CN105182185A - 一种基于构造方向电流的线路故障识别方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种基于构造方向电流的线路故障识别方法

技术领域

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。

背景技术

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，这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)。

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，往往难以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。这是因为，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，这样，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，以电压变化率du/dt为核心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

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。

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，Δi>0；当整流侧区外故障时，Δi<0；当逆变侧区外故障时，Δi>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，Δi<0；当整流侧区外故障时，Δi>0；当逆变侧区外故障时，Δi<0。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。

具体步骤如下：

(1)取10kHz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。

现利用量测端电流构造方向电流，现定义“构造方向电流”为

i_dir＝i_faulted-i_pre(1)

上式中，i_faulted为故障后的电流，i_pre为故障前的电流。i_dir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

i_dir(k)＝i_dir(k-1)+i(k)-i(k-n)(2)

其中，i_dir(k-1)为

$i_{dir}(k-1)=\underset{j=k-1-n}{\overset{k-1}{\&Sigma;}}\left(i\right(j)-i(i-n\left)\right)---\left(3\right)$

上式中，n为选取的时窗采样点数，且n＝50。

(2)若正极线路故障，则利用方向电流i_dir(k)的线路故障判别式为

i_dir+(k)≥i_dir,set(4)

在(4)中，i_dir,set是一个大于零的值，取为0.5pu。若方向电流连续5个值：i_dir(k)、i_dir(k+1)、i_dir(k+2)、i_dir(k+3)和i_dir(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i_dir的故障识别的判别式为

i_dir-(k)≤-i_dir,set(5)

在(5)中，i_dir,set是一个大于零的值，取为0.5pu。若方向电流连续5个值i_dir(k)、i_dir(k+1)、i_dir(k+2)、i_dir(k+3)和i_dir(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。

本发明的有益效果是：

(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。

(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

图1云广800kv)直流输电系统仿真模型；

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；

图3逆变侧出口故障正极线路量测端电流及方向电流；

图4整流侧出口故障正极线路量测端电流及方向电流；

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；

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

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12/24/36三调谐滤波器，整流侧接地极线路全长为109km，逆变侧接地极线路全长为80km。数据采样率10kHz，现假设正极线路的故障位置距离M端750km，过渡电阻为0Ω的条件下。

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_dir(k)＝1.055pu、i_dir(k+1)＝1.517pu、i_dir(k+2)＝1.942pu、i_dir(k+3)＝2.035pu和i_dir(k+4)＝2.132pu。

根据权利要求书中步骤(2)中的判据，依次将i_dir(k)、i_dir(k+1)、i_dir(k+2)、i_dir(k+3)和i_dir(k+4)与i_dir,set进行比较，得到i_dir(k)、i_dir(k+1)、i_dir(k+2)、i_dir(k+3)和i_dir(k+4)均大于i_dir,set，所以判断为线路故障。

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1500km。线路两侧装有400mH的平波电抗器，直流滤波器为12/24/36三调谐滤波器，整流侧接地极线路全长为109km，逆变侧接地极线路全长为80km。现假设正极线路的故障位置距离M端1490km，过渡电阻为100Ω的条件下。

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_dir(k)＝0.624pu、i_dir(k+1)＝0.889pu、i_dir(k+2)＝1.158pu、i_dir(k+3)＝1.234pu和i_dir(k+4)＝1.124pu。

根据权利要求书中步骤(2)中的判据，依次将i_dir(k)、i_dir(k+1)、i_dir(k+2)、i_dir(k+3)和i_dir(k+4)与i_dir,set进行比较，得到i_dir(k)、i_dir(k+1)、i_dir(k+2)、i_dir(k+3)和i_dir(k+4)均大于i_dir,set，所以判断为线路故障。

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1500km。线路两侧装有400mH的平波电抗器，直流滤波器为12/24/36三调谐滤波器，整流侧接地极线路全长为109km，逆变侧接地极线路全长为80km。数据采样率10kHz，现假设在整流侧出口故障，过渡电阻100Ω的条件下。

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_dir(k)＝-0.205pu、i_dir(k+1)＝-0.24pu、i_dir(k+2)＝-0.312pu、i_dir(k+3)＝-0.312pu和i_dir(k+4)＝-0.325pu。

根据权利要求书中步骤(2)中的判据，依次将i_dir(k)、i_dir(k+1)、i_dir(k+2)、i_dir(k+3)和i_dir(k+4)与i_dir,set进行比较，得到i_dir(k)、i_dir(k+1)、i_dir(k+2)、i_dir(k+3)和i_dir(k+4)均小于i_dir,set，所以判断为区外故障。

Claims (2)

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，Δi>0；当整流侧区外故障时，Δi<0；当逆变侧区外故障时，Δi>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，Δi<0；当整流侧区外故障时，Δi>0；当逆变侧区外故障时，Δi<0；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10kHz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；

现利用量测端电流构造方向电流，现定义“构造方向电流”为：

i_dir＝i_faulted-i_pre(1)

上式中，i_faulted为故障后的电流，i_pre为故障前的电流，i_dir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：

i_dir(k)＝i_dir(k-1)+i(k)-i(k-n)(2)

其中，i_dir(k-1)为：

$i_{dir}(k-1)=\underset{j=k-1-n}{\overset{k-1}{\&Sigma;}}\left(i\right(j)-i(i-n\left)\right)---\left(3\right)$

上式中，n为选取的时窗采样点数，且n＝50；

(2)若正极线路故障，则利用方向电流i_dir(k)的线路故障判别式为：

i_dir+(k)≥i_dir,set(4)

在(4)中，i_dir,set是一个大于零的值，取为0.5pu，若方向电流连续5个值：i_dir(k)、i_dir(k+1)、i_dir(k+2)、i_dir(k+3)和i_dir(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i_dir的故障识别的判别式为：

i_dir-(k)≤-i_dir,set(5)

在(5)中，i_dir,set是一个大于零的值，取为0.5pu，若方向电流连续5个值i_dir(k)、i_dir(k+1)、i_dir(k+2)、i_dir(k+3)和i_dir(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。