一种直流线路单端量保护选极方法与流程

1.本发明涉及电力系统继电保护领域，并且更具体地，涉及一种高压或特高压直流输电直流线路单端量保护选极方法。


背景技术：

2.高压或特高压直流输电输送线路具有距离长、电流大、电压等级高等特点。直流线路是高压或特高压直流输电最容易发生故障的元件。
3.当一极线路发生故障时，由于线路极间互感和直流滤波器充放电的影响，很容易因为选极错误导致非故障极直流线路单端量保护易误动；当一极线路发生高阻故障时，也有可能因为无法选择正确故障极，故障极直流线路单端量保护无法快速动作。为解决单端量线路保护应用中，非故障极直流线路单端量保护误动和故障极直流线路单端量保护无法快速动作的问题，须提出高效和高可靠性的选极方法。
4.目前采用的单端量保护选极方法，主要包括：
5.1)利用本极直流线路的直流电压或直流电流变化率方向进行判断，由于没有双极比较，存在误判风险；
6.2)利用两极直流线路的直流电压、直流电流突变量同时判断，或两极行波乘积的正负号进行判断，由于存在电压、电流计算的同步性问题，存在误判风险；
7.3)通过改变直流电压出口门槛同时延长单端量保护算法的动作判断延时，不让单端量保护快速出口，一定程度降低了单端量保护作为线路保护的快速保护的特性。


技术实现要素：

8.本发明提供一种直流输电线路单端量保护选极方法，目的是解决直流线路单端量保护应用中，由于选极误判导致非故障极线路保护误动、故障极线路保护无法快速动作等问题。
9.所述方法包含运行状态选择环节、电流差分选极环节和电压差分选极环节，具体选极步骤如下：
10.步骤1：当运行状态选择环节输出为逻辑真时，判定本极故障，否则转入电流差分选极环节；
11.步骤2：当电流差分选极环节输出为逻辑真时，判定本极故障，否则转入电压差分选极环节；
12.步骤3：当电压差分选极模块环节为逻辑真时，无延时判定本极故障，否则经延时t判定本极故障。
13.进一步地，所述运行状态选择环节，采集直流系统本极直流线路电流量i
dl
、对极直流线路电流量i
dl_op
、本极直流线路电压量u
dl
和对极直流线路电压量u
dl_op
，并接收控制系统传送来的本极运行状态标志位opn、对极的运行状态标志位opn_op或本极解锁标志位deblock、对极的解锁状态标志位deblock_op，当下述三个条件至少满足其一时此环节输出
为逻辑真：
14.条件1：单端量保护启动前(t
0-t
p
)时刻，本极直流线路电流i
dl
(t
0-t
p
)大于等于直流电流有流门槛i
dlset
、对极直流线路电流i
dl_op
(t
0-t
p
)小于直流电流有流门槛i
dlset
、本极直流线路电压|u
dl
(t
o-t
p
)|大于等于直流电压有压门槛u
dlset
以及对极直流线路电圧|u
dl_op
(t
o-t
p
)|小于直流电压有压门槛u
dlset
，其中t0为单端量保护启动时刻，t
p
为启动时刻之前固定时间窗口；
15.条件2：本极运行标志位opn为逻辑真，且对极的运行状态标志位opn_op为逻辑假；
16.条件3：本极运行标志位deblock为逻辑真，且单端量保护启动前(t
0-t
p
)时刻，本极直流线路电流i
dl
(t
0-t
p
)大于等于直流电流有流门槛i
dlset
、对极的运行状态标志位deblock_op为逻辑假，或对极的运行状态标志位deblock_op为逻辑真且对极直流线路电流i
dl_op
(t
0-t
p
)小于直流电流有流门槛i
dlset
。
17.进一步地，所述电流差分选极环节，计算本极电流差分量和对极电流差分量其中t为启动时刻到当前时刻的时长；
18.经数字化转换，本极电流差分量转换为即对极电流差分量转换为即其中f为数字运算频率，n为正数且等于t*f，n
p
为t
p
*f；
19.以为x，当下述条件满足时，此环节输出为逻辑真：
20.条件：
