CN108680823A - 针对直流架空线路单极接地故障的检测方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种针对直流架空线路单极接地故障的检测方法。该方法应用于直流输电系统，直流输电系统包括整流站、逆变站、直流断路器以及直流架空线路，直流断路器连接在整流站和逆变站之间，直流断路器与整流站、直流断路器与逆变站之间通过直流架空线路连接，直流架空线路用于将整流站输出的直流电输送至逆变站，该方法包括：获取直流断路器两端的电流差值；获取直流架空线路的待检测位置的电压值；当电流差值和电压值满足故障条件时，确定直流架空线路发生单极接地故障。本公开实施例所提供的方法检测的灵活性高、可靠性好，且检测时间短，为直流输电系统的稳定运行提供了保证。

Description

针对直流架空线路单极接地故障的检测方法

技术领域

本公开涉及直流输电技术领域，尤其涉及一种针对直流架空线路单极接地故障的检测方法。

背景技术

架空线路主要指架空明线，架设在地面之上，是用绝缘子将输电导线固定在直立于地面的杆塔上以传输电能的输电线路。架空线路是直流输电系统的重要组成部分。在实际直流输电的过程中，当架空线路发生单极接地故障时，需停止直流电的输送，以保护整个直流输电系统。相关技术中，检测架空线路是否发生单极接地故障的方式灵活性和可靠性差，耗费的时间长。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种针对直流架空线路单极接地故障的检测方法。

根据本公开的一方面，提供了一种针对直流架空线路单极接地故障的检测方法，应用于直流输电系统，所述直流输电系统包括整流站、逆变站、直流断路器以及直流架空线路，所述直流断路器连接在所述整流站和所述逆变站之间，所述直流断路器与所述整流站、所述直流断路器与所述逆变站之间通过所述直流架空线路连接，所述直流架空线路用于将所述整流站输出的直流电输送至所述逆变站，所述方法包括：

获取所述直流断路器两端的电流差值；

获取所述直流架空线路的待检测位置的电压值，所述待检测位置是直流架空线路上处于所述直流断路器与所述逆变站之间的任意位置；

当所述电流差值和所述电压值满足故障条件时，确定所述直流架空线路发生单极接地故障。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，获取所述直流断路器两端的电流差值，包括：

获取所述直流架空线路的正极线路上、所述直流断路器两端的第一正极电流值和第二正极电流值，根据所述第一正极电流值和所述第二正极电流值确定正极电流差值；

获取所述直流架空线路的负极线路上、所述直流断路器两端的第一负极电流值和第二负极电流值，根据所述第一负极电流值和所述第二负极电流值确定负极电流差值。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，获取所述直流架空线路的待检测位置的电压值，包括：

获取所述直流架空线路的正极线路上对应所述待检测位置的正极电压值；

获取所述直流架空线路的负极线路上对应所述待检测位置的负极电压值。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，所述故障条件包括以下至少一项：

所述正极电流差值大于或等于电流差值阈值，且所述正极电压值小于或等于电压值阈值；

所述负极电流差值大于或等于电流差值阈值，且所述负极电压值小于或等于电压值阈值。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，所述电流差值阈值I_th是根据如下公式确定：

I_th＝max(I_set,k_set×I_res)

其中，I_set为差流门槛值，k_set为制动系数，I_res为制动电流值，I_res＝|IDNR|+|IDNI|或I_res＝|IDPR|+|IDPI|，IDNR为所述第一负极电流值，IDNI为所述第二负极电流值，IDPR为所述第一正极电流值，IDPI为所述第二正极电流值。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，所述电压值阈值为0.5pu～0.7pu。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

当确定所述直流架空线路发生单极接地故障时，发出第一故障保护指令，以使所述直流断路器根据所述故障保护指令断开。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

当确定所述直流架空线路发生单极接地故障时，发出第二故障保护指令，以使所述整流站和所述逆变站根据所述第二故障保护指令执行对应的故障处置。

对于上述方法，在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

当确定所述直流架空线路发生单极接地故障时，发出告警提醒。

本公开实施例所提供的针对直流架空线路单极接地故障的检测方法，应用于包括整流站、逆变站、直流断路器以及直流架空线路的直流输电系统，获取直流断路器两端的电流差值以及直流架空线路的待检测位置的电压值，当电流差值和电压值满足故障条件时，确定直流架空线路发生单极接地故障。检测直流架空线路是否发生单极接地故障的灵活性高、可靠性好，且检测时间短，为直流输电系统的稳定运行提供了保证。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出根据本公开一实施例的针对直流架空线路单极接地故障的检测方法的流程图；

