CN104007367B - 高压直流双线并联运行时故障选线的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种高压直流输电线路双线并联运行时故障选线的方法。此方法包含了高压直流暂态故障选线逻辑，整流侧稳态故障选线逻辑以及逆变侧稳态故障选线逻辑三个部分。其中高压直流暂态故障选线逻辑通过采集直流线路A电流，直流线路B电流以及接收暂态量线路保护动作信号来确定故障线路。整流侧的稳态故障选线逻辑通过采集直流线路A电流，直流线路B电流，直流线路电压U_DL以及接收稳态量线路保护动作信号来确定故障线路。逆变侧的稳态故障选线逻辑通过采集直流线路A电流，直流线路B电流，直流线路电压U_DL来确定故障线路。本发明的提出使得高压直流双线并联运行方式下能节省一台线路故障定位装置。

Description

高压直流双线并联运行时故障选线的方法

技术领域

本发明属于直流输电以及柔性直流输电领域，具体涉及高压直流双线并联运行时故障选线的方法，及相关控制保护装置。

背景技术

直流输电技术领域中一般有两个换流站，同时会设有两个极，分别称作极一和极二。两个站的极一通过一条输电线路连接，形成直流线路1输电回路；两个站的极二通过另一条输电线路连接，形成直流线路2输电回路。

在这种常规的直流输电***中，每一个极配置一套线路故障定位装置，当发生线路故障时能准确地定位线路故障发生在线路的某两个杆塔之间。同时由于每一个极只有一条输电线路，因此也能很清楚地知道哪一条线路发生了故障。

但是在特殊的条件下，比如输电容量的限制，一些直流输电***只设计或者投运了单极阀组，而输电线路则配置了两条以便后续扩充成双极。此时的单极直流输电***往往采用两条直流线路并联运行方式以减少线路损耗。对于这种运行方式，如果只配置一套线路故障定位装置，则只能定位线路故障点到两个站的距离而不能识别哪一条直流线路发生了接地故障。另外，目前直流线路保护只能检测线路的故障，不具备双线并联运行方式下故障选线功能。

综上所述，现有的技术中还没有展开对高压直流输电***双线并联运行方式下故障选线功能的研究。当然，对两条直流线路分别配置一套线路故障定位装置能识别哪一条线路发生了故障和故障的距离。本发明目的是在直流保护主机中增加这种运行方式下的故障选线功能，而在高压直流母线只安装一台线路故障定位装置供两条线路共用，这样就可以节省一台线路故障定位装置。

发明内容

本发明的目的是为了避免在高压直流输电***双线并联运行方式下在每一条直流线路都安装线路故障定位装置而提出故障选线方法。其故障选线逻辑集成在已有的高压直流保护主机中，通过与安装在高压直流母线的一台线路故障定位装置配合来确定故障线路和故障距离，解决了高压直流并联运行方式下需要安装两台线路故障定位装置的问题。

本发明技术方案为：高压直流输电线路双线并联运行时故障选线的方法，其特征是：采集直流线路A电流，直流线路B电流，直流线路电压U_DL，接收暂态量线路保护动作信号和稳态量线路保护动作信号；经过高压直流暂态故障选线逻辑，整流侧稳态故障选线逻辑以及逆变侧稳态故障选线逻辑的判断后，确定故障线路；三个逻辑部分输出为或的关系；其中高压直流暂态故障选线逻辑通过采集直流线路A电流，直流线路B电流以及接收到的暂态量线路保护动作信号来确定故障线路；整流侧稳态故障选线逻辑通过采集直流线路A电流，直流线路B电流，直流线路电压U_DL以及接收到的稳态量线路保护动作信号来确定故障线路；逆变侧稳态故障选线逻辑通过采集直流线路A电流，直流线路B电流，直流线路电压U_DL来确定故障线路。