21.进一步地，电流差分选极制动门槛g(x)的计算式如下：
[0022][0023][0024]
g(x)＝khi
seth
,x≥x2[0025]
其中低定值i
setl
按该工况下本极直流线路末端高阻接地时最大值整定，取值范围0-10000；高定值i
seth
按该工况下对极直流线路末端金属性接地时最大值整定，取值范围0-10000；x1为低定值段和中定值段分段位置，取值范围0-1；x2为中定
值段和高定值段分段位置，取值范围0-1，同时满足x2＞x1；k
l1
为低定值段左端系数，取值范围0-10；k
l2
为低定值段右端系数，取值范围0-10；kh为高定值段左端系数，取值范围0-10。
[0026]
进一步地，所述电压差分选极环节，计算本极电压差分量和对极电压差分量
[0027]
同时考虑到线路互感等暂态影响，将启动时刻到当前时刻的时长t设为固定窗口t1，则本极电压差分量对极电压差分量
[0028]
经数字化转换，本极电压差分量转换为即对极电压差分量转换为即其中n1为t1*f；
[0029]
以为x轴，当下述条件满足时，此环节输出为逻辑真：
[0030]
条件：
[0031]
进一步地，电压差分选极制动门槛h(x)的计算式如下：
[0032]
h(x)＝max(k1*x b,k2*u
setl
)
[0033]
其中k1为电压差分选极制动系数，取值范围0-2；b为电压差分选极偏置，取值范围-300- 300；u
setl
为最小制动启动门槛，按该运行工况下对极线路末端金属接地故障时最大值整定，取值范围0-800；k2为制动门槛浮动系数，取值范围0-1。
[0034]
本发明的有益效果如下：
[0035]
1、本发明在判断为直流单极运行情况下跳过选极环节，大大缩短动作出口时间；
[0036]
2、本发明当对极线路发生接地故障时，电流差分选极判据能够准确判断非本极故障，防止本极直流线路单端量保护误动出口；
[0037]
3、本发明当对极线路发生接地故障时且电流差分选极判据无法判断情况下，电压差分选极判据能够准确判断本极故障，防止本极直流线路单端量保护误动出口；
[0038]
4、本发明当电流差分选极和电压差分选极判据均无法判断情况下，延时t开放选极出口，如果此时直流线路单端量保护主判据依旧满足条件，保护仍然可以正常出口。
[0039]
综上，本发明较好地解决了直流输电线路发生故障时，非故障极直流线路单端量保护误动、故障极直流线路单端量保护无法快速动作的问题，同时提高了直流输电线路保护的性能。
附图说明
[0040]
构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
[0041]
图1为本技术逻辑框图；
[0042]
图2为本技术电流差分选极制动曲线图；
[0043]
图3为本技术电压差分选极制动曲线图；
[0044]
图4为本技术实施方式中直流线路保护装置配置及线路故障位置示意图。
具体实施方式
[0045]
以下将结合附图和直流系统实际工况，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0046]
本发明提供一种直流输电线路单端量保护选极方法，目的是解决单端量线路保护应用中，非故障极线路保护误动的问题。方法实现包含运行状态选择环节、电流差分选极环节、电压差分选极环节，如图1所示，具体的选极步骤如下：
[0047]
步骤1：当运行状态选择环节输出为逻辑真时，判定本极故障，否则转入电流差分选极环节；
[0048]
步骤2：当电流差分选极环节输出为逻辑真时，判定本极故障，否则转入电压差分选极环节；
[0049]
步骤3：当电压差分选极环节输出为逻辑真时，无延时判定本极故障，否则经延时t判定本极故障。
[0050]
以下各例中，直流线路单端量保护配置在站1极1，本极为极1，对极为极2，功率方向正送。
[0051]
工况1：直流系统极1单极大地回线双阀全压运行，功率4000mw，极1直流线路首端金属接地故障f1。
