CN109217270B - 一种直流线路分段式定时限过流保护方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直流线路分段式定时限过流保护方法与装置，该方法包括:检测直流线路侧的直流电压变化率,并根据所述直流电压变化率判断直流线路是否发生故障；当所述直流线路发生故障时，计算所述直流线路的故障电流分量以及故障持续时间；按步骤判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流I段保护条件、预设的过流II段保护条件以及判断所述直流线路的返回电流是否满足故障返回判据。该方法时可以根据合理的定值整定及分段延时有选择性地切除故障，能够在直流系统产生保护拒动时提供远后备保护以及可以根据合理的定值整定及分段延时有选择性地切除故障，避免线路保护间越级动作的发生，为直流输电线路提供更好的保护措施。

Description

一种直流线路分段式定时限过流保护方法与装置
技术领域
本发明涉及直流输电继电保护技术领域，尤其涉及一种直流线路分段式定时限过流保护方法与装置。
背景技术
风能、太阳能等新能源发电具有间歇性、随机性等特点，其大规模并网时会对传统电力网络产生冲击，降低电网的经济性和可靠性。基于柔性直流输电技术的多端直流输电系统和直流电网能有效地解决这一问题。同时，随着混合断路器技术的进步和对直流系统可靠性要求的提高，在线路两侧配置直流断路器的直流电网方案成为了优选方案。直流断路器的故障清除技术可迅速隔离故障，使网络单点发生故障时不再需要停运整个直流系统，直接由直流断路器隔离故障区域，保全健全部分。
目前，针对直流线路故障的快速识别，学术界已提出了许多基于时域或频域分析的保护原理，例如利用电压、电流变化率和变化量的行波保护，或利用电压、电流频域分量的暂态保护等。这些保护原理一般将重点放在故障后电气量的瞬时突变特征上，能满足直流电网线路保护快速性的要求，这些暂态特征一般在故障后瞬间最为突出，若保护在初始时刻检测失败，后续时间窗内不一定能满足门槛值，从而造成保护的拒动；而且在直流系统运行过程中，当下级用电设备出现短路故障时，经常引起上一级直流断路器的越级跳闸，保护系统不能根据合理的定值整定及分段延时有选择性地切除故障。
发明内容
本发明的目的是提供一种直流线路分段式定时限过流保护方法与装置，能够在直流系统产生保护拒动时提供远后备保护以及可以有选择性地切除故障，避免线路保护间越级动作的发生。
本发明实施例提供一种直流线路分段式定时限过流保护方法，包括：
检测直流线路侧的直流电压变化率,并根据所述直流电压变化率判断所述直流线路是否发生故障；
当所述直流线路发生故障时，计算所述直流线路的故障电流分量以及故障持续时间；
判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流I段保护条件；
当所述故障电流分量以及所述故障持续时间满足预设的过流I段保护条件，则发出跳闸信号；
当所述故障电流分量以及所述故障持续时间不满足预设的过流I段保护条件，则判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流II段保护条件；
当所述故障电流分量以及所述故障持续时间不满足预设的过流II段保护条件,则确定所述故障排除，并在所述故障持续时间满足所述预设的过流II段保护条件时，结束检测；
当所述故障电流分量以及所述故障持续时间满足预设的过流II段保护条件，则判断所述直流线路的返回电流是否满足故障返回判据；
当所述直流线路的返回电流满足所述的故障返回判据,则保护返回；
当所述直流线路的返回电流不满足所述的故障返回判据,则在所述故障持续时间满足所述预设的过流II段保护条件时，发出跳闸信号。
优选地，所述根据所述直流电压变化率判断所述直流线路是否发生故障，具体包括：
判断所述直流电压变化率的绝对值是否超过第一阈值；若是，确定所述直流线路发生故障，并将超过所述第一阈值的第一个时刻记为故障发生时刻；
其中，所述第一阈值为所述直流线路正常运行时电压变化率的最大值。
优选地，所述直流线路分段式定时限过流保护方法,还包括：
根据公式iF＝i(t)-i(t-Δt)，计算所述故障电流分量iF；
其中，i(t)为所述线路直流电流在t时刻的电流瞬时值；Δt表示当前时刻与预设时刻的时间间隔；
根据公式tF＝t-t0,计算所述故障持续时间tF；
其中，t为所述计算故障电流分量iF时的当前时刻；t0为所述故障发生时刻。