上述方案中：所述高压直流暂态故障选线逻辑检测到下述六个条件满足时则判定本条直流线路发生了接地故障：①本条直流线路电流的变化方向为正；②本条直流线路电流在时间T₀₂内的变化幅度大于变化幅度定值；③从时间T_s前到当前时刻，本条直流线路电流的变化方向没有出现负值；④另外一条直流线路的高压直流暂态故障选线逻辑没有满足条件①，②，③；⑤上述①，②，③，④四个条件都满足并且持续时间不小于时间T₂；⑥高压直流暂态故障选线逻辑接收到暂态量线路保护动作信号。

上述方案中：所述判断条件①中电流变化方向的具体检测方法为：计算其T₀时间内本条直流线路电流的平均值，再将平均值推迟T₀时间作为减数送入减法器。然后再将本条直流线路电流当前时刻的值作为被减数送入减法器，减法器输出的结果记为差值I_△。整流侧将差值I_△直接送入比较器分别与定值I_set和-I_set进行比较，而逆变侧将差值I_△取相反数后再送入比较器分别与定值I_set和-I_set进行比较。整流侧当I_△大于电流方向定值I_set并且持续时间大于时间T₁，则判定本条直流线路电流的变化方向为正；当I_△小于电流方向定值I_set的相反数并且持续的时间大于时间T₁，则判定本条直流线路电流的变化方向为负。逆变侧当I_△的相反数大于电流方向定值I_set并且持续时间大于时间T₁，则判定本条直流线路电流的变化方向为正；当I_△的相反数小于电流方向定值I_set的相反数并且持续的时间大于时间T₁，则判定本条直流线路电流的变化方向为负。

上述方案中：所述判断条件②中电流变化幅度的具体检测方法为：当前时刻本条直流线路电流的值减去时间T₀₂之前本条直流线路电流的值即为本条直流线路电流的变化量；整流侧本条直流线路电流的变化幅度等于本条直流线路电流的变化量；逆变侧本条直流线路电流的变化幅度等于本条直流线路电流的变化量的相反数。

上述方案中：所述整流侧稳态故障选线逻辑检测到下述六个条件都满足时则判定本条直流线路发生了接地故障；这六个条件包括：①本条直流线路电流减去另外一条直流线路电流的差值大于差值定值I_{delta_set}；②功率正送时直流线路电压U_DL小于电压定值U_set或者功率反送时直流线路电压的相反数-U_DL小于电压定值U_set；③本条直流线路电流大于电流下限定值I_{low_set}；④本条直流线路电流小于电流上限定值I_{up_set}；⑤上述①，②，③，④四个条件都满足并持续时间不小于时间T₃；⑥整流侧稳态故障选线逻辑接收到稳态量线路保护动作信号。

上述方案中：所述逆变侧稳态故障选线逻辑检测到下述四个条件都满足时则判定本条直流线路故障；这四个条件包括：①功率正送时直流线路电压U_DL小于电压定值U_set或者功率反送时直流线路电压的相反数-U_DL小于电压定值U_set；②另外一条直流线路电流大于电流正向定值I_pos；③本条直流线路电流小于电流负向定值I_neg；④上述①，②，③三个条件都满足并且持续的时间不小于时间T₄。

在高压直流双线并联运行方式下，传统的故障定位思想是在每一条直流线路配置一套线路故障定位装置。当某一直流线路故障发生时，相应的线路故障定位装置给出故障的距离，这样既可以知道故障线路也可以知道故障距离。通过在已有的高压直流保护主机中增加本发明的故障选线逻辑，就可以将线路故障定位装置安装在高压直流母线上供两条直流线路共用，线路故障发生时，故障选线逻辑给出故障线路，线路故障定位装置给出故障距离，因此本发明的有益效果可以节省一台线路故障定位装置。

