区分对侧区外、区内故障，具体方法是：首先，在整流侧利用平波电抗器7、直流滤波器9、PLC滤波器11构成整流侧的特高压直流输电线路“边界”；在逆变侧利用平波电抗器8、直流滤波器10、PLC滤波器12构成逆变侧的特高压直流输电线路“边界”，然后在保护安装点3，利用公式                                                计算出当线路末端出现故障时在保护安装点3检测到的故障暂态电压高频分量的暂态能量，并且作为判断的标准；当线路中某点出现故障时，在保护安装点3，利用公式

计算出该点故障时在保护安装点检测到的暂态电压高频分量的暂态能量，最后通过比较故障暂态电压高频分量的暂态能量和线路末端故障时的故障暂态电压高频分量的暂态能量的大小，区分特高压直流输电线路全线的区内故障与保护安装点3对侧的区外故障，实现特高压直流输电线路单端全线保护。

所述的故障暂态电压高频分量的暂态能量和线路末端故障时的故障暂态电压高频分量的暂态能量的比较方法:利用整流侧保护元件来区分逆变侧的区内故障和区外故障，利用逆变侧的保护元件来区分整流侧的区内故障和区外故障；如果保护装置位于整流侧，以线路末端点故障时在保护安装点3检测到的故障暂态电压高频分量为标准，当保护安装点3检测到的故障暂态电压高频分量小于线路末端点故障时的故障暂态电压高频分量，则故障为对侧区外故障；当保护安装点3检测到的故障暂态电压高频分量大于等于线路末端点故障时的故障暂态电压高频分量，则故障为对侧区内故障。如果保护装置位于逆变侧，以线路末端点故障时在保护安装点3检测到的故障暂态电压高频分量为标准，当保护安装点3检测到的故障暂态电压高频分量小于线路末端点故障时的故障暂态电压高频分量，则故障为对侧区外故障；当保护安装点检测到的故障暂态电压高频分量大于等于线路末端点故障时的故障暂态电压高频分量，则故障为对侧区内故障。

所述的平波电抗器、直流滤波器、PLC滤波器均是市售的普通元件。

本发明的有益效果是：利用保护安装处的保护装置，可以区分对侧的区外故障与直流输电线路全线故障（区内故障），从而实现特高压直流输电线路全线保护。

附图说明

图1为现有的技术中利用保护元件来区分本侧区外、区内故障的特高压直流输电线路暂态保护原理图；

图2为本发明利用保护元件来区分对侧区外、区内故障的特高压直流输电线路单端暂态电压保护原理图。

图中：1-整流侧交流系统、2-整流桥、3-保护安装点、4-直流线路、5-逆变桥、6-逆变侧交流系统、7-整流侧平波电抗器、8-逆变侧平波电抗器、9-整流侧直流滤波器、10-逆变侧直流滤波器、11-整流侧PLC滤波器、12-逆变侧PLC滤波器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示：目前国内学者提出的利用保护元件来区分本侧区外、区内故障的特高压直流输电线路暂态保护原理图，在整流侧利用平波电抗器7、直流滤波器9构成整流侧的特高压直流输电线路“边界”；在逆变侧利用平波电抗器8、直流滤波器10构成逆变侧的特高压直流输电线路“边界”，该特高压直流输电线路的“边界”构成元件不包括PLC滤波器，并且该保护原理未考虑特高压直流输电线路对故障暂态信号高频量的衰减作用，该保护是利用故障暂态电压量的特高压直流输电线路暂态电压保护。