优选地，所述判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流I段保护条件，具体包括：
所述预设的过流I段保护条件包括过流I段延时时间和过流I段整定值；
当所述故障持续时间小于所述过流I段延时时间时，检测所述故障电流分量是否大于所述过流I段整定值；若是，则满足所述预设的过流I段保护条件；若否，不满足所述预设的过流I段保护条件。
优选地，判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流II段保护条件,具体包括:
所述预设的过流II段保护条件包括过流II段延时时间和过流II段整定值；
当所述故障持续时间等于所述过流I段延时时间时，判断所述故障持续时间是否小于所述过流II段延时时间；
当所述故障持续时间小于所述过流I段延时时间时，检测所述故障电流分量是否大于所述过流II段整定值；若是，则满足所述预设的过流II段保护条件；若否，不满足所述预设的过流II段保护条件。
优选地，判断所述直流线路电流的返回电流是否满足故障返回判据,具体包括:
所述故障返回判据包括第二阈值；
当检测到的所述返回电流小于所述第二阈值，则满足所述的故障返回判据；
当检测到的所述返回电流不小于所述第二阈值，则不满足所述的故障返回判据。
优选地，所述直流线路分段式定时限过流保护方法,还包括：
根据公式Δt1<Δttrip-Δtbr,计算所述过流I段延时时间Δt1；
其中，Δttrip为换流器闭锁时间；Δtbr为直流断路器动作需要的时间；
根据公式Iset1＝k1*IF_Bus2,计算所述过流I段整定值Iset1；
其中，k1是可靠性系数；IF_Bus2是当端直流母线极间金属性短路时在所述过流I段延时间Δt1内产生的最大电流。
优选地，所述直流线路分段式定时限过流保护方法,还包括：
根据公式Δt2＝Δt1+Δtbr+Δtre,计算所述过流II段延时时间Δt2；
其中，Δtre为所述故障返回判据需要的时间；
根据公式Iset2＝k2*IF2,MAX,计算所述过流II段整定值Iset2；
其中，k2是可靠性系数；IF2,MAX是当I段末端故障时在所述过流II段延时Δt2内流过本线路保护的最大电流。
优选地，所述直流线路分段式定时限过流保护方法,还包括：
根据公式
Figure GDA0002431724810000041
计算所述返回电流；
其中，Ire表示为在设定的电流周期下，前2个电流周期的电流平均值之差与前一电流周期电流平均值的比值,Δre为所述第二阈值；
Figure GDA0002431724810000042
表示故障电流在(t-Δtre',t)内的平均值，Δtre'为所述电流周期。
本发明实施例还提供一种直流线路分段式定时限过流保护装置，包括:
故障检测模块，用于检测直流线路侧的直流电压变化率,并根据所述直流电压变化率判断所述直流线路是否发生故障；
第一计算模块，用于当所述直流线路发生故障时，计算所述直流线路的故障电流分量以及故障持续时间；
过流I段保护判断模块，用于判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流I段保护条件；
第一信号发出模块，用于当所述故障电流分量以及所述故障持续时间满足预设的过流I段保护条件，则发出跳闸信号；
过流II段保护判断模块，用于当所述故障电流分量以及所述故障持续时间不满足预设的过流I段保护条件，则判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流II段保护条件；
故障排除模块，用于当判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间不满足预设的过流II段保护条件,则确定所述故障排除，并在所述故障持续时间满足所述预设的过流II段保护条件时，结束检测；
故障返回判断模块，用于当所述故障电流分量以及所述故障持续时间满足预设的过流II段保护条件，则判断所述直流线路的返回电流是否满足故障返回判据；
返回保护模块，用于当所述直流线路的返回电流满足所述的故障返回判据,则保护返回；
第二信号发出模块，用于当所述直流线路的返回电流不满足所述的故障返回判据,则在所述故障持续时间满足所述预设的过流II段保护条件时，发出跳闸信号。