图2示出根据本公开一实施例的针对直流架空线路单极接地故障的检测方法中步骤S11的流程图；

图3示出根据本公开一实施例的针对直流架空线路单极接地故障的检测方法中步骤S12的流程图；

图4示出根据本公开一实施例的针对直流架空线路单极接地故障的检测方法的流程图；

图5示出根据本公开一实施例的针对直流架空线路单极接地故障的检测方法的流程图；

图6示出根据本公开一实施例的针对直流架空线路单极接地故障的检测方法的流程图；

图7示出根据本公开一实施例的针对直流架空线路单极接地故障的检测方法的应用场景的示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

图1示出根据本公开一实施例的针对直流架空线路单极接地故障的检测方法的流程图。如图1所示，该方法可以应用于直流输电系统，该直流输电系统可以包括整流站、逆变站、直流断路器以及直流架空线路。直流断路器连接在整流站和逆变站之间，直流断路器与整流站、直流断路器与逆变站之间通过直流架空线路连接，直流架空线路用于将整流站输出的直流电输送至逆变站。该方法包括步骤S11至步骤13。

在步骤S11中，获取直流断路器两端的电流差值。

图2示出根据本公开一实施例的针对直流架空线路单极接地故障的检测方法中步骤S11的流程图。在一种可能的实现方式中，如图2所示，步骤S11可以包括步骤S111和步骤S112。

在步骤S111中，获取直流架空线路的正极线路上、直流断路器两端的第一正极电流值和第二正极电流值，根据第一正极电流值和第二正极电流值确定正极电流差值。

在步骤S112中，获取直流架空线路的负极线路上、直流断路器两端的第一负极电流值和第二负极电流值，根据第一负极电流值和第二负极电流值确定负极电流差值。

在该实现方式中，可以根据采集电流信号的装置、直流架空线路的架设状况等于采集电流信号相关的信息对采集获得第一正极电流值、第二正极电流值、第一负极电流值和第二负极电流值的采集位置进行设置，本公开对此不作限制。可以根据采集需要对步骤S111和步骤S112的执行顺序进行设置，步骤S111可以在步骤S112之前执行，还可以在步骤S112之后执行，也可以与步骤S112同时执行，本公开对此不作限制。

在步骤S12中，获取直流架空线路的待检测位置的电压值，待检测位置是直流架空线路上处于直流断路器与逆变站之间的任意位置。

在本实施例中，可以根据采集电压信号的装置、直流架空线路的架设状况以及采集电流信号的位置等与采集电压信号相关的信息对待检测位置进行设置，例如，将待检测位置设置为直流断路器和逆变器之间、靠近直流断路器的位置。本领域技术人员可以根据实际需要对待检测位置进行设置，本公开对此不作限制。

图3示出根据本公开一实施例的针对直流架空线路单极接地故障的检测方法中步骤S12的流程图。在一种可能的实现方式中，如图3所示，步骤S12可以包括步骤S121和步骤S122。

在步骤S121中，获取直流架空线路的正极线路上对应待检测位置的正极电压值。

在步骤S122中，获取直流架空线路的负极线路上对应待检测位置的负极电压值。

在该实现方式中，可以根据采集需要对步骤S121和步骤S122的执行顺序进行设置，步骤S121可以在步骤S122之前执行，还可以在步骤S122之后执行，也可以与步骤S122同时执行，本公开对此不作限制。

在本实施例中，可以根据采集需要对步骤S11和步骤S12的执行顺序进行设置，步骤S11可以在步骤S12之前执行，还可以在步骤S12之后执行，也可以与步骤S12同时执行，本公开对此不作限制。

在步骤S13中，当电流差值和电压值满足故障条件时，确定直流架空线路发生单极接地故障。

在本实施例中，可以根据发生单极接地故障时电流差值和电压值所具备的数值、以及对应的数值所持续的时间等特点，对故障条件进行设置，本公开对此不作限制。

在一种可能的实现方式中，故障条件可以包括以下至少一项：正极电流差值大于或等于电流差值阈值，且正极电压值小于或等于电压值阈值；负极电流差值大于或等于电流差值阈值，且负极电压值小于或等于电压值阈值。。

