CN105403779A - 一种基于极线电流梯度和直流线路故障识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于极线电流梯度和的直流线路故障识别方法，属于电力系统继电保护技术领域。高压直流输电线路发生金属性接地故障后，利用量测端测得的相邻采样点的后一个电流值减去前一个电流值，两者差值与采样间隔的比值定义为电流梯度。选取当前采样点前定长为时窗长度，对其中所有采样间隔的电流梯度求和，得到的值定义为当前采样点的电流梯度和。量测端连续五个采样点的电流梯度和都大于整定值时，则判断发生了线路内部故障；量测端连续五个采样点的电流梯度和都小于整定值时，则判断发生了线路外部故障。大量仿真表明，针对故障类型判别该方法可靠且精度高。

Description

一种基于极线电流梯度和直流线路故障识别方法

技术领域

本发明涉及一种基于极线电流梯度和的直流线路故障识别方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

直流输电由于其特有的优点在电力输送中获得越来越广泛的应用。直流输电线路距离长，跨越地区环境复杂，发生故障的概率大。对直流线路故障而言，故障过程及其动态特性与直流控制作用密切相关，使得直流控制系统对直流线路保护，尤其是对后备保护的影响不容忽视。现在工程实际运用的线路保护是主要是以电气变化率为核心的行波保护作为主保护。该保护在远端高阻情况下，往往容易发生拒动。因此，需要研究新的直流保护算法，不但可以识别线路高阻故障，而且动作时间远小于现有的差动保护。利用平波电抗器和直流滤波器构成的物理边界对高频分量的衰减作用，使得线路内部故障和外部故障量测端的电流高频含量存在差异。本发明提供的算法就是基于此原理，对于现有的10KHz采样率直流线路保护，并不需要雷击干扰识别元件就可以识别故障区域。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于极线电流梯度和的直流线路故障识别方法，用以解决上述问题。

本发明的技术方案是：一种基于极线电流梯度和的直流线路故障识别方法，高压直流输电线路上发生金属性接地故障后，由于平波电抗器和滤波器构成的电气边界对高频信号具有很强的衰减作用，对线路内部故障和线路外部故障量测端测得的电流所含的高频分量不同。对量测端测得相邻采样点的故障电流差值构造电流梯度，对当前采样点之前时窗所有采样间隔的电流梯度求和。若量测端连续五个采样点电流梯度和都大于整定值，那么判断发生了线路内部故障；否则，判断发生了线路外部故障。据此，得到线路故障识别方法。

具体步骤如下：

(1)利用极线电流计算电流相邻采样点幅值变化的梯度为

di(k)＝(i(k)-i(k-1))/Δt(1)

式中：k表示的当前的采样点，△t表示采样间隔，以ms为单位。

(2)以S(k)表示电流梯度和，即

$S\left(k\right)=\underset{j=k-N+1}{\overset{k}{\Σ}}di\left(j\right)---\left(2\right)$

并得到(2)的递推式

S(k)＝S(k-1)+(i(k)-i(k-1))/Δt

(3)在10kHz的采样率下。根据式(2)，得到S(k)构造的故障元件判据为

|S(k)|≥S_set(3)

当启动元件连续三个点都大于整定值，则保护启动，启动后，将第一个值记为S(k)。若在展宽的4个采样间隔，有|S(k)|、|S(k+1)|、|S(k+2)|、|S(k+3)|和|S(k+4)|均大于S_set，S_set取为1.5pu，则判断为线路故障，反之则判断为线路外部故障。

本发明的有益效果是：

(1)本方法是基于实时数据实现极线电流梯度和的求取，从而来识别线路内部故障和外部故障，判据简洁。

(2)可以缓解以du/dt为核心的行波保护由于采样的离散性或线路发生了过渡电阻稍高的高阻故障没有到达保护定值而使保护拒动的情况。

附图说明

图1为正极线路故障其量测端故障电流及其S(k)。

图2为整流侧交流系统单相接地故障正极线路量测端的故障电流及其S(k)。

图3为云广±800KV直流输电系统结构图。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112km。

具体实施方式

实施例1：±800KV直流输电线路如图3所示。正极线距离M端10km，发生金属性接地故障，采样频率为10kHz。

(1)根据权利要求书的步骤(1)～(2)对故障电流求取梯度和S(k)。

(2)得到S(k)、S(k+1)、S(k+2)、S(k+3)、S(k+4)分别依次为10.35、14.81、14.96、16.96、18.56，均大于1.5pu，判断为线路内部故障判据。

实施例2：±800KV直流输电线路如图3所示。正极线距离M端750km，发生接地故障，过渡电阻为100Ω。

(1)根据权利要求书的步骤(1)～(2)对故障电流求取梯度和S(k)。

(2)得到S(k)、S(k+1)、S(k+2)、S(k+3)、S(k+4)分别依次为13.100、3.630、4.29、4.561、4.613，均大于1.5pu，判断为线路内部故障判据。

实施例3：±800KV直流输电线路如图3所示。整流侧出口故障，过渡电阻为100Ω。

(1)根据权利要求书的步骤(1)～(2)对故障电流求取梯度和S(k)。

(2)得到S(k)、S(k+1)、S(k+2)、S(k+3)、S(k+4)分别依次为0.035、0.289、0.422、0.641、0.633，小于1.5pu，判断为线路外部故障判据。

Claims (2)

1.一种基于极线电流梯度和的直流线路故障识别方法，其特征在于：高压直流输电线路上发生金属性接地故障后，由于平波电抗器和滤波器构成的电气边界对高频信号具有很强的衰减作用，因而对于线路内部故障和线路外部故障，量测端测得的电流所含的高频分量不同；对量测端测得相邻采样点的故障电流差值构造电流梯度，对当前采样点之前时窗内所有采样间隔的电流梯度求和，若量测端连续五个采样点电流梯度和都大于整定值，那么判断发生了线路内部故障；否则，判断发生了线路外部故障。

2.根据权利要求1所述的基于极线电流梯度和的直流线路故障识别方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)利用极线电流计算电流相邻采样点幅值变化的梯度为：

di(k)＝(i(k)-i(k-1))/Δt(1)

式中：k表示的当前的采样点，△t表示采样间隔，以ms为单位；

(2)以S(k)表示电流梯度和，即：

$S\left(k\right)=\underset{j=k-N+1}{\overset{k}{\Σ}}di\left(j\right)---\left(2\right)$

并得到(2)的递推式：

S(k)＝S(k-1)+(i(k)-i(k-1))/Δt

(3)在10kHz的采样率下，根据式(2)，得到S(k)构造的故障元件判据为：

|S(k)|≥S_set(3)

当启动元件连续三个点都大于整定值，则保护启动，启动后，将第一个值记为S(k)；若在展宽的4个采样间隔，有|S(k)|、|S(k+1)|、|S(k+2)|、|S(k+3)|和|S(k+4)|均大于S_set，S_set取为1.5pu，则判断为线路故障，反之则判断为线路外部故障。