[0052]
本工况下，运行状态选择环节采集到的单端量保护启动时刻前本极直流线路电流i
dl
(t
0-t
p
)＝5000a大于等于直流电流有流门槛i
dlset
＝350a、对极直流线路电流i
dl_op
(t
0-t
p
)＝0a小于直流电流有流门槛i
dlset
＝350a、本极直流线路电压|u
dl
|＝800kv大于等于直流电压有压门槛u
dlset
＝280kv、对极直流线路电圧|u
dl_op
|＝0kv小于直流电压有压门槛u
dlset
＝280kv，同时收到控制系统送来的本极运行标志位opn为逻辑真且对极的运行状态标志位opn_op为逻辑假，运行状态选择环节输出为逻辑真，直接判定本极直流线路故障。
[0053]
工况2：直流系统双极四阀组大地回线平衡运行，功率800mw，极1直流线路中点金属接地故障f2。
[0054]
本工况下，运行状态选择环节采集到的单端量保护启动时刻前本极直流线路电流i
dl
(t
0-t
p
)＝500a大于等于直流电流有流门槛i
dlset
＝350a、对极直流线路电流i
dl_op
(t
0-t
p
)＝500a大于直流电流有流门槛i
dlset
＝350a、本极直流线路电压|u
dl
|＝800kv大于等于直流电压有压门槛u
dlset
＝280kv、对极直流线路电圧|u
dl_op
|＝800kv大于直流电压有压门槛u
dlset
＝280kv，同时收到控制系统送来的本极运行标志位opn和对极的运行状态标志位opn_op均为逻辑真，运行状态选择环节输出为逻辑假，转入电流差分选极模块。
[0055]
电流差分选极环节采集本极直流线路电流量i
dl
和对极直流线路电流量i
dl_op
，经
数字化转换，本极电流差分量为即对极电流差分量即
[0056]
低定值i
setl
按该工况下本极直流末端高阻接地时最大值整定为430，高定值i
seth
按该工况下对极直流末端金属性接地时最大值整定为686。保护软件运算频率f为10k，x1为2/3，x2为1，k
l1
为1，k
l2
为0.5，kh为1.5，t
p
为1ms，n
p
为10。
[0057]
以为x，如图2所示，电流差分选极制动曲线g(x)计算式如下：
[0058][0059][0060]
g(x)＝3/2*686,x≥1
[0061]
本极电流差分量中计算所需点数n＞5，n＝6时中计算所需点数n＞5，n＝6时大于电流差分选极制动曲线g(0.69)＝271.2，电流差分选极模块输出为逻辑真，判定为本极故障。
[0062]
工况3：直流系统双极大地回线运行，极1双极四阀运行，功率800mw，极2直流线路末端高阻接地故障f3。
[0063]
本工况下，运行状态选择环节采集到的单端量保护启动时刻前本极直流线路电流i
dl
(t
0-t
p
)＝500a大于等于直流电流有流门槛i
dlset
＝350a、对极直流线路电流i
dl_op
(t
0-t
p
)＝500a大于直流电流有流门槛i
dlset
＝350a、本极直流线路电压|u
dl
|＝800kv大于等于直流电压有压门槛u
dlset
＝280kv、对极直流线路电圧|u
dl_op
|＝800kv大于直流电压有压门槛u
dlset
＝280kv，同时收到控制系统送来的本极运行标志位opn和对极的运行状态标志位opn_op均为逻辑真，运行状态选择环节输出为逻辑假，转入电流差分选极环节。
[0064]
电流差分选极环节采集本极直流线路电流量i
dl
和对极直流线路电流量i
dl_op
，经数字化转换，本极电流差分量为即对极电流差分量即
[0065]
低定值i
setl
按该工况下本极直流末端高阻接地时最大值整定为430，
高定值i
seth
按该工况下对极直流末端金属性接地时最大值整定为686。保护软件运算频率f为10k，x1为2/3，x2为1，k
l1
为1，k