相对于现有技术，本发明提供的一种直流线路分段式定时限过流保护方法的有益效果在于：所述直流线路分段式定时限过流保护方法，包括：检测直流线路侧的直流电压变化率,并根据所述直流电压变化率判断所述直流线路是否发生故障；当所述直流线路发生故障时，计算所述直流线路的故障电流分量以及故障持续时间；判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流I段保护条件；当所述故障电流分量以及所述故障持续时间满足预设的过流I段保护条件，则发出跳闸信号；当所述故障电流分量以及所述故障持续时间不满足预设的过流I段保护条件，则判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流II段保护条件；当所述故障电流分量以及所述故障持续时间不满足预设的过流II段保护条件,则确定所述故障排除，并在所述故障持续时间满足所述预设的过流II段保护条件时，结束检测；当所述故障电流分量以及所述故障持续时间满足预设的过流II段保护条件，则判断所述直流线路的返回电流是否满足故障返回判据；当所述直流线路的返回电流满足所述的故障返回判据,则保护返回；当所述直流线路的返回电流不满足所述的故障返回判据,则在所述故障持续时间满足所述预设的过流II段保护条件时，发出跳闸信号。该方法时可以根据合理的定值整定及分段延时有选择性地切除故障，能够在直流系统产生保护拒动时提供远后备保护以及可以根据合理的定值整定及分段延时有选择性地切除故障，避免线路保护间越级动作的发生，为直流输电线路提供更好的保护措施。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种直流线路分段式定时限过流保护方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种直流线路分段式定时限过流保护方法的直流网络模型图；
图3是本发明实施例提供的一种直流线路分段式定时限过流保护方法的线路故障情况下电流波形示意图；
图4是本发明实施例提供的一种直流线路分段式定时限过流保护方法的母线故障情况下电流波形示意图；
图5是本发明实施例提供的一种直流线路分段式定时限过流保护装置的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，其是本发明实施例提供的一种直流线路分段式定时限过流保护方法的流程图，所述直流线路分段式定时限过流保护方法，包括：
S100：检测直流线路侧的直流电压变化率,并根据所述直流电压变化率判断所述直流线路是否发生故障；
S200：当所述直流线路发生故障时，计算所述直流线路的故障电流分量以及故障持续时间；
S300：判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流I段保护条件；
S400：当所述故障电流分量以及所述故障持续时间满足预设的过流I段保护条件，则发出跳闸信号；
S500：当所述故障电流分量以及所述故障持续时间不满足预设的过流I段保护条件，则判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流II段保护条件；
S600：当所述故障电流分量以及所述故障持续时间不满足预设的过流II段保护条件,则确定所述故障排除，并在所述故障持续时间满足所述预设的过流II段保护条件时，结束检测；
S700：当所述故障电流分量以及所述故障持续时间满足预设的过流II段保护条件，则判断所述直流线路的返回电流是否满足故障返回判据；
S800：当所述直流线路的返回电流满足所述的故障返回判据,则保护返回；
S900：当所述直流线路的返回电流不满足所述的故障返回判据,则在所述故障持续时间满足所述预设的过流II段保护条件时，发出跳闸信号。
在一种可选的实施例中，S100：检测直流线路侧的直流电压变化率,并根据所述直流电压变化率判断所述直流线路是否发生故障，具体包括：
判断所述直流电压变化率的绝对值是否超过第一阈值；若是，确定所述直流线路发生故障，并将超过所述第一阈值的第一个时刻记为故障发生时刻；
其中，所述第一阈值为所述直流线路正常运行时电压变化率的最大值。
在本实施例中，所述的第一阈值Δ1为320kV/ms。
在一种可选的实施例中，S200：当所述直流线路发生故障时，计算所述直流线路的故障电流分量以及故障持续时间，具体包括：
根据公式iF＝i(t)-i(t-Δt)，计算故障电流分量iF；
其中，i(t)为所述线路直流电流在t时刻的电流瞬时值；Δt表示当前时刻与特定时刻的时间间隔；
根据公式tF＝t-t0,计算故障持续时间tF；