通过上述方式，可以基于电压和电流两个方面对直流架空线路是否发生单极接地故障进行判断，所得到的判断结果更为准确，避免了因避雷器动作等原因对单极接地故障判断的干扰(在直流架空线路因避雷器动作时，直流架空线路中会出现较大电流)。

在一种可能的实现方式中，电流差值阈值I_th可以是根据如下公式1确定的。

I_th＝max(I_set,k_set×I_res) 公式1

其中，I_set为差流门槛值，k_set为制动系数，I_res为制动电流值，I_res＝|IDNR|+|IDNI|或I_res＝|IDPR|+|IDPI|，IDNR为第一负极电流值，IDNI为第二负极电流值，IDPR为第一正极电流值，IDPI为第二正极电流值。

在该实现方式中，差流门槛值I_set可以是0.4pu～0.6pu。可以根据发生单极接地故障时电流差值的预测值对差流门槛值进行设置，例如，可以将差流门槛值I_set设置为0.5pu。其中，pu是标幺值(per unit)的简写，标幺值是相对单位制的一种，是电力系统分析和工程计算中常用的数值标记方法，表示各物理量及参数的相对值，单位为pu(也可以认为其无量纲)。标幺值可以为某物理量的实际值与该物理量的基准值之间的比值。

在该实现方式中，制动系数k_set可以是0.1～0.3。可以根据第一负极电流值和第二负极电流值对制动系数k_set进行设置，例如，可以将制动系数k_set设置为0.2。

在一种可能的实现方式中，电压值阈值可以为0.5pu～0.7pu。

在该实现方式中，可以根据发生单极接地故障时电压值的预测值对电压值阈值进行设置，例如，可以将电压值阈值设置为0.6pu。

图4示出根据本公开一实施例的针对直流架空线路单极接地故障的检测方法的流程图。如图4所示，该方法还可以包括步骤S14。

在步骤S14中，当确定直流架空线路发生单极接地故障时，发出第一故障保护指令，以使直流断路器根据故障保护指令断开。

这样，通过断开直流断路器可以切断直流架空线路，以停止直流电的输送，保护直流输电系统。

图5示出根据本公开一实施例的针对直流架空线路单极接地故障的检测方法的流程图。如图5所示，该方法还可以包括步骤S15。

在步骤S15中，当确定直流架空线路发生单极接地故障时，发出第二故障保护指令，以使整流站和逆变站根据第二故障保护指令执行对应的故障处置。

在本实施例中，第二故障指令中可以包括直流架空线路中发生单极接地故障的具体线路，以及发生单极接地故障的故障位置。例如，第二故障指令中可以包括：正极线路发生单极接地故障，发生单极接地故障的位置为标号为889的位置。这样，可以使整流站和逆变站基于发生单极接地故障的具体线路和故障位置，作出与之相对应的整修、直流电停运等处置。其中，可以根据进行电流和电压信号采集的位置确定发生单极接地故障的位置。

图6示出根据本公开一实施例的针对直流架空线路单极接地故障的检测方法的流程图。如图6所示，该方法还可以包括步骤S16。

在步骤S16中，当确定直流架空线路发生单极接地故障时，发出告警提醒。

在本实施例中，可以通过灯光、声音等单一或组合形式发出告警提醒，以使直流输电系统的运行维护人员可以根据告警提醒获知直流架空线路发生单极接地故障。

需要说明的是，尽管以上述实施例作为示例介绍了针对直流架空线路单极接地故障的检测方法如上，但本领域技术人员能够理解，本公开应不限于此。事实上，用户完全可根据个人喜好和/或实际应用场景灵活设定各步骤，只要符合本公开的技术方案即可。

本公开实施例所提供的针对直流架空线路单极接地故障的检测方法，获取直流断路器两端的电流差值以及直流架空线路的待检测位置的电压值，当电流差值和电压值满足故障条件时，确定直流架空线路发生单极接地故障。检测直流架空线路是否发生单极接地故障的灵活性高、可靠性好，且检测时间短，为直流输电系统的稳定运行提供了保证。

应用示例

以下结合“检测某直流输电系统的直流架空线路是否发生单极接地故障”作为一个示例性应用场景，给出根据本公开实施例的应用示例，以便于理解针对直流架空线路单极接地故障的检测方法的流程。本领域技术人员应理解，以下应用示例仅仅是出于便于理解本公开实施例的目的，不应视为对本公开实施例的限制。

