一種高壓直流輸電線路電流差動保護(hù)綜合配置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)高壓直流輸電線路繼電保護(hù)的技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種 高壓直流輸電線路電流差動保護(hù)綜合配置方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超高壓、特高壓直流輸電系統(tǒng)在我國得到了 廣泛的運用，現(xiàn)已建成、正在籌建多條±800kV特高壓直流輸電線路，為我國未來電能輸送 將發(fā)揮無可替代的巨大貢獻(xiàn)。為了確保上述線路安全穩(wěn)定地發(fā)揮效能，必然需要相應(yīng)可靠 的繼電保護(hù)來保駕護(hù)航。
[0003] 由于歷史緣故，受技術(shù)、工藝等因素的制約，不像交流輸電那樣控制與保護(hù)彼此分 開、相互獨立的特點，即直流系統(tǒng)的相關(guān)故障有時不得不通過潮流控制消除。正是由于其特 殊的運行機(jī)理和控制方式，造成了相關(guān)的運行事故。根據(jù)我國已投運的直流輸電系統(tǒng)所配 備的繼電保護(hù)主要來源于ABB公司和SIEMENS公司的事實，因此在此所涉及傳統(tǒng)的繼電保 護(hù)主要包括以行波保護(hù)、微分欠壓保護(hù)等構(gòu)成的主保護(hù)和以電流差動保護(hù)、低電壓保護(hù)等 構(gòu)成的后備保護(hù)，由此形成直流輸電線路相對完整的繼電保護(hù)體系。
[0004] 行波保護(hù)的特點在于有效地利用了故障發(fā)生時從故障點向外側(cè)傳播的暫態(tài)故障 行波，達(dá)到鑒別故障性質(zhì)的目的。各公司在利用行波的特性時所反映的狀態(tài)將有所不同，因 此在動作時間、抗干擾能力和耐故障電阻等方面也體現(xiàn)出微量的差異。但是行波保護(hù)的最 大缺陷是可靠性較差，容易受到外界電磁干擾的影響，特別是雷電等干擾因素的影響，往往 會引導(dǎo)發(fā)生保護(hù)誤動；其次，也體現(xiàn)出行波保護(hù)在耐故障電阻、故障分辨靈敏度以及保護(hù)整 定等方面存在著不可克服的原理性缺陷；最后，它對數(shù)據(jù)的采集速率和測量精度都提出了 較高的技術(shù)要求。
[0005] 微分欠壓保護(hù)的特點在于如何獲得電壓的微分計算結(jié)果以及實際幅值的變化定 量確定保護(hù)的動作情況，它既是直流輸電線路的主保護(hù)，又承擔(dān)行波保護(hù)的后備保護(hù)作用。 它的動作速度略微遲于行波保護(hù)，特別作為微分欠壓保護(hù)，可以在行波保護(hù)退出、電壓變化 率不足以啟動保護(hù)時發(fā)揮相關(guān)作用。但是耐故障電阻能力低、故障甄別靈敏度差和缺乏必 要理論支持是它的主要弱點。
[0006] 低壓保護(hù)的特點在于對運行電壓幅值狀態(tài)進(jìn)行檢測以確定保護(hù)動作，它的實際使 用率不高且理論研宄也相對不足。低壓保護(hù)主要包括線路和極控兩種，前者的整定值相對 較高，它動作后將啟動線路重啟程序，而后者則動作后將閉鎖故障極，因此已經(jīng)超出線路保 護(hù)的范疇。它應(yīng)該在行波保護(hù)、微分欠壓保護(hù)未動并且電流差動保護(hù)來不及動作的情況下 發(fā)揮其保護(hù)功能。但是它的主要問題在于整定缺乏依據(jù)、沒有方向識別功能及動作速度仍 較慢等。