其中，t为所述计算故障电流分量iF时的当前时刻；t0为所述故障发生时刻。
在本实施例中，Δt＝10ms,所述的故障电流分量iF用当前电流值与10ms前的线路电流值之差计算，以确保在线路发生故障后的10ms内线路电流减去的是故障发生前的稳态值。
在一种可选的实施例中，S300：判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流I段保护条件，具体包括：
所述预设的过流I段保护条件包括过流I段延时时间和过流I段整定值；
当所述故障持续时间小于所述过流I段延时时间时，检测所述故障电流分量是否大于所述过流I段整定值；若是，则满足所述预设的过流I段保护条件；若否，不满足所述预设的过流I段保护条件。
在一种可选的实施例中，所述直流线路分段式定时限过流保护方法，还包括：
根据公式Δt1<Δttrip-Δtbr,计算所述过流I段延时Δt1；
其中，Δttrip为换流器闭锁时间；Δtbr为直流断路器动作需要的时间；
根据公式Iset1＝k1*IF_Bus2,计算所述过流I段整定值Iset1；
其中，k1是可靠性系数；IF_Bus2是当端直流母线极间金属性短路时在所述过流I段延时Δt1内产生的最大电流。
在本实施例中，为了与换流器保护进行配合，最大程度的提高所述直流电网可靠性，所述I段延时Δt1小于最严重的线路故障下所述换流器闭锁时间Δttrip与所述直流断路器动作需要的时间Δtbr之差；所述的k1可取1.2～1.3。
在一种可选的实施例中，S500：当判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间不满足预设的过流I段保护条件，则判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流II段保护条件，具体包括：
所述预设的过流II段保护条件包括过流II段延时时间和过流II段整定值；
当所述故障持续时间等于所述过流I段延时时间时，判断所述故障持续时间是否小于所述过流II段延时时间；
当所述故障持续时间小于所述过流I段延时时间时，检测所述故障电流分量是否大于所述过流II段整定值；若是，则满足所述预设的过流II段保护条件；若否，不满足所述预设的过流II段保护条件。
在一种可选的实施例中，所述直流线路分段式定时限过流保护方法,还包括：
根据公式Δt2＝Δt1+Δtbr+Δtre,计算所述过流II段延时Δt2；
其中，Δtre为所述故障返回判据需要的时间；
根据公式Iset2＝k2*IF2,MAX,计算所述过流II段整定值Iset2；
其中，k2是可靠性系数；IF2，MAX是当I段末端故障时在所述过流II段延时Δt2内流过本线路保护的最大电流。
在本实施例中，为保证下级线路故障时本级保护不误动，所述过流II段的延时Δt2应大于等于所述I段延时Δt1、直流断路器动作时间以及返回判据所需时间之和；为保证上下级线路的配合，本级线路所述过流II段的保护范围应小于所述过流I段的保护范围；所述的k2可取1.1～1.2。
在一种可选的实施例中，S700：当判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间满足预设的过流II段保护条件，则判断所述直流线路电流的返回电流是否满足故障返回判据，具体包括：
所述故障返回判据包括第二阈值；
当检测到的所述返回电流小于所述第二阈值，则满足所述的故障返回判据；
当检测到的所述返回电流不小于所述第二阈值，则不满足所述的故障返回判据。
在一种可选的实施例中，所述直流线路分段式定时限过流保护方法,还包括：
根据公式
Figure GDA0002431724810000101
计算所述返回电流；
其中，Ire表示为在设定的电流周期下，前2个电流周期的电流平均值之差与前一电流周期电流平均值的比值,Δre为所述第二阈值；
Figure GDA0002431724810000102
表示故障电流在(t-Δtre',t)内的平均值，Δtre'为所述电流周期。
在本实施例中，所述的检测所述的故障是否被切除主要是用线路中的电流是否下降来检测，当所述返回电流Ire小于零时，表示所述直流线路的电流正下降,所述的故障已被切除；实际直流电路中，为避免电流波动的影响，所述第二阈值Δre取值为正值，且不大于所述直流线路的额定电流的10％；所述电流周期Δtre一般可取1ms。
请参阅图2，其是本发明实施例提供的一种直流线路分段式定时限过流保护方法的直流网络模型图，包括：