附图说明

图1高压直流双线并联运行方式时故障选线方法逻辑简图

图2高压直流输电双线并联运行方式，线路电流，线路电压示意图

具体实施方式

本发明所涉及的高压直流输电***双线并联运行方式下的故障选线方法包括高压直流暂态故障选线逻辑，整流侧稳态故障选线逻辑，逆变侧稳态故障选线逻辑三个部分。

其中高压直流暂态故障选线逻辑的实现方法如下：

(1)高压直流暂态故障选线逻辑其采集了本条直流线路电流之后，先计算其T₀时间内本条直流线路电流的平均值，再将平均值推迟T₀时间作为减数送入减法器。然后再将本条直流线路电流当前时刻的值作为被减数送入减法器，减法器输出的结果记为差值I_△。

(2)整流侧将差值I_△直接送入比较器分别与定值I_set和-I_set进行比较，而逆变侧将差值I_△取反后再送入比较器分别与定值I_set和-I_set进行比较。整流侧当I_△大于电流方向定值I_set并且持续时间大于时间T₁，则判定本条直流线路电流的变化方向为正；当I_△小于电流方向定值I_set的相反数并且持续的时间大于时间T₁，则判定本条直流线路电流的变化方向为负。逆变侧当I_△的相反数大于电流方向定值I_set并且持续时间大于时间T₁，则判定本条直流线路电流的变化方向为正；当I_△的相反数小于电流方向定值I_set的相反数并且持续的时间大于时间T₁，则判定本条直流线路电流的变化方向为负。

(3)其次计算本条直流线路电流的变化幅度，当前时刻本条直流线路电流的值减去时间T₀₂之前本条直流线路电流的值即为本条直流线路电流的变化量。整流侧本条直流线路电流的变化幅度等于本条直流线路电流的变化量。逆变侧本条直流线路电流的变化幅度等于本条直流线路电流的变化量的相反数。

(4)高压直流暂态故障选线逻辑检测到下述六个条件满足时则判定本条直流线路发生了接地故障：①本条直流线路电流的变化方向为正；②本条直流线路电流在时间T₀₂内的变化幅度大于变化幅度定值；③从时间T_s前到当前时刻，本条直流线路电流的变化方向没有出现负值；④另外一条直流线路的高压直流暂态故障选线逻辑没有满足条件①，②，③；⑤上述①，②，③，④四个条件都满足并且持续时间不小于时间T₂；⑥高压直流暂态故障选线逻辑接收到暂态量线路保护动作信号。

整流侧稳态故障选线逻辑检测到下述六个条件都满足时则判定本条直流线路发生了接地故障。这六个条件包括：①本条直流线路电流减去另外一条直流线路电流的差值大于差值定值I_{delta_set}；②功率正送时直流线路电压U_DL小于电压定值U_set或者功率反送时直流线路电压的相反数-U_DL小于电压定值U_set；③本条直流线路电流大于电流下限定值I_{low_set}；④本条直流线路电流小于电流上限定值I_{up_set}；⑤上述①，②，③，④四个条件都满足并持续时间不小于时间T₃；⑥整流侧稳态故障选线逻辑接收到稳态量线路保护动作信号。

逆变侧稳态故障选线逻辑检测到下述四个条件都满足时则判定本条直流线路发生了接地故障故障。这四个条件包括：①功率正送时直流线路电压U_DL小于电压定值U_set或者功率反送时直流线路电压的相反数-U_DL小于电压定值U_set；②另外一条直流线路电流大于电流正向定值I_pos；③本条直流线路电流小于电流负向定值I_neg；④上述①，②，③三个条件都满足并且持续的时间不小于时间T₄。

本发明的目的是为了在高压直流输电***双线并联运行方式下节省一台线路故障定位装置而提出的故障选线方法。如图1所示的高压直流双线并联运行时故障选线的方法分为高压直流暂态故障选线逻辑，整流侧稳态故障选线逻辑以及逆变侧稳态故障选线逻辑三个部分。这三个部分的逻辑如下所述：