由图1可见，当区外d3点发生故障时，故障暂态电压信号高频量通过由平波电抗器、直流滤波器构成的“边界”到达保护安装点，保护装置检测到的故障暂态电压信号高频量为通过“边界”衰减后的高频量，而区内d1点发生故障时，保护装置检测到的故障暂态电压信号高频量为未经衰减的高频量，所以该原理区分d1点故障与d3点故障的“区内”与“区外”是没有问题的。但是，当特高压直流输电线路远端d2点发生故障时，由于特高压直流输电线路对高频量的衰减作用，到达保护安装点的故障暂态电压信号高频量为经特高压直流输电线路衰减后的高频量，并且线路越长，衰减越厉害，当故障点距离保护安装点的距离长到一定程度时，在保护安装点，区内d2点故障产生的故障暂态电压高频量将小于区外d3点故障产生的故障暂态电压高频量，即该原理已不能区分d2点故障与d3点故障的“区内”与“区外”。所以目前国内学者提出的利用保护元件来区分本侧区外、区内故障的特高压直流输电线路暂态保护原理不能实现特高压直流输电线路的全线保护。

在克服现有技术中的不足的基础上，本发明提出了一种特高压直流输电线路单端暂态电压保护方法，本发明的工作原理：对于安装在整流侧的保护装置，逆变侧的区外故障产生的暂态电压高频分量要通过特高压直流输电线路“边界”和特高压直流输电线路的双重衰减才能到达保护安装处，而区内故障即特高压直流输电线路故障所产生的暂态电压高频分量则只通过特高压直流输电线路的衰减就能到达保护安装处。可见在整流侧保护安装处，特高压直流输电线路末端故障所产生的暂态电压高频分量是大于区外故障所产生的暂态电压高频分量的，故障离整流侧保护安装处越近，所产生的暂态电压高频分量越大。所以，利用整流侧的保护装置，计算暂态电压高频分量的暂态能量就能区分特高压直流输电线路全线的故障与逆变侧的区外故障。

本发明在实施中, 首先，在整流侧利用平波电抗器7、直流滤波器9、PLC滤波器11构成整流侧的特高压直流输电线路“边界”；在逆变侧利用平波电抗器8、直流滤波器10、PLC滤波器12构成逆变侧的特高压直流输电线路“边界”，然后在保护安装点3，利用公式

计算出当线路末端出现故障时在保护安装点3检测到的故障暂态电压高频分量的暂态能量，并且作为判断的标准；当线路中某点出现故障时，在保护安装点3，利用公式

计算出该点故障时在保护安装点检测到的暂态电流压高频分量的暂态能量，最后通过比较故障暂态电压高频分量的暂态能量和线路末端故障时的故障暂态电压高频分量的暂态能量的大小，区分特高压直流输电线路全线的区内故障与保护安装点3对侧的区外故障，实现特高压直流输电线路单端全线保护。

所述的故障暂态电压高频分量的暂态能量和线路末端故障时的故障暂态电压高频分量的暂态能量的比较方法:当故障暂态电压高频分量小于线路末端故障时的故障暂态电压高频分量，则故障为对侧区外故障；当故障暂态电压高频分量大于等于线路末端故障时的故障暂态电压高频分量，则故障为对侧区内故障。

如图2所示为本发明提出的利用保护元件来区分对侧区外、区内故障的特高压直流输电线路单端暂态电压保护原理图，当区外d3点发生故障时，故障产生的暂态电压高频分量要通过特高压直流输电线路“边界”和特高压直流输电线路的双重衰减才能到达保护安装处，而区内线路末端d2点故障所产生的暂态电压高频分量则只通过特高压直流输电线路的衰减就能到达保护安装处，可见在保护安装点，区内d2点故障产生的故障暂态电压高频量将大于区外d3点故障产生的故障暂态电压高频量，即本原理能区分d2点故障与d3点故障的“区内”与“区外”。特高压直流输电线路对故障暂态信号高频量的衰减作用与故障点距离保护安装点的距离有关，距离越近，衰减作用越小，区内d1点故障在保护安装点产生的故障暂态电压信号高频量比区内线路末端d2点、区外d3点故障产生的故障暂态电压信号高频量要大很多，可见本原理能区分d1点故障与d3点故障的“区内”与“区外”。

