CN111834979B - 逆变侧高压交流输电线路的单相自适应重合闸改进方法 - Google Patents

逆变侧高压交流输电线路的单相自适应重合闸改进方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉一种逆变侧高压交流输电线路的单相自适应重合闸改进方法，包括下列步骤：利用电压互感器实时采集逆变侧换流母线电压；逆变侧交流系统发生单相接地故障并跳闸后，利用快速傅里叶算法计算换流母线电压幅值U，实时计算半周波内U峰值与谷值之差；记换流母线电压为UB，设置整定值G为4％UB，将ΔU与G比较，ΔU大于G时闭锁单相自适应重合闸，ΔU小于G时开放单相自适应重合闸，区分故障性质。

Description

逆变侧高压交流输电线路的单相自适应重合闸改进方法
技术领域
本发明涉及一种适用于逆变侧高压交流输电线路的单相自适应重合闸改进判据。
背景技术
单相自适应重合闸技术能够在断路器合闸前识别交流架空输电线路的故障性质，使断路器在瞬时性故障消失后重合，永久性故障时不重合，提高了电力系统的供电可靠性。对于同步机型电源的纯交流系统，国内外学者已给出了多种单相自适应重合闸判据，并且这些判据能够较准确地识别故障性质。直流输电技术近年来获得广泛应用，我国现已建成全世界规模最大、运行工况最复杂的交直流混联系统。交直流混联系统逆变侧发生单相接地故障后的电气量特征与同步机型电源的纯交流系统不同。具体表现为纯交流系统发生单相接地故障并跳闸后断开相恢复电压幅值无波动，而逆变侧高压交流系统发生单相接地故障并跳闸后断开相恢复电压幅值受换相失败和直流控制系统非线性调节的影响存在短时波动。这一差异导致了部分单相自适应重合判据应用于逆变侧高压交流输电线路中无法准确识别故障性质。对于传统单相自适应重合闸判据在逆变侧高压交流输电线路中不适用的问题，目前尚无文献给出应对策略。
发明内容
针对上述问题，本发明给出了一种适用于逆变侧高压交流输电线路的单相自适应重合闸改进判据。本发明的技术方案如下：
一种逆变侧高压交流输电线路的单相自适应重合闸改进方法，包括下列步骤：
(1)利用电压互感器实时采集逆变侧换流母线电压；
(2)逆变侧交流系统发生单相接地故障并跳闸后，利用快速傅里叶算法计算换流母线电压幅值U，实时计算半周波内U峰值与谷值之差，记为ΔU；
(3)记换流母线电压为UB，设置整定值G为4％UB，将ΔU与G比较，ΔU大于G时闭锁单相自适应重合闸，ΔU小于G时开放单相自适应重合闸，判断换相过程是否恢复；
(4)对于不带并联电抗器的交流架空输电线路，采用如下单相自适应重合闸判据：根据输电线路瞬时性故障时，恢复电压幅值较高，永久性故障时，恢复电压幅值较低的现象，设置整定值UDZ：
UDZ＝KkUxl
上式中，Kk为可靠系数，取1.2，Uxl为最大负载条件两相运行时的故障相感应电压，若测量到的恢复电压大于UDZ，则判定为瞬时性故障；
对于带并联电抗器的交流架空输电线路，采用如下单相自适应重合闸判据：输电线路发生瞬时性故障时恢复电压存在拍频特征，设整定值UDZ为UxL/2，在每拍周期中有如下关系：
Umax-Umin>UDZ
上式中Umax、Umin分为恢复电压在每拍周期中的最大值、最小值，UxL为断开相电磁耦合电压；输电线路发生永久性故障时恢复电压无拍频特征，在每拍周期中有：
Umax-Umin＝0＜＜UDZ
计算(Umax-Umin)并与整定值UDZ比较，以区分故障属于永久性故障还是瞬时性故障。
本发明采取以上技术方案，其具有如下优点：给出了一种适用于逆变侧高压交流输电线路的单相自适应重合闸改进判据，对于逆变侧单相接地故障，改进判据能够准确识别故障性质，保证了交直流互联系统的安全稳定运行。
附图说明
图1是无并联电抗器的架空输电线路单相自适应重合闸改进判据故障性质判别流程图。
图2是带并联电抗器的架空输电线路单相自适应重合闸改进判据故障性质判别流程图。
图3是云广特高压直流系统结构。
图4是无并联电抗器架空输电线路瞬时性故障时换流母线电压幅值。
图5是无并联电抗器架空输电线路永久性故障时换流母线电压幅值。
图6是带并联电抗器架空输电线路瞬时性故障时换流母线电压幅值。
图7是带并联电抗器架空输电线路永久性故障时换流母线电压幅值。
具体实施方式
下面利用云广特高压直流系统模型的四个故障算例分别介绍本发明在无并联电抗器的交流架空输电线路和有并联电抗器的交流架空输电线路上发生瞬时性和永久性接地故障时的具体实施方式。
算例1：设云广特高压直流系统逆变侧的一回交流输电线路长100km，不带并联电抗器，其A相发生瞬时性单相接地故障，故障位置为线路中点。故障发生时刻为1.0s，故障持续0.1s，A相断路器在1.06s时跳闸，故障于1.1s消失。改进的单相自适应重合闸判据实施过程如下：