高压直流暂态故障选线逻辑其采集了本条直流线路电流之后，先计算其T₀时间内本条直流线路电流的平均值，再将平均值推迟T₀时间作为减数送入减法器。然后再将本条直流线路电流当前时刻的值作为被减数送入减法器，减法器输出的结果记为差值I_△。整流侧将差值I_△直接送入比较器分别与定值I_set和-I_set进行比较，而逆变侧将差值I_△取反后再送入比较器分别与定值I_set和-I_set进行比较。整流侧当I_△大于电流方向定值I_set并且持续时间大于时间T₁，则判定本条直流线路电流的变化方向为正；当I_△小于电流方向定值I_set的相反数并且持续的时间大于时间T₁，则判定本条直流线路电流的变化方向为负。逆变侧当I_△的相反数大于电流方向定值I_set并且持续时间大于时间T₁，则判定本条直流线路电流的变化方向为正；当I_△的相反数小于电流方向定值I_set的相反数并且持续的时间大于时间T₁，则判定本条直流线路电流的变化方向为负。其次计算本条直流线路电流的变化幅度，当前时刻本条直流线路电流的值减去时间T₀₂之前本条直流线路电流的值即为本条直流线路电流的变化量。整流侧本条直流线路电流的变化幅度等于本条直流线路电流的变化量。逆变侧本条直流线路电流的变化幅度等于本条直流线路电流的变化量的相反数。

高压直流暂态故障选线逻辑检测到下述六个条件满足时则判定本条直流线路发生了接地故障：①本条直流线路电流的变化方向为正；②本条直流线路电流在时间T₀₂内的变化幅度大于变化幅度定值；③从时间T_s前到当前时刻，本条直流线路电流的变化方向没有出现负值；④另外一条直流线路的高压直流暂态故障选线逻辑没有满足条件①，②，③；⑤上述①，②，③，④四个条件都满足并且持续时间不小于时间T₂；⑥高压直流暂态故障选线逻辑接收到暂态量线路保护动作信号。

整流侧稳态故障选线逻辑检测到下述六个条件都满足时则判定本条直流线路发生了接地故障。这六个条件包括：①本条直流线路电流减去另外一条直流线路电流的差值大于差值定值I_{delta_set}；②功率正送时直流线路电压U_DL小于电压定值U_set或者功率反送时直流线路电压的相反数-U_DL小于电压定值U_set；③本条直流线路电流大于电流下限定值I_{low_set}；④本条直流线路电流小于电流上限定值I_{up_set}；⑤上述①，②，③，④四个条件都满足并持续时间不小于时间T₃；⑥整流侧稳态故障选线逻辑接收到稳态量线路保护动作信号。

逆变侧稳态故障选线逻辑检测到下述四个条件都满足时则判定本条直流线路发生了接地故障故障。这四个条件包括：①功率正送时直流线路电压U_DL小于电压定值U_set或者功率反送时直流线路电压的相反数-U_DL小于电压定值U_set；②另外一条直流线路电流大于电流正向定值I_pos；③本条直流线路电流小于电流负向定值I_neg；④上述①，②，③三个条件都满足并且持续的时间不小于时间T₄。

下面以判定直流线路A故障为例说明高压直流双线并联运行故障选线的逻辑。

如图2所示定义相关的高压直流并联运行状态，因为无论什么运行方式高压直流输电***中直流电流不可能改变方向，只能从晶闸管阳极接地的站流向晶闸管阴极接地的站，因此定义正常运行时顺着电流的流向为每一个电流互感器的正方向。定义直流线路对大地的电压为电压的正方向。定义站1往站2输送功率为功率正送，此时两个站的直流线路电压U_DL都为正电压，站1为整流侧，站2为逆变侧。定义站2往站1输送功率为功率反送，此时两个站的直流线路电压U_DL都为负电压，站1为逆变侧，站2为整流侧。定义两条直流线路分别为直流线路A，直流线路B。