[0007] 傳統(tǒng)電流差動保護(hù)的特點在于無論直流線路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如何，都能確保其具有絕 對的故障甄別選擇性。但是在該算法中沒有考慮超長距離線路分布電容以及潮流控制所呈 高頻諧波的影響，也缺乏交流差動保護(hù)所設(shè)制動量的平衡，因此只能通過調(diào)高動作門檻或 者增加等待延時等待兩種方法確保相關(guān)保護(hù)的可靠性。通過調(diào)高動作門檻可以避免相關(guān)干 擾所帶來的影響，但是同時也降低了故障甄別的靈敏度。通過增加等待延時可以獲得干擾 衰減后靈敏甄別故障的效果，但是保護(hù)的速度將明顯降低。實際動作速度較交流差動保護(hù) 要慢許多，根據(jù)分析等待延時需達(dá)到秒級。由于在直流輸電的調(diào)控過程中，電力電子控制的 反應(yīng)速度相對更快，因此多次引發(fā)極控低壓保護(hù)及最大觸發(fā)角保護(hù)的動作，造成閉鎖故障 極，線路因此被迫停運這樣的運維事故；同時，該差動保護(hù)幾乎不能甄別高阻故障。
[0008] 除了上述諸項保護(hù)之外，還根據(jù)在交流系統(tǒng)中成熟的實踐經(jīng)驗相應(yīng)提出了的若干 種其它的保護(hù)方案，如電流橫差保護(hù)和線路距離保護(hù)，以及根據(jù)在直流輸電中所呈現(xiàn)功率 倒向現(xiàn)象、方向元件適用性等方面廣泛獲得的研宄成果。由于上述保護(hù)也都存在原理性的 局限性，因此只能作為后備保護(hù)或者某項保護(hù)的輔助功能項。
[0009] 為什么在如何之多繼電保護(hù)配置的基礎(chǔ)上，直流輸電線路仍然不能消除運行事故 的隱患呢？除了上述各種保護(hù)原理其自身所存在的技術(shù)缺陷外，直流輸電系統(tǒng)的復(fù)雜性也 使得任何保護(hù)方案都無法能夠全面適應(yīng)所面臨的各種復(fù)雜運行環(huán)境，因此必然會出現(xiàn)這樣 或者那樣的短缺。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)往往缺乏嚴(yán)密的定性分析結(jié)論和可信的定量估測結(jié)果， 因此不得不依靠基于理想模型的分析結(jié)論，通過實驗仿真驗證去實際調(diào)整保護(hù)的整定，沒 有明確的分辨界限和甄別裕度，同時分析的目標(biāo)過于單調(diào)，缺乏關(guān)聯(lián)性和對比性，一旦其中 任何一個電氣信號的測量狀態(tài)發(fā)生變化都會嚴(yán)重扭曲保護(hù)的整體性能，因此繼電保護(hù)一特 別在直流輸電中一延時就成為一種不可缺少的補償手段。
[0010] 在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在故障率高、安全性差和 維護(hù)難度大等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種高壓直流輸電線路電流差動保護(hù)綜 合配置方法，以實現(xiàn)故障率低、安全性好和維護(hù)難度小的優(yōu)點。
[0012] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種高壓直流輸電線路電流差動保 護(hù)綜合配置方法，包括：
[0013] a、采集被保護(hù)區(qū)域高壓直流輸電線路的實際狀況，根據(jù)電流差動保護(hù)的原理，結(jié) 合采集得到的高壓直流輸電線路的實際狀況，獲得被保護(hù)區(qū)域各端電流積分/累計和的時 域計算方法，對電流差動情況進(jìn)行計算；
[0014] b、將電流差動計算結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的擾動數(shù)值的比較，構(gòu)造合理的保護(hù)整定與動 作延時方案。
[0015] 進(jìn)一步地，所述步驟a，具體包括：
[0016] 根據(jù)交流輸電線路已經(jīng)確立的等效物理原理，結(jié)合高壓直流輸電線路的實際運行 特點，獲得被保護(hù)區(qū)域各端電流積分/累計和的時域計算形式；