l2
为0.5，kh为1.5，t
p
为1ms，n
p
为10。
[0066]
以为x，如图2所示，电流差分选极制动曲线g(x)计算式如下：
[0067][0068][0069]
g(x)＝3/2*686,x≥1
[0070]
本极电流差分量中计算所需点数n＞5，n＞5时一直小于电流差分选极制动曲线g(x)，电流差分选极环节输出为逻辑假，直接转入电压差分选极环节。
[0071]
电压差分选极环节采集直流系统本极直流线路电压量u
dl
和对极直流线路电压量u
dl_op
，经数字化转换，本极电压差分量为即对极电压差分量转换为即
[0072]
本例运算频率f为10k，t1＝5ms，n1＝50，其中k1为制动比例系数设为1，b为电压差分选极偏置设为0，其中u
setl
为最小制动门槛设为20，k2为制动门槛浮动系数设为0。
[0073]
以为x，如图3所示，电压差分选极制动曲线h(x)算式如下：
[0074]
h(x)＝max(1*x 0,0*20)
[0075]
当本极电流差分量大于电压差分选极制动曲线h(5)＝5，电压差分选极环节输出为逻辑真时，判定为本极故障。
[0076]
工况4：直流系统双极三阀组大地回线运行，极1双阀组，极2单阀组，功率600mw，极2直流线路末端高阻接地故障f4。
[0077]
本工况下，运行状态选择环节采集到的单端量保护启动时刻前本极直流线路电流i
dl
(t
0-t
p
)＝500a大于等于直流电流有流门槛i
dlset
＝350a、对极直流线路电流i
dl_op
(t
0-t
p
)＝500a大于直流电流有流门槛i
dlset
＝350a、本极直流线路电压|u
dl
|＝800kv大于等于直流电压有压门槛u
dlset
＝280kv、对极直流线路电圧|u
dl_op
|＝400kv大于直流电压有压门槛u
dlset
＝280kv，同时收到控制系统送来的本极运行标志位opn和对极的运行状态标志位opn_op均为逻辑真，运行状态选择模块输出为逻辑假，转入电流差分选极环节。
[0078]
电流差分选极环节采集本极直流线路电流量i
dl
和对极直流线路电流量i
dl_op
，经
数字化转换，本极电流差分量为即对极电流差分量即
[0079]
低定值i
setl
按该工况下本极直流末端高阻接地最大值整定为430，高定值i
seth
按该工况下对极直流末端金属性接地最大值整定为686。保护软件运算频率f为10k，x1为2/3，x2为1，k
l1
为1，k
l2
为0.5，kh为1.5，t
p
为1ms，n
p
为10。
[0080]
以为x，如图2所示，电流差分选极制动曲线g(x)算式如下：
[0081][0082][0083]
g(x)＝3/2*686,x≥1
[0084]
本极电流差分量中计算所需点数n＞5，n＞5时一直小于电流差分选极制动曲线g(x)，电流差分选极环节输出为逻辑假，直接转入电压差分选极环节。
[0085]
电压差分选极环节采集直流系统本极直流线路电压量u
dl
和对极直流线路电压量u
dl_op
，经数字化转换，本极电压差分量为即对极电压差分量转换为即
[0086]
本例运算频率f为10k，t1＝5ms，n1＝50，其中k1为制动比例系数设为1，b为电压差分选极偏置设为0，其中u
setl
为最小制动门槛设为20，k2为制动门槛浮动系数设为0。
[0087]
以为x，如图3所示，电压差分选极制动曲线h(x)算式如下：
[0088]
h(x)＝max(1*x 0,0*20)
[0089]
当电压差分选极模块输出为逻辑假，延时t＝10ms判断为本极故障，开放本极单端量保护出口，此时单端量主保护判据已不满足条件，保护正确未动作。
[0090]
本技术实施方式中直流线路保护装置配置及线路故障位置如图4所示。
[0091]
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。