(1)利用电压互感器实时采集逆变侧换流母线电压。
(2)逆变侧交流系统发生单相接地故障并跳闸后，利用快速傅里叶算法计算换流母线电压幅值U，幅值曲线见附图4，图中圆点为峰值点，三角为谷值点。计算换流母线电压幅值U峰值与谷值之差ΔU。
(3)云广特高压直流逆变侧交流系统额定电压为525kV，整定值G为21kV，将ΔU与G比较。在单相跳闸初期，ΔU大于G，闭锁单相自适应重合闸判据。随着换相过程的恢复，ΔU逐渐减小，ΔU小于G时开放单相自适应重合闸判据，附图4中开放单相自适应重合闸判据时刻用箭头指示。
(4)利用基于断开相恢复电压幅值的判据区分故障性质。在该模型中，故障支路最大负荷电流为4.41kA，两相运行时最大零序电流为0.85kA，根据线路参数可计算得到Uxl＝49.9kV，Kk取1.2，则UDZ＝59.88kV。测得断开相恢复电压为66.1kV，大于UDZ。因此，可判定故障性质为瞬时性故障。判定结果与仿真条件一致。
算例2：设云广特高压直流系统逆变侧的一回交流输电线路长100km，不带并联电抗器，其A相发生永久性单相接地故障，故障位置为线路中点。故障发生时刻为1.0s，过渡电阻2Ω，A相断路器在1.06s时跳闸。改进的单相自适应重合闸方法实施过程如下：
(1)利用电压互感器实时采集逆变侧换流母线电压。
(2)逆变侧交流系统发生单相接地故障并跳闸后，利用快速傅里叶算法计算换流母线电压幅值U，幅值曲线见附图5，图中圆点为峰值点，三角为谷值点。计算换流母线电压幅值U峰值与谷值之差ΔU。
(3)云广特高压直流逆变侧交流系统额定电压为525kV，整定值G为21kV，将ΔU与G比较。在单相跳闸初期，ΔU大于G，闭锁单相自适应重合闸判据。随着换相过程的恢复，ΔU逐渐减小，ΔU小于G时开放单相自适应重合闸判据，附图5中开放单相自适应重合闸时刻用箭头指示。
(4)利用基于断开相恢复电压幅值的判据区分故障性质。在该模型中，故障支路最大负荷电流为4.41kA，两相运行时最大零序电流为0.85kA，根据线路参数可计算得到Uxl＝49.9kV，Kk取1.2，则UDZ＝59.88kV。测得断开相恢复电压为3.7kV，小于UDZ。因此，可判定故障性质为永久性故障。判定结果与仿真条件一致。
算例3：设云广特高压直流系统逆变侧的一回交流输电线路长358km，双端带并联电抗器，其A相发生瞬时性单相接地故障，故障位置距离换流母线322km。故障发生时刻为1.0s，过渡电阻2Ω，A相断路器在1.06s时跳闸，故障于1.1s时消失。改进的单相自适应重合闸方法实施过程如下：
(1)利用电压互感器实时采集逆变侧换流母线电压。
(2)逆变侧交流系统发生单相接地故障并跳闸后，利用快速傅里叶算法计算换流母线电压幅值U，幅值曲线见附图6，图中圆点为峰值点，三角为谷值点。计算换流母线电压幅值U峰值与谷值之差ΔU。
(3)云广特高压直流逆变侧交流系统额定电压为525kV，整定值G为21kV，将ΔU与G比较。在单相跳闸初期，ΔU大于G，闭锁单相自适应重合闸判据。随着换相过程的恢复，ΔU逐渐减小，ΔU小于G时开放单相自适应重合闸判据，附图6中开放单相自适应重合闸时刻用箭头指示。
(4)利用线路是否存在拍频特征区分故障性质。在该模型中，故障支路负荷电流为0.79kA，
Figure GDA0003528504250000031
Umax-Umin＝138.2kV。因此，Umax-Umin>UDZ，可判定故障性质为瞬时性故障。判定结果与仿真条件一致。
算例4：设云广特高压直流系统逆变侧的一回交流输电线路长358km，双端带并联电抗器，其A相发生永久性单相接地故障，故障位置距离换流母线322km。故障发生时刻为1.0s，过渡电阻2Ω，A相断路器在1.06s时跳闸。改进的单相自适应重合闸方法实施过程如下：
(1)利用电压互感器实时采集逆变侧换流母线电压。
(2)逆变侧交流系统发生单相接地故障并跳闸后，利用快速傅里叶算法计算换流母线电压幅值U，幅值曲线见附图7，图中圆点为峰值点，三角为谷值点。计算换流母线电压幅值U峰值与谷值之差ΔU。
(3)云广特高压直流逆变侧交流系统额定电压为525kV，整定值G为21kV，将ΔU与G比较。在单相跳闸初期，ΔU大于G，闭锁单相自适应重合闸判据。随着换相过程的恢复，ΔU逐渐减小，ΔU小于G时开放单相自适应重合闸判据，附图7中开放单相自适应重合闸时刻用箭头指示。
(4)利用线路是否存在拍频特征区分故障性质。在该模型中，故障支路负荷电流为0.79kA，
Figure GDA0003528504250000032
Figure GDA0003528504250000041
Umax-Umin＝4.7kV。因此，Umax-Umin＜UDZ，可判定故障性质为永久性故障。判定结果与仿真条件一致。