4个换流站分别为MMC1、MMC2、MMC3和MMC4，直流线路，直流断路器以及各线路保护点。
下面以各线路保护的数据为例，对本发明提供的直流线路分段式定时限过流保护方法进行说明：
具体的各线路保护的整定值如下表所示：
Figure GDA0002431724810000111
其中所述第二阈值Δre取值为0.1。
在一种可选的实施例中，以线路故障数据为例，对本发明提供的直流线路分段式定时限过流保护方法进行说明：
设置在t＝0.71s时刻在距离所述保护点13的150km处发生极间金属性短路故障，其相应的线路故障电流波形如图3；
根据本发明的步骤S100，所述保护点13、31分别在t＝0.7106s、t＝0.7102s检测出故障，启动2ms的延迟；
根据本发明的步骤S200，计算所述故障电流分量和所述故障持续时间；
根据本发明的步骤S300，检测出所述保护点13、31分别在时间t＝0.7122s、t＝0.7114s时，所述的故障电流分量大于所述过流I段整定值Iset1，满足所述过流I段保护条件；
所述保护系统立刻发出跳闸命令，所述直流断路器经过2ms后完全断开，线路电流下降；
根据本发明的步骤S100～S600，检测出所述上级保护点21的所述故障电流分量以及所述故障持续时间均不满足所述过流I段保护条件以及过流II段保护条件；
所述故障已被排除，相应所述的直流断路器保护正确，不采取动作；
根据本发明的步骤S100～S700，检测出所述上级保护点43的所述故障电流分量大于所述过流II段整定值Iset2，满足所述过流II段保护条件；
根据本发明的步骤S800，计算出所述上级保护点43的所述返回电流为-0.037低于所述第二阈值Δre，满足所述故障返回判据；
相应所述直流断路器保护正确，不采取动作；
通过线路故障数据的分析可以看出，本发明所提方法可以根据分段定时限过流保护原理有选择性地快速切断本线路故障，并且识别区外故障且在故障切除后返回电流，保证上下级的配合。
在一种可选的实施例中，以母线故障数据为例，对本发明提供的直流线路分段式定时限过流保护方法进行说明：
各线路保护点的整定值如下：
设置t＝0.71s时刻所述交流器MMC1母线发生极间金属性故障，且所述交流器MMC1母线保护拒动，其相应的线路故障电流波形如图4；
根据本发明的步骤S100～S900，计算出所述保护点21、31的所述返回电流一直高于所述第二阈值所述的Ire，不满足所述故障返回判据；
在所述故障持续时间满足所述预设的过流II段保护条件时，所述保护系统发出跳闸命令，相应所述的直流断路器断开，所述线路电流下降，隔离所述母线故障；
通过母线故障数据的分析可以看出，本发明所提方法可以根据分段定时限过流保护原理有选择性地快速切断本线路故障，并且在故障切除后返回电流，作为对端母线的远后备，在母线保护拒动时可靠隔离故障换流站进行保护。
请参阅图5,其是本发明实施例的一种直流线路分段式定时限过流保护装置的流程图,所述直流线路分段式定时限过流保护装置,包括:
故障检测模块1，用于检测直流线路侧的直流电压变化率,并根据所述直流电压变化率判断所述直流线路是否发生故障；
第一计算模块2，用于当所述直流线路发生故障时，计算所述直流线路的故障电流分量以及故障持续时间；
过流I段保护判断模块3，用于判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流I段保护条件；
第一信号发出模块4，用于当所述故障电流分量以及所述故障持续时间满足预设的过流I段保护条件，则发出跳闸信号；
过流II段保护判断模块5，用于当所述故障电流分量以及所述故障持续时间不满足预设的过流I段保护条件，则判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流II段保护条件；
故障排除模块6，用于当判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间不满足预设的过流II段保护条件,则确定所述故障排除，并在所述故障持续时间满足所述预设的过流II段保护条件时，结束检测；
故障返回判断模块7，用于当所述故障电流分量以及所述故障持续时间满足预设的过流II段保护条件，则判断所述直流线路的返回电流是否满足故障返回判据；
返回保护模块8，用于当所述直流线路的返回电流满足所述的故障返回判据,则保护返回；
