CN104767184A - 可提高过渡电阻耐受能力的高压直流输电线路保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可提高过渡电阻耐受能力的高压直流输电线路保护方法其包括以下步骤：步骤1、采样获取双端同塔双极直流输电线路同一端两极直流线路电流和电压；步骤2、分别计算极波P_i和地模波G_i；步骤3、分别通过差分法计算极波变化率dP_i/dt和地模波变化率dG_i/dt；步骤4、当满足地模波变化率dG_i/dt>Δ1_i时，则判断为该极i故障；步骤5、在满足步骤4中极i故障的基础上，当满足dP_i/dt>Δ2_i时，则判断为该极i直流线路区内故障。本发明相对于现行直流线路保护用于区分区内外故障的特征量，采用极波变化率dP_i/dt区分本极线路区内区外故障，区分度最高，提高了过渡电阻耐受能力。

Description

可提高过渡电阻耐受能力的高压直流输电线路保护方法

技术领域

本发明涉及高压直流输电线路保护技术领域，具体涉及一种可提高过渡电阻耐受能力的高压直流输电线路保护方法。

背景技术

高压直流输电以其传输功率大、线路造价低、控制性能好等优点，在远距离、大功率输电和异步联网中占有重要地位。高压直流输电线路一般作为大区联网的联络线，其稳定运行不仅关系到本系统的稳定性，而且影响与其连接电网的稳定性。由于直流输电线路长，故障概率高，因此提高直流输电线路继电保护的运行水平意义重大。然而，从国内外投运的高压直流输电工程来看，直流输电线路继电保护存在理论不完备、运行效果不理想等问题。直流输电线路多以行波保护作为快速主保护，电流差动保护作为慢速后备保护。

其中，国内外广泛采用西门子公司和ABB公司的行波保护方案。西门子行波保护通过检测电压变化率(du/dt)、电压变化量(Δu)和电流变化量(Δi)三个量来判断线路故障的发生，构成行波保护的判据。ABB行波保护通过检测极波变化率(dP/dt)、地模波变化率(dG/dt)、极波变化量(ΔP)和地模波变化量(ΔG)四个量来判断线路故障的发生，构成行波保护的判据。

行波保护速度快，不易受负载、长线分布电容等因素的影响，但在高阻接地时，易拒动。过渡电阻使电压变化率和变化量下降是目前行波保护难以检测线路高阻接地故障的主要原因。以国内云广特高压直流输电工程为例进行分析，仿真表明，在线路中点发生接地故障时，整流站西门子行波保护过渡电阻耐受能力约为60欧姆，整流站ABB行波保护过渡电阻耐受能力约为140欧姆。

电流差动保护通过测量并比较两站的直流线路电流，对测量电流可能出现的时间差进行延时补偿，电流差值超过定值时保护动作。在通信正常情况下两站直流线路电流绝对值的差值的绝对值大于定值，则保护启动，保护延时500ms后动作。电流差动保护因定电流控制的影响，其差电流定值较小，同时受线路通信传输延时的影响，延时较大。另外受不平衡电流和故障暂态过程中电容电流的影响，保护灵敏度不高。

因此，有必要对直流输电线路的保护配置进行改进，使其性能得以提升，以期在高阻接地故障时具有优良的保护性能。

发明内容

本发明提供适用于双端同塔双极直流输电系统的一种可提高过渡电阻耐受能力的高压直流输电线路保护方法，弥补行波保护在高阻接地故障时拒动、电流差动保护速度过慢的不足。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种可提高过渡电阻耐受能力的高压直流输电线路保护方法，所述高压直流输电线路为双端同塔双极直流输电线路，其包括以下步骤：

步骤1、采样获取双端同塔双极直流输电线路中同一端两极直流线路电流I_dL1、I_dL2和两极直流线路电压U_dL1、U_dL2；

步骤2、分别计算极波P_i和地模波G_i：

P_i＝Z₁(I_dLi-I_{dL_op})-(U_dLi-U_{dL_op})

G_i＝Z₀(I_dLi+I_{dL_op})-(U_dLi+U_{dL_op})

其中，Z₁为极波阻抗，Z₀为地模波阻抗；i的值为1或2，代表极1或极2，_op表示另一极的量，即i＝1时，则_op＝2；i＝2时，则_op＝1；

步骤3、分别通过差分法计算极波变化率dP_i/dt和地模波变化率dG_i/dt；所述极波变化率dP_i/dt和地模波变化率dG_i/dt分别为一定步长内极波P_i和地模波G_i的变化量；

步骤4、当满足地模波变化率dG_i/dt>Δ1_i时，则判断为该极i故障，其中，Δ1_i为极i直流线路中点发生过渡电阻Z故障时算得的地模波变化率与可靠系数K₁的乘积；

步骤5、在满足步骤4中极i故障的基础上，当满足dP_i/dt>Δ2_i时，则判断为该极i直流线路区内故障，此时，该极i直流线路保护动作，启动该极i直流线路故障重启序列；其中，Δ2_i为极i直流线路中点发生过渡电阻Z故障时算得的极波变化率与可靠系数K₂的乘积。

过渡电阻Z和可靠系数K₁、K₂可根据直流输电工程实际参数并综合考虑可靠性、灵敏性等因素设定，如国内某高压直流输电工程过渡电阻可选取300Ω，可靠系数K₁、K₂均选取0.7。