[0017] 在高壓直流輸電系統(tǒng)及其相關(guān)設(shè)備發(fā)生故障或出現(xiàn)擾動時，根據(jù)線性迭代電氣網(wǎng) 絡(luò)的特點，直流線路各端電流和將根據(jù)在線路上所反映直流分量以及各次諧波分量的情況 呈現(xiàn)狀態(tài)明顯的等效轉(zhuǎn)換及線性迭代關(guān)系，得到比較明確的判別結(jié)論即不同形式的保護(hù)判 據(jù)并且用于甄別相關(guān)類型的故障。
[0018] 進(jìn)一步地，所述步驟b，具體包括：
[0019] bl、通過系統(tǒng)分析電流差動計算結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的擾動數(shù)值的差值，確定增加積 分/累計和的電流差動保護(hù)時域計算形式，與原有的直流輸電線路電流差動保護(hù)及其它繼 電保護(hù)構(gòu)成互補、綜合性的保護(hù)配置，構(gòu)建以下判據(jù)：
[0020] f(Aiffl(t) +Ain(t)) | >Iset；
[0021] 上式中，根據(jù)說明書附圖1所示，Aim(t)表示為線路m側(cè)在t時刻測量得到的故 障分量電流數(shù)據(jù)，Ain(t)表示為線路n側(cè)在t時刻測量得到的故障分量電流數(shù)據(jù)，f()表 示為根據(jù)不同的保護(hù)需要所進(jìn)行的不同實現(xiàn)長度數(shù)字積分/累計和算法，Isrt表示線路電 流互感器二次側(cè)測量在正常/一般的積分/累計和期間所得采樣值的最大不平衡故障分量 電流數(shù)據(jù)；
[0022] b2、當(dāng)保護(hù)啟動之后，上述判據(jù)滿足所設(shè)條件時，當(dāng)前故障為內(nèi)部故障；當(dāng)上述判 據(jù)不能滿足時，當(dāng)前故障不為內(nèi)部故障。
[0023] 進(jìn)一步地，所述步驟bl，進(jìn)一步包括：
[0024] 根據(jù)步驟a定性分析所做出的結(jié)論，分別啟動不同形式電流差動保護(hù)的時域計算 方法。當(dāng)輸電線路因故促使上述相應(yīng)電流的增量可以有效測量時，即可以啟動相應(yīng)的時域 電流差動保護(hù)算法；
[0025] 當(dāng)線路兩側(cè)采樣值故障分量以超短時進(jìn)行的電流差動計算滿足：
[0026] ⑴；
[0027] 式中，I'set為線路電流互感器二次側(cè)測量在極短的積分/累計和期間所得采樣 值的最大不平衡故障分量電流數(shù)據(jù)；T' = 5ms為采樣值電流差動的超短時積分時間；m為 在積分時間內(nèi)所對應(yīng)電流信號的采樣數(shù)據(jù)點數(shù)；I為大于1的實數(shù)，為甄別緊急狀態(tài)的可 靠系數(shù)；k是重復(fù)積分計算的時間倍數(shù)，其為大于或等于1的整數(shù)。
[0028] 進(jìn)一步地，所述步驟bl，進(jìn)一步還包括：
[0029] 當(dāng)線路兩側(cè)工頻故障分量以工頻倍數(shù)延時進(jìn)行的電流差動計算滿足：
[0030] (2)；
[0031] 式中，I" ^為線路電流互感器二次側(cè)測量在正常/ 一般的積分/累計和期間所 得采樣值的最大不平衡故障分量電流數(shù)據(jù)；T" = 20ms為采樣值電流差動工頻周期的積分 時間；m為在積分時間內(nèi)所對應(yīng)電流信號的采樣數(shù)據(jù)點數(shù)；K2為大于1的實數(shù)，為甄別一般 狀態(tài)的可靠系數(shù)；k是重復(fù)積分計算的時間倍數(shù)，其為不小于1的整數(shù)，為了滿足狀態(tài)甄別 的需要同時與其它保護(hù)構(gòu)成良好的延時配合，通?？梢圆扇= 3-5。
[0032] 進(jìn)一步地，所述步驟bl，進(jìn)一步還包括：
[0033] 當(dāng)線路兩側(cè)采樣值故障分量以超長時進(jìn)行的電流差動計算滿足：
[0034]
(3) ；