第二信号发出模块9，用于当所述直流线路的返回电流不满足所述的故障返回判据,则在所述故障持续时间满足所述预设的过流II段保护条件时，发出跳闸信号。
在一种可选的实施例中，故障检测模块1包括：
直流电压变化率检查单元,判断所述直流电压变化率的绝对值是否超过第一阈值；若是，确定所述直流线路发生故障，并将超过所述第一阈值的第一个时刻记为故障发生时刻；
其中，所述第一阈值为所述直流线路正常运行时电压变化率的最大值。
在本实施例中，所述的第一阈值Δ1为320kV/ms。
在一种可选的实施例中，第一计算模块2包括：
故障电流分量计算单元,根据公式iF＝i(t)-i(t-Δt)，计算故障电流分量iF；
其中，i(t)为所述线路直流电流在t时刻的电流瞬时值；Δt表示当前时刻与特定时刻的时间间隔；
故障持续时间计算单元,根据公式tF＝t-t0,计算故障持续时间tF；
其中，t为所述计算故障电流分量iF时的当前时刻；t0为所述故障发生时刻。
在本实施例中，Δt＝10ms,所述的故障电流分量iF用当前电流值与10ms前的线路电流值之差计算，以确保在线路发生故障后的10ms内线路电流减去的是故障发生前的稳态值。
在一种可选的实施例中，过流I段保护判断模块3包括：
所述预设的过流I段保护条件包括过流I段延时时间和过流I段整定值；
当所述故障持续时间小于所述过流I段延时时间时，检测所述故障电流分量是否大于所述过流I段整定值；若是，则满足所述预设的过流I段保护条件；若否，不满足所述预设的过流I段保护条件。
在一种可选的实施例中，所述直流线路分段式定时限过流保护装置，还包括：
过流I段延时时间计算单元,根据公式Δt1<Δttrip-Δtbr,计算所述过流I段延时Δt1；
其中，Δttrip为换流器闭锁时间；Δtbr为直流断路器动作需要的时间；
过流I段整定值计算单元,根据公式Iset1＝k1*IF_Bus2,计算所述过流I段整定值Iset1；
其中，k1是可靠性系数；IF_Bus2是当端直流母线极间金属性短路时在所述过流I段延时Δt1内产生的最大电流。
在本实施例中，为了与换流器保护进行配合，最大程度的提高所述直流电网可靠性，所述I段延时Δt1小于最严重的线路故障下所述换流器闭锁时间Δttrip与所述直流断路器动作需要的时间Δtbr之差；所述的k1可取1.2～1.3。
在一种可选的实施例中，过流II段保护判断模块5包括：
所述预设的过流II段保护条件包括过流II段延时时间和过流II段整定值；
当所述故障持续时间等于所述过流I段延时时间时，判断所述故障持续时间是否小于所述过流II段延时时间；
当所述故障持续时间小于所述过流I段延时时间时，检测所述故障电流分量是否大于所述过流II段整定值；若是，则满足所述预设的过流II段保护条件；若否，不满足所述预设的过流II段保护条件。
在一种可选的实施例中，所述直流线路分段式定时限过流保护装置,还包括：
过流II段延时时间计算单元,根据公式Δt2＝Δt1+Δtbr+Δtre,计算所述过流II段延时Δt2；
其中，Δtre为所述故障返回判据需要的时间；
过流II段整定值计算单元,根据公式Iset2＝k2*IF2,MAX,计算所述过流II段整定值Iset2；
其中，k2是可靠性系数；IF2,MAX是当I段末端故障时在所述过流II段延时Δt2内流过本线路保护的最大电流。
在本实施例中，为保证下级线路故障时本级保护不误动，所述过流II段的延时Δt2应大于等于所述I段延时Δt1、直流断路器动作时间以及返回判据所需时间之和；为保证上下级线路的配合，本级线路所述过流II段的保护范围应小于所述过流I段的保护范围；所述的k2可取1.1～1.2。
在一种可选的实施例中，故障返回判断模块7包括：
所述故障返回判据包括第二阈值；
当检测到的所述返回电流小于所述第二阈值，则满足所述的故障返回判据；
当检测到的所述返回电流不小于所述第二阈值，则不满足所述的故障返回判据。
在一种可选的实施例中，所述直流线路分段式定时限过流保护装置,还包括：
返回电流计算单元,根据公式
Figure GDA0002431724810000161
计算所述返回电流；
其中，Ire表示为在设定的电流周期下，前2个电流周期的电流平均值之差与前一电流周期电流平均值的比值,Δre为所述第二阈值；
Figure GDA0002431724810000162
表示故障电流在(t-Δtre',t)内的平均值，Δtre'为所述电流周期。