所述步长为0.1ms。

与现有技术相比，本发明的优势体现在：

(1)本极直流线路和另一极直流线路故障两种情况下，地模波变化率dG_i/dt的极性相反，采用地模波变化率dG_i/dt判断本极或另一极直流线路故障，具有绝对的选择性。

(2)相对于现行直流线路保护用于区分区内外故障的特征量，采用极波变化率dP_i/dt区分本极线路区内区外故障，区分度最高，提高了过渡电阻耐受能力。采用本发明方法，以国内某高压直流输电工程为例，仿真表明，在线路中点发生接地故障时，整流站保护过渡电阻耐受能力提高到300欧姆以上。

(3)保护动作时限短，从发生故障至保护动作共需10ms，满足直流线路保护快速性要求，可作为现有行波保护的近后备保护。

(4)实际工程中易于实现，不需要额外的硬件设备和连接。

附图说明

图1为本发明一种可提高过渡电阻耐受能力的高压直流输电线路保护方法的操作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

请参照图1所示，一种可提高过渡电阻耐受能力的高压直流输电线路保护方法，适用于双端同塔双极直流输电线路，其包括以下步骤：

步骤1、首先是准备工作，在继电保护装置上电后，对保护定值进行赋值。

步骤2、采样获取双端同塔双极直流输电线路中同一端两极直流线路电流I_dL1、I_dL2和两极直流线路电压U_dL1、U_dL2。

步骤3、分别计算极波P_i和地模波G_i：

P_i＝Z₁(I_dLi-I_{dL_op})-(U_dLi-U_{dL_op})

G_i＝Z₀(I_dLi+I_{dL_op})-(U_dLi+U_{dL_op})

其中，Z₁为极波阻抗，Z₀为地模波阻抗；i的值为1或2，代表极1或极2，_op表示另一极的量，即i＝1时，则_op＝2；i＝2时，则_op＝1。

步骤4、分别通过差分法计算极波变化率dP_i/dt和地模波变化率dG_i/dt；所述极波变化率dP_i/dt和地模波变化率dG_i/dt分别为一定步长内极波P_i和地模波G_i的变化量，例如步长取0.1ms。

步骤5、当满足地模波变化率dG_i/dt>Δ1_i时，则判断为该极i故障进行步骤6的操作，否则，继续判断地模波变化率dG_i/dt的大小。其中，Δ1_i为极i直流线路中点发生过渡电阻Z故障时算得的地模波变化率与可靠系数K₁的乘积。过渡电阻Z和可靠系数K₁可根据直流输电工程实际参数并综合考虑可靠性、灵敏性等因素设定，如国内某高压直流输电工程过渡电阻可选取300Ω，可靠系数K₁选取0.7。

步骤6、在满足步骤5中极i故障(满足dG_i/dt>Δ1_i时)的基础上，再判断极波变化率dP_i/dt的大小，当满足dP_i/dt>Δ2_i时，则判断为该极i直流线路区内故障，此时，该极i直流线路保护动作，启动该极i直流线路故障重启序列；否则，返回步骤5继续判断地模波变化率dG_i/dt的大小。其中，Δ2_i为极i直流线路中点发生过渡电阻Z故障时算得的极波变化率与可靠系数K₂的乘积。过渡电阻Z和可靠系数K₂可根据直流输电工程实际参数并综合考虑可靠性、灵敏性等因素设定，如国内某高压直流输电工程过渡电阻可选取300Ω，可靠系数K₂选取0.7。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1.一种可提高过渡电阻耐受能力的高压直流输电线路保护方法，所述高压直流输电线路为双端同塔双极直流输电线路，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1、采样获取双端同塔双极直流输电线路中同一端两极直流线路电流I_dL1、I_dL2和两极直流线路电压U_dL1、U_dL2；

步骤2、分别计算极波P_i和地模波G_i：

P_i＝Z₁(I_dLi-I_{dL_op})-(U_dLi-U_{dL_op})

G_i＝Z₀(I_dLi+I_{dL_op})-(U_dLi+U_{dL_op})

其中，Z₁为极波阻抗，Z₀为地模波阻抗；i的值为1或2，代表极1或极2，_op表示另一极的量，即i＝1时，则_op＝2；i＝2时，则_op＝1；

步骤3、分别通过差分法计算极波变化率dP_i/dt和地模波变化率dG_i/dt；所述极波变化率dP_i/dt和地模波变化率dG_i/dt分别为一定步长内极波P_i和地模波G_i的变化量；

步骤4、当满足地模波变化率dG_i/dt>Δ1_i时，则判断为该极i故障，其中，Δ1_i为极i直流线路中点发生过渡电阻Z故障时算得的地模波变化率与可靠系数K₁的乘积；

步骤5、在满足步骤4中极i故障的基础上，当满足dP_i/dt>Δ2_i时，则判断为该极i直流线路区内故障，此时，该极i直流线路保护动作，启动该极i直流线路故障重启序列；其中，Δ2_i为极i直流线路中点发生过渡电阻Z故障时算得的极波变化率与可靠系数K₂的乘积。

2.根据权利要求1所述的可提高过渡电阻耐受能力的高压直流输电线路保护方法，其特征在于，所述过渡电阻Z＝300Ω，K₁＝K₂＝0.7。

3.根据权利要求1所述的可提高过渡电阻耐受能力的高压直流输电线路保护方法，其特征在于，所述步长为0.1ms。