專利名稱：一種直流輸電線路故障極判別元件及判別方法
技術領域：
本發明屬于電力系統高壓輸電線路保護領域，涉及一種直流線路本極與對極故障的快速檢測的線路保護方法，尤其是一種基于暫態信號的超高速直流線路故障極判別元件實現方法。
背景技術：
直流輸電以其輸送容量大、穩定性高、控制響應快速、聯網后不增加被聯電網的短路容量等優點在我國實施西電東送戰略，實現全國聯網工程中起到了十分重要的作用。到目前為止，我國不僅已擁有葛洲壩-南橋、天生橋-廣州、德陽-寶雞、三峽-常州、三峽-上海，三峽-廣東、以及舟山-嵊泗等±500kV高壓直流輸電線路20余條，還擁有電壓等級為土 660kV寧東-山東直流輸電線路以及電壓等級為土 800kV云廣特高壓直流輸電線路，另外 ±1000kV的直流輸電工程也正在規劃中。這些工程的成功投運都說明，直流聯網輸電技術不僅已經成熟，并且成為了我國區域電網互聯的重要形式。直流輸電保護與控制系統是直流輸電工程的核心，而直流線路保護作為直流輸電保護系統不可或缺的組成部分，承擔著快速檢測并清除線路故障的重大任務，其表現的優劣直接影響到整個系統的運行性能。縱觀我國目前已投入運營的高壓直流輸電工程，其線路保護的原理與技術絕大部分仍來源于ABB和SIEMENS兩家公司，其保護配置如下I)直流線路行波保護。行波保護是直流線路的主保護，其主要作用是高速檢測直流線路上的金屬性接地故障或弱過渡電阻接地故障。根據行波理論，電壓和電流可認為是由前行波和反行波的疊加形成的電磁波。接地故障引起的電壓瞬間跌落將造成線路放電并在輸電線路中產生高頻暫態電壓和電流。通過采樣瞬時電壓和電流，結合已知的波阻抗即能計算出行波，從而完成直流線路接地故障的檢測；2)微分欠壓保護。由微分和欠壓兩種不同的保護動作條件構成。當直流線路發生接地故障時，直流電壓以較高的速率降低到一個較低值，微分檢測部分快速動作；為使微分檢測更完善，同時要檢測直流欠電壓，較高的微分整定值和較低的欠電壓水平，再考慮適當的延時可以防止暫態電壓下的保護誤動。此類保護與行波保護的計算方法和整定方式相同，它只檢測整流側的直流電壓和電流；3)低電壓保護。該保護主要用于檢測不易被行波和微分欠壓保護檢測到的高阻接地故障。低電壓保護依靠直流電壓水平直接進行故障判斷，但一般動作前需經過約幾百ms 的延時；4)直流線路縱差保護。這是一種利用基爾霍夫電流定律測量并比較兩站的極線電流進行故障判斷的線路保護。其作用是檢測直流線路上由行波和微分欠電壓保護都不能檢測到的高阻接地故障。現有直流輸電工程絕大部分均為雙極系統，并且隨著電壓等級的提高，線路之間的耦合效應也隨之增大，在一極線路發生故障時，由故障極耦合到健全極上的電壓、電流分量極有可能造成健全極線路保護的誤動作，造成健全極的停運。但由上述保護原理可知，現有直流輸電工程線路保護并無區分本極故障及對極故障的原理及元件，可靠性不高，不利 于直流輸電工程運行的安全穩定性。

發明內容
本發明的目的是提出一種基于暫態信號的直流輸電線路故障極判別元件，該元件 通過在發生故障后計算得到電壓、電流故障分量，結合已給定的直流輸電工程波阻抗，計算 得到反行波能量，作為判斷線路本極故障或對極故障的依據，有效防止本極線路保護在對 極線路故障時的誤動作，提高直流輸電工程運行的安全穩定性。為實現上述目的，本發明采用的技術方案是一種直流輸電線路故障極判別元件， 該元件包括故障分量計算單元、反行波能量計算單元、比較與發令單元。其中故障分量計算 單元在直流輸電系統發生故障后，通過延時模塊，將故障時刻電壓、電流與正常運行時刻電 壓、電流相減，得到電壓、電流故障分量；反行波能量計算單元基于反行波的計算公式，利用 故障分量計算單元提供的故障電壓、電流分量信息，計算得到反行波的瞬時值，并通過對所 得反行波瞬時值平方的積分，得到反行波的能量值；比較及發令單元通過比較計算得到的 反行波能量值與故障極判別元件門檻值，判定直流輸電線路運行極為故障極或健全極，并 發出相應命令。所述故障極判別元件的判別方法，其特征在于，按照如下步驟(A)針對不同直流輸電工程線路的具體參數，計算得到線路波阻抗的歸一化值，作
為后續計算的參考值。線路波阻抗計算公式如式(1)所示、歸一化公式如式(2)所示
權利要求
1.一種基于單端暫態信號的超高速直流輸電線路故障極判別元件，其特征在于該故障極判別元件包括故障分量計算單元、反行波能量計算單元、比較及發令單元；其中故障分量計算單元在直流輸電系統發生故障后，通過延時模塊，將故障時刻電壓、電流與正常運行時刻電壓、電流相減，得到電壓、電流故障分量；反行波能量計算單元基于反行波的計算公式，利用故障分量計算單元提供的故障電壓、電流分量信息，計算得到反行波的瞬時值，并通過對所得反行波瞬時值平方的積分，得到反行波的能量值；比較及發令單元通過比較計算得到的反行波能量值與故障極判別元件門檻值，判定直流輸電線路運行極為故障極或健全極，并發出相應命令。
2.權利要求I所述故障極判別元件的故障判別方法，其特征在于，按照如下步驟(A)針對不同直流輸電工程線路的具體參數，計算得到線路波阻抗的歸一化值，作為后續計算的參考值。線路波阻抗計算公式如式(I)所示、歸一化波阻抗計算公式如式(2)所示
3.如權利要求2所述故障極判別元件的檢測方法，其特征在于，所述步驟(I a :若判定結果為故障極，則結合線路保護裝置其余元件共同判斷是否動作； b :若判定結果為健全極，則線路保護裝置不動作。是指
全文摘要
本發明公開了一種基于單端暫態信號的超高速直流輸電線路故障極判別元件及判別方法，該故障極判別元件包括故障分量計算單元、反行波能量計算單元、比較及發令單元。通過比較計算得到的反行波能量值與門檻值區分直流輸電線路故障極與健全極，若反行波能量值大于門檻值，則判定直流輸電線路運行極為故障極，反之則判定直流輸電線路運行極為健全極，并發出相應命令。測試結果表明，該直流輸電線路故障極判別元件僅利用線路單端電壓電流信號，在不同的直流輸電工程以及不同直流輸電工程運行工況下均能正確區分故障極、健全極，并且不受故障位置、過渡電阻的影響；對于不同的直流輸電工程保護整定工作量小，減小了保護工作者和現場運行人員的工作量。
文檔編號G01R31/00GK102590654SQ20121000742
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者孔飛, 張保會, 甄威, 郝治國 申請人:四川電力科學研究院, 西安交通大學