在本实施例中，所述的检测所述的故障是否被切除主要是用线路中的电流是否下降来检测，当所述返回电流Ire小于零时，表示所述直流线路的电流正下降,所述的故障已被切除；实际直流电路中，为避免电流波动的影响，所述第二阈值Δre取值为正值，且不大于所述直流线路的额定电流的10％；所述电流周期Δtre一般可取1ms。
相对于现有技术，本发明提供的一种直流线路分段式定时限过流保护方法的有益效果在于：所述直流线路分段式定时限过流保护方法，包括：检测直流线路侧的直流电压变化率,并根据所述直流电压变化率判断所述直流线路是否发生故障；当所述直流线路发生故障时，计算所述直流线路的故障电流分量以及故障持续时间；判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流I段保护条件；当所述故障电流分量以及所述故障持续时间满足预设的过流I段保护条件，则发出跳闸信号；当所述故障电流分量以及所述故障持续时间不满足预设的过流I段保护条件，则判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流II段保护条件；当所述故障电流分量以及所述故障持续时间不满足预设的过流II段保护条件,则确定所述故障排除，并在所述故障持续时间满足所述预设的过流II段保护条件时，结束检测；当所述故障电流分量以及所述故障持续时间满足预设的过流II段保护条件，则判断所述直流线路的返回电流是否满足故障返回判据；当所述直流线路的返回电流满足所述的故障返回判据,则保护返回；当所述直流线路的返回电流不满足所述的故障返回判据,则在所述故障持续时间满足所述预设的过流II段保护条件时，发出跳闸信号。该方法时可以根据合理的定值整定及分段延时有选择性地切除故障，能够在直流系统产生保护拒动时提供远后备保护以及可以根据合理的定值整定及分段延时有选择性地切除故障，避免线路保护间越级动作的发生，为直流输电线路提供更好的保护措施。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种直流线路分段式定时限过流保护方法，其特征在于，包括:
检测直流线路侧的直流电压变化率,并根据所述直流电压变化率判断所述直流线路是否发生故障；
当所述直流线路发生故障时，根据公式iF＝i(t)-i(t-Δt)，计算所述直流线路的故障电流分量iF，根据公式tF＝t-t0,计算所述直流线路的故障持续时间tF，其中，i(t)为所述线路直流电流在t时刻的电流瞬时值，Δt表示当前时刻与预设时刻的时间间隔，t为所述计算故障电流分量iF时的当前时刻，t0为所述故障发生时刻；
判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流I段保护条件；
当所述故障电流分量以及所述故障持续时间满足预设的过流I段保护条件，则发出跳闸信号；
当所述故障电流分量以及所述故障持续时间不满足预设的过流I段保护条件，则判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流II段保护条件；
当所述故障电流分量以及所述故障持续时间不满足预设的过流II段保护条件,则确定所述故障排除，并在所述故障持续时间满足所述预设的过流II段保护条件时，结束检测；
当所述故障电流分量以及所述故障持续时间满足预设的过流II段保护条件，则判断所述直流线路的返回电流是否满足故障返回判据；
当所述直流线路的返回电流满足所述的故障返回判据,则保护返回；
当所述直流线路的返回电流不满足所述的故障返回判据,则在所述故障持续时间满足所述预设的过流II段保护条件时，发出跳闸信号。
2.如权利要求1所述的直流线路分段式定时限过流保护方法，其特征在于，所述根据所述直流电压变化率判断所述直流线路是否发生故障，具体包括：
判断所述直流电压变化率的绝对值是否超过第一阈值；若是，确定所述直流线路发生故障，并将超过所述第一阈值的第一个时刻记为故障发生时刻；
其中，所述第一阈值为所述直流线路正常运行时电压变化率的最大值。
3.如权利要求1所述的直流线路分段式定时限过流保护方法，其特征在于，所述判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流I段保护条件，具体包括：
所述预设的过流I段保护条件包括过流I段延时时间和过流I段整定值；
当所述故障持续时间小于所述过流I段延时时间时，检测所述故障电流分量是否大于所述过流I段整定值；若是，则满足所述预设的过流I段保护条件；若否，不满足所述预设的过流I段保护条件。