高压直流暂态故障选线逻辑判别直流线路A故障需要采集直流线路A的电流I_LA，直流线路B的故障状态，以及暂态量线路保护动作信号。其采集了直流线路A电流I_LA之后，先计算其T₀时间内直流线路A电流I_LA的平均值，再将平均值推迟T₀时间作为减数送入减法器。然后再将直流线路A电流I_LA当前时刻的值作为被减数送入减法器，减法器输出的结果记为差值I_△。整流侧将差值I_△直接送入比较器分别与定值I_set和-I_set进行比较，而逆变侧将差值I_△取反后再送入比较器分别与定值I_set和-I_set进行比较。整流侧当I_△大于电流方向定值I_set并且持续时间大于时间T₁，则判定线路A电流的变化方向为正；当I_△小于电流方向定值I_set的相反数并且持续的时间大于时间T₁，则判定线路A电流的变化方向为负。逆变侧当I_△的相反数大于电流方向定值I_set并且持续时间大于时间T₁，则判定线路A电流的变化方向为正；当I_△的相反数小于电流方向定值I_set的相反数并且持续的时间大于时间T₁，则判定线路A电流的变化方向为负。

其次计算直流线路A电流I_LA的变化幅度，当前时刻直流线路A电流I_LA的值减去时间T₀₂之前直流线路A电流的值即为直流线路A电流I_LA的变化量。整流侧直流线路A电流I_LA的变化幅度等于直流线路A电流I_LA的变化量。逆变侧直流线路A电流I_LA的变化幅度等于直流线路A电流I_LA的变化量的相反数。

当完成电流变化方向和变化幅度的计算之后，如果高压直流暂态故障选线逻辑检测到下述六个条件满足时则判定直流线路A发生了接地故障。①直流线路A电流I_LA的变化方向为正；②直流线路A电流I_LA在时间T₀₂内的变化幅度大于变化幅度定值；③从时间T_s前到当前时刻，直流线路A电流I_LA的变化方向没有出现负值；④直流线路B的高压直流暂态故障选线逻辑没有满足条件①，②，③；⑤上述①，②，③，④四个条件都满足并且持续时间不小于时间T₂；⑥高压直流暂态故障选线逻辑接收到暂态量线路保护动作信号。

整流侧稳态故障选线逻辑判定直流线路A故障计算直流线路A电流I_LA减去直流线路B电流I_LB的差值。当整流侧稳态故障选线逻辑检测到下述六个条件都满足时则判定直流线路A发生了接地故障。这六个条件包括：①直流线路A电流I_LA减去直流线路B电流I_LB的差值大于差值定值I_{delta_set}；②功率正送时直流线路电压U_DL小于电压定值U_set或者功率反送时直流线路电压的相反数-U_DL小于电压定值U_set；③直流线路A电流I_LA大于电流下限定值I_{low_set}；④直流线路A电流I_LA小于电流上限定值I_{up_set}；⑤上述①，②，③，④四个条件都满足并持续时间不小于时间T₃；⑥整流侧稳态故障选线逻辑接收到稳态量线路保护动作信号。

逆变侧稳态故障选线逻辑检测到下述四个条件都满足时则判定直流线路A故障。直流线路A故障的四个条件包括：①功率正送时直流线路电压U_DL小于电压定值U_set或者功率反送时直流线路电压的相反数-U_DL小于电压定值U_set；②直流线路B电流I_LB大于电流正向定值I_pos；③直流线路A电流I_LA小于电流负向定值I_neg，④上述①，②，③三个条件都满足并且持续的时间不小于时间T₄。

判定直流线路B故障的逻辑与判别直流线路A故障的逻辑完全一样，只是将所述的直流线路A及其电流I_LA换成直流线路B及其电流I_LB，直流线路B及其电流I_B换成直流线路A及其电流I_LA。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.高压直流输电线路双线并联运行时故障选线的方法，其特征是：采集直流线路A电流，直流线路B电流，直流线路电压U_DL，接收暂态量线路保护动作信号和稳态量线路保护动作信号；经过高压直流暂态故障选线逻辑，整流侧稳态故障选线逻辑以及逆变侧稳态故障选线逻辑的判断后，确定故障线路；三个逻辑部分输出为或的关系；其中高压直流暂态故障选线逻辑通过采集直流线路A电流，直流线路B电流以及接收到的暂态量线路保护动作信号来确定故障线路；整流侧稳态故障选线逻辑通过采集直流线路A电流，直流线路B电流，直流线路电压U_DL以及接收到的稳态量线路保护动作信号来确定故障线路；逆变侧稳态故障选线逻辑通过采集直流线路A电流，直流线路B电流，直流线路电压U_DL来确定故障线路；