本方法还能区分区内d1点d2点故障距离保护安装点的远近，如果保护装置位于整流侧，以线路末端点故障时在保护安装点检测到的故障暂态电压高频分量为标准，当保护安装点3检测到的故障暂态电压高频分量小于线路末端

点故障时的故障暂态电压高频分量，则故障为对侧区外故障；当保护安装点3检测到的故障暂态电压高频分量大于等于线路末端

点故障时的故障暂态电压高频分量，则故障为对侧区内故障,保护安装点检测到的故障暂态电压高频量越大，故障点距离整流侧保护安装点3越近，反之就越远。如果保护装置位于逆变侧，以线路末端

点故障时在保护安装点3检测到的故障暂态电压高频分量为标准，当保护安装点3检测到的故障暂态电压高频分量小于线路末端

点故障时的故障暂态电压高频分量，则故障为对侧区外故障；当保护安装点3检测到的故障暂态电压高频分量大于等于线路末端

点故障时的故障暂态电压高频分量，则故障为对侧区内故障，保护安装点检测到的故障暂态电压高频量越大，故障点距离逆变侧保护安装点3越近，反之就越远。

所以，本发明提出的利用保护元件来区分对侧区外、区内故障的特高压直流输电线路单端暂态电压保护原理能实现特高压直流输电线路全线保护。

本发明是通过具体实施过程进行说明的，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明专利进行各种变换及等同代替，因此，本发明专利不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本发明专利权利要求范围内的全部实施方案。

Claims (2)

1.一种特高压直流输电线路单端暂态电压保护方法，其特征是：在整流侧利用整流侧的平波电抗器、直流滤波器、PLC滤波器构成整流侧的特高压直流输电线路“边界”；在逆变侧利用逆变侧的平波电抗器、直流滤波器、PLC滤波器构成逆变侧的特高压直流输电线路“边界”，同时考虑特高压直流输电线路对故障暂态信号高频量的衰减作用，利用保护元件来区分对侧区外、区内故障，具体方法是：首先，利用平波电抗器、直流滤波器、PLC滤波器构成特高压直流输电线路“边界”，然后在保护安装点，利用公式                                                计算出当线路末端出现故障时在保护安装点检测到的故障暂态电压高频分量的暂态能量，并且作为判断的标准；当线路中某点出现故障时，在保护安装点，利用公式

计算出该点故障时在保护安装点检测到的暂态电压高频分量的暂态能量，最后通过比较故障暂态电压高频分量的暂态能量和线路末端故障时的故障暂态电压高频分量的暂态能量的大小，区分特高压直流输电线路全线的区内故障与保护安装点对侧的区外故障，实现特高压直流输电线路单端全线保护。

2.根据权利要求1所述的特高压直流输电线路单端暂态电压保护方法，其特征是：所述的故障暂态电压高频分量的暂态能量和线路末端故障时的故障暂态电压高频分量的暂态能量的比较方法:利用整流侧保护元件来区分逆变侧的区内故障和区外故障，利用逆变侧的保护元件来区分整流侧的区内故障和区外故障；如果保护装置位于整流侧，以线路末端点故障时在保护安装点检测到的故障暂态电压高频分量为标准，当保护安装点检测到的故障暂态电压高频分量小于线路末端点故障时的故障暂态电压高频分量，则故障为对侧区外故障；当保护安装点检测到的故障暂态电压高频分量大于等于线路末端点故障时的故障暂态电压高频分量，则故障为对侧区内故障；如果保护装置位于逆变侧，以线路末端点故障时在保护安装点检测到的故障暂态电压高频分量为标准，当保护安装点检测到的故障暂态电压高频分量小于线路末端点故障时的故障暂态电压高频分量，则故障为对侧区外故障；当保护安装点检测到的故障暂态电压高频分量大于等于线路末端点故障时的故障暂态电压高频分量，则故障为对侧区内故障。

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