4.如权利要求1所述的直流线路分段式定时限过流保护方法，其特征在于，判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流II段保护条件,具体包括:
所述预设的过流II段保护条件包括过流II段延时时间和过流II段整定值；
当所述故障持续时间小于所述过流I段延时时间时，检测所述故障电流分量是否大于所述过流II段整定值；若是，则满足所述预设的过流II段保护条件；若否，不满足所述预设的过流II段保护条件。
5.如权利要求1所述的直流线路分段式定时限过流保护方法，其特征在于，判断所述直流线路电流的返回电流是否满足故障返回判据,具体包括:
所述故障返回判据包括第二阈值；
当检测到的所述返回电流小于所述第二阈值，则满足所述的故障返回判据；
当检测到的所述返回电流不小于所述第二阈值，则不满足所述的故障返回判据。
6.如权利要求3所述的直流线路分段式定时限过流保护方法，其特征在于，所述直流线路分段式定时限过流保护方法,还包括：
根据公式Δt1<Δttrip-Δtbr,计算所述过流I段延时时间Δt1；
其中，Δttrip为换流器闭锁时间；Δtbr为直流断路器动作需要的时间；
根据公式Iset1＝k1*IF_Bus2,计算所述过流I段整定值Iset1；
其中，k1是可靠性系数；IF_Bus2是当端直流母线极间金属性短路时在所述过流I段延时间Δt1内产生的最大电流。
7.如权利要求4所述的直流线路分段式定时限过流保护方法，其特征在于，所述直流线路分段式定时限过流保护方法,还包括：
根据公式Δt2＝Δt1+Δtbr+Δtre,计算所述过流II段延时时间Δt2；
其中，Δtre为所述故障返回判据需要的时间，Δtbr为直流断路器动作需要的时间，Δt1为过流I段延时间；
根据公式Iset2＝k2*IF2,MAX,计算所述过流II段整定值Iset2；
其中，k2是可靠性系数；IF2,MAX是当I段末端故障时在所述过流II段延时Δt2内流过本线路保护的最大电流。
8.如权利要求6所述的直流线路分段式定时限过流保护方法，其特征在于，所述直流线路分段式定时限过流保护方法,还包括：
根据公式
Figure FDA0002431724800000041
计算所述返回电流；
其中，Ire表示为在设定的电流周期下，前2个电流周期的电流平均值之差与前一电流周期电流平均值的比值,Δre为第二阈值；
Figure FDA0002431724800000042
表示故障电流在(t-Δtre',t)内的平均值，Δtre'为所述电流周期。
9.一种直流线路分段式定时限过流保护装置，其特征在于，包括:
故障检测模块，用于检测直流线路侧的直流电压变化率,并根据所述直流电压变化率判断所述直流线路是否发生故障；
第一计算模块，用于当所述直流线路发生故障时，根据公式iF＝i(t)-i(t-Δt)，计算所述直流线路的故障电流分量iF，根据公式tF＝t-t0,计算所述直流线路的故障持续时间tF，其中，i(t)为所述线路直流电流在t时刻的电流瞬时值，Δt表示当前时刻与预设时刻的时间间隔，t为所述计算故障电流分量iF时的当前时刻，t0为所述故障发生时刻，计算所述直流线路的故障电流分量以及故障持续时间；
过流I段保护判断模块，用于判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流I段保护条件；
第一信号发出模块，用于当所述故障电流分量以及所述故障持续时间满足预设的过流I段保护条件，则发出跳闸信号；
过流II段保护判断模块，用于当所述故障电流分量以及所述故障持续时间不满足预设的过流I段保护条件，则判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间是否满足预设的过流II段保护条件；
故障排除模块，用于当判断所述故障电流分量以及所述故障持续时间不满足预设的过流II段保护条件,则确定所述故障排除，并在所述故障持续时间满足所述预设的过流II段保护条件时，结束检测；
故障返回判断模块，用于当所述故障电流分量以及所述故障持续时间满足预设的过流II段保护条件，则判断所述直流线路的返回电流是否满足故障返回判据；
返回保护模块，用于当所述直流线路的返回电流满足所述的故障返回判据,则保护返回；
第二信号发出模块，用于当所述直流线路的返回电流不满足所述的故障返回判据,则在所述故障持续时间满足所述预设的过流II段保护条件时，发出跳闸信号。
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