所述高压直流暂态故障选线逻辑检测到下述六个条件满足时则判定本条直流线路发生了接地故障：①本条直流线路电流的变化方向为正；②本条直流线路电流在时间T₀₂内的变化幅度大于变化幅度定值；③从时间T_s前到当前时刻，本条直流线路电流的变化方向没有出现负值；④另外一条直流线路的高压直流暂态故障选线逻辑没有满足条件①，②，③；⑤上述①，②，③，④四个条件都满足并且持续时间不小于时间T₂；⑥高压直流暂态故障选线逻辑接收到暂态量线路保护动作信号；

所述整流侧稳态故障选线逻辑检测到下述六个条件都满足时则判定本条直流线路发生了接地故障；这六个条件包括：①本条直流线路电流减去另外一条直流线路电流的差值大于差值定值I_{delta_set}；②功率正送时直流线路电压U_DL小于电压定值U_set或者功率反送时直流线路电压的相反数‐U_DL小于电压定值U_set；③本条直流线路电流大于电流下限定值I_{low_set}；④本条直流线路电流小于电流上限定值I_{up_set}；⑤上述①，②，③，④四个条件都满足并持续时间不小于时间T₃；⑥整流侧稳态故障选线逻辑接收到稳态量线路保护动作信号；

所述逆变侧稳态故障选线逻辑检测到下述四个条件都满足时则判定本条直流线路故障；这四个条件包括：①功率正送时直流线路电压U_DL小于电压定值U_set或者功率反送时直流线路电压的相反数‐U_DL小于电压定值U_set；②另外一条直流线路电流大于电流正向定值I_pos；③本条直流线路电流小于电流负向定值I_neg；④上述①，②，③三个条件都满足并且持续的时间不小于时间T₄。

2.如权利要求1所述的高压直流输电线路双线并联运行时故障选线的方法，其特征是：所述判断条件①中电流变化方向的具体检测方法为：计算其T₀时间内本条直流线路电流的平均值，再将平均值推迟T₀时间作为减数送入减法器；然后再将本条直流线路电流当前时刻的值作为被减数送入减法器，减法器输出的结果记为差值I_△；整流侧将差值I_△直接送入比较器分别与定值I_set和‐I_set进行比较，而逆变侧将差值I_△取相反数后再送入比较器分别与定值I_set和‐I_set进行比较；整流侧当I_△大于电流方向定值I_set并且持续时间大于时间T₁，则判定本条直流线路电流的变化方向为正；当I_△小于电流方向定值I_set的相反数并且持续的时间大于时间T₁，则判定本条直流线路电流的变化方向为负；逆变侧当I_△的相反数大于电流方向定值I_set并且持续时间大于时间T₁，则判定本条直流线路电流的变化方向为正；当I_△的相反数小于电流方向定值I_set的相反数并且持续的时间大于时间T₁，则判定本条直流线路电流的变化方向为负。

3.如权利要求1所述的高压直流输电线路双线并联运行时故障选线的方法，其特征是：高压直流暂态故障选线逻辑的判断条件②中，电流变化幅度的具体检测方法为：当前时刻本条直流线路电流的值减去时间T₀₂之前本条直流线路电流的值即为本条直流线路电流的变化量；整流侧本条直流线路电流的变化幅度等于本条直流线路电流的变化量；逆变侧本条直流线路电流的变化幅度等于本条直流线路电流的变化量的相反数。