Claims (1)

1.一种逆变侧高压交流输电线路的单相自适应重合闸改进方法，包括下列步骤：
(1)利用电压互感器实时采集逆变侧换流母线电压；
(2)逆变侧交流系统发生单相接地故障并跳闸后，利用快速傅里叶算法计算换流母线电压幅值U，实时计算半周波内U峰值与谷值之差，记为ΔU；
(3)记换流母线电压为UB，设置整定值G为4％UB，将ΔU与G比较，ΔU大于G时闭锁单相自适应重合闸，ΔU小于G时开放单相自适应重合闸，判断换相过程是否恢复；
(4)对于不带并联电抗器的交流架空输电线路，采用如下单相自适应重合闸判据：根据输电线路瞬时性故障时，恢复电压幅值较高，永久性故障时，恢复电压幅值较低的现象，设置整定值UDZ：
UDZ＝KkUxl
上式中，Kk为可靠系数，取1.2，Uxl为最大负载条件两相运行时的故障相感应电压，若测量到的恢复电压大于UDZ，则判定为瞬时性故障；
对于带并联电抗器的交流架空输电线路，采用如下单相自适应重合闸判据：输电线路发生瞬时性故障时恢复电压存在拍频特征，设整定值UDZ为UxL/2，在每拍周期中有如下关系：
Umax-Umin>UDZ
上式中Umax、Umin分为恢复电压在每拍周期中的最大值、最小值，UxL为断开相电磁耦合电压；输电线路发生永久性故障时恢复电压无拍频特征，在每拍周期中有：
Umax-Umin＝0＜＜UDZ
计算(Umax-Umin)并与整定值UDZ比较，以区分故障属于永久性故障还是瞬时性故障。
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