图7示出根据本公开一实施例的针对直流架空线路单极接地故障的检测方法的应用场景的示意图。如图7所示，该直流输电系统可以包括整流站1、逆变站2、直流断路器3以及直流架空线路4(包括正极线路41和负极线路42)。直流断路器3连接在整流站1和逆变站2之间。直流断路器3与整流站1、直流断路器3与逆变站2之间通过直流架空线路4连接，直流架空线路4用于将整流站1输出的直流电输送至逆变站2。以下以检测整理站1与逆变站2之间的直流架空线路是否发生单极接地故障为例，对检测该直流输电系统是否发生单极接地故障的过程进行说明，包括以下步骤：

第一步，获取直流架空线路4的正极线路41上、直流断路器3两端的第一正极电流值IDPR和第二正极电流值IDPI，根据第一正极电流值IDPR和第二正极电流值IDPI确定正极电流差值|IDPR-IDPI|。

第二步，获取直流架空线路4的负极线路42上、直流断路器3两端的第一负极电流值IDNR和第二负极电流值IDNI，根据第一负极电流值IDNR和第二负极电流值IDNI确定负极电流差值|IDNR-IDNI|。

第三步，获取直流架空线路4的正极线路41上对应待检测位置4’的正极电压值UDP。

第四步，获取直流架空线路4的负极线路42上对应待检测位置4’的负极电压值UDN。

第五步，当电流差值和电压值满足故障条件时，确定直流架空线路4发生单极接地故障。其中，故障条件为“|IDPR-IDPI|≥I_th，且UDP≤U_set”和/或“|IDNR-IDNI|≥I_th，且UDN≤U_set”中的至少一个。其中，U_set为电压值阈值，U_set取0.6pu。I_th是根据公式1进行计算确定，k_set为0.2，I_set为0.5pu。

通过上述方法对直流输电系统进行单极接地故障检测，检测直流架空线路4是否发生单极接地故障的灵活性高、可靠性好，且检测时间短，为直流输电系统的稳定运行提供了保证。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (9)

1.一种针对直流架空线路单极接地故障的检测方法，其特征在于，应用于直流输电系统，所述直流输电系统包括整流站、逆变站、直流断路器以及直流架空线路，所述直流断路器连接在所述整流站和所述逆变站之间，所述直流断路器与所述整流站、所述直流断路器与所述逆变站之间通过所述直流架空线路连接，所述直流架空线路用于将所述整流站输出的直流电输送至所述逆变站，所述方法包括：

获取所述直流断路器两端的电流差值；

获取所述直流架空线路的待检测位置的电压值，所述待检测位置是直流架空线路上处于所述直流断路器与所述逆变站之间的任意位置；

当所述电流差值和所述电压值满足故障条件时，确定所述直流架空线路发生单极接地故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述直流断路器两端的电流差值，包括：

获取所述直流架空线路的正极线路上、所述直流断路器两端的第一正极电流值和第二正极电流值，根据所述第一正极电流值和所述第二正极电流值确定正极电流差值；

获取所述直流架空线路的负极线路上、所述直流断路器两端的第一负极电流值和第二负极电流值，根据所述第一负极电流值和所述第二负极电流值确定负极电流差值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取所述直流架空线路的待检测位置的电压值，包括：

获取所述直流架空线路的正极线路上对应所述待检测位置的正极电压值；

获取所述直流架空线路的负极线路上对应所述待检测位置的负极电压值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述故障条件包括以下至少一项：

所述正极电流差值大于或等于电流差值阈值，且所述正极电压值小于或等于电压值阈值；

所述负极电流差值大于或等于电流差值阈值，且所述负极电压值小于或等于电压值阈值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电流差值阈值I_th是根据如下公式确定的：

I_th＝max(I_set,k_set×I_res)

其中，I_set为差流门槛值，k_set为制动系数，I_res为制动电流值，I_res＝|IDNR|+|IDNI|或I_res＝|IDPR|+|IDPI|，IDNR为所述第一负极电流值，IDNI为所述第二负极电流值，IDPR为所述第一正极电流值，IDPI为所述第二正极电流值。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电压值阈值为0.5pu～0.7pu。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当确定所述直流架空线路发生单极接地故障时，发出第一故障保护指令，以使所述直流断路器根据所述故障保护指令断开。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当确定所述直流架空线路发生单极接地故障时，发出第二故障保护指令，以使所述整流站和所述逆变站根据所述第二故障保护指令执行对应的故障处置。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当确定所述直流架空线路发生单极接地故障时，发出告警提醒。