基于电压和电流突变量方向的高压直流输电线路保护原理_邢鲁华

基于电压和电流突变量方向的高压直流输电线路保护原理_邢鲁华

第３７卷　第６期２０１３年３月２５

日

：／ＤＯＩ１０．７５００ＡＥＰＳ２０１２０５０４１

基于电压和电流突变量方向的高压直流输电线路保护原理

邢鲁华，陈　青，高湛军

（）电网智能化调度与控制教育部重点实验室，山东大学，山东省济南市２５００６１

摘要：对高压直流输电线路故障暂态特征的分析发现，直流线路两侧保护测量处电压突变量与电流突变量的方向特征在发生线路区内和区外故障时不同，由此构成高压直流输电线路保护原理。文中给出了电压、电流突变量方向判别判据和门槛值整定原则，并构造了相应的保护判据。对实际高压直流输电系统仿真的结果表明：提出的保护原理在双极直流输电系统的多种可能运行方式下、各种故障情况下都能正确识别区内、区外故障；在区内故障性雷击、高阻抗接地和极—极故障时能够准确动作。另外，该保护原理对通信通道、采样频率和数据计算速度要求不高。关键词：高压直流输电；线路保护；电压突变量；电流突变量；突变方向

０　引言

直流输电工程线路长、跨越地形复杂，故障率较高，直流输电线路保护作用重大。现已投运的直流直流输电线路保护原理主要有行波保输电工程中，护、低电压保护和电流差动保护。行波保护动作速但易受干扰影响，其可靠性受波头检测结果影度快，

］１５－

。低电压保护在线路内部发生高阻接地响很大［

６］

。电流差动保护易受故障暂态和故障时可能拒动［

负荷调整过程的影响，不能实现速动，其可靠性受通７］

。信通道的影响较大［

］文献［结合行波保护原理和边界保护原理８１０－

１］

。图１单极金属回线运行和单极大地回线运行等［

为双极直流输电系统结构图

。

图１　双极直流输电系统结构图

Ｆｉ．１　ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｂｉｏｌａｒＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｓｔｅｍ　　　　　　ｇｐｙ

分别实现了单极和双极直流输电系统的线路保护，

该保护原理动作速度快，有较强的耐过渡电阻能力，然而其可靠性易受行波波头检测结果的影响，数据

。文献［］采样频率高达１基于高压直流输９２ｋＨｚ１１电线路的分布参数模型提出了距离保护原理，该原

但耐过渡电阻能力较弱。理可靠性高，

本文对高压直流输电线路区内、区外故障过程

电流突变量进行暂中两极线路保护测量处的电压、

态特征分析，总结提出可适用于双极直流输电系统

多种运行方式的高压直流输电线路主保护原理。

图１中：Ｒ和Ｉ分别为直流输电线路整流侧和逆变侧保护装置测量处；ｕｕｕＲＲｎ和ｕＩＩｎ分别为Ｒｐ，ｐ，端和Ｉ端所测的正、负极电压；ｉｉｉＲＲｎ和ｉＩＩｎ分别ｐ，ｐ，为Ｒ端和Ｉ端所测的正、负极电流；下标ｐ和ｎ分别表示正极和负极。

根据叠加原理，故障状态可以等效为正常运行状态和故障附加状态的叠加。由于本文利用故障后暂态过程中的电压、电流突变量的方向特征进行区

该判别是在发生故障的瞬间，即控制系内故障判别，

统未启动或控制系统开始调整但仍未调整到稳定状

态。当换流站出口至直流线路上发生故障时，可认为换流站出口直流电压在此期间没有发生变化。将两端交流系统和换流站在换流站出口等值为直流电源，则可将正常运行时的正极和负极直流系统进行简化等值，如图２所示，其中，ＺＳ为平波电抗器阻抗，ＺＦ为直流滤波器阻抗，Ｚｌ为直流线路阻抗。对现有直流输电工程中直流滤波器的阻抗特性研究表明，直流滤波器在低频带的阻抗较大，可达

［］１２１３

１ｋΩ以上－。当故障点与线路保护测量处距离

—１０７—

１　电压和电流突变特性分析

现有的直流输电工程大多为两端双极直流输电

系统。双极直流输电系统主要由整流站、逆变站和输电线路组成，其可能的运行方式主要有双极对称运行、双极电压或电流不对称运行、功率反送运行、

；修回日期：。收稿日期：２０１２０５０４２０１２０９１７－－－－

基于电压和电流突变量方向的高压直流输电线路保护原理_邢鲁华

（）２０１３，３７６

较远时，直流系统故障信号的高频带衰减很快。当

故障点与保护测量处距离较近时，直流滤波器放电该振荡以低频带信号为将引起暂态电流波形振荡，

电流突变量的方向特轴线。本文利用故障后电压、

征识别区内故障，如果在电压、电流突变量的方向判

别判据中应用积分算法，可有效消除该波形振荡对方向判别的影响。因此，在直流输电线路电压、电流突变量的方向特征分析中，可将平波电抗器和直流滤波器视为固定阻抗，虽然不能完全反映故障暂态过程，但并不影响电压、电流突变量方向判别结果的正确性

。

护区内任一点发生故障时，有

／／ｕＺＳＺＦ）ｉΔΔＲＲｐ＝－（ｐ

／／ｕＺＳＺＦ）ｉΔΔＩＩｐ＝（ｐ

））由式（和式（可知，１２ｕｉΔＲＲｐ与Δｐ的方向相反，

ｕｉΔＩＩｐ与Δｐ的方向相同。

）负极直流线路区内故障２

负极直流线路区内故障时，相应故障附加电路如图４所示

。

（）１

（）２

图４　负极线路区内故障的故障附加电路

Ｆｉ．４　Ｆａｕｌｔｓｕｅｒｉｍｏｓｅｄｃｉｒｃｕｉｔｆｏｒａｎｉｎｔｅｒｎａｌｆａｕｌｔｏｎ　　　　　　　ｇｐｐ

ｔｈｅｎｅａｔｉｖｅｏｌｅ　　ｇｐ

图４中，ｕｉｕｉΔΔΔΔＲｎ，Ｒｎ，Ｉｎ，Ｉｎ分别为负极线路

整流侧和逆变侧保护测量处的电压、电流突变量。线路保护区内任一点发生故障时，有

／／ｕＺＳＺＦ）ｉΔΔＲｎ＝（Ｒｎ

（）３

（）４

图２　正常运行时的正极和负极直流系统

Ｆｉ．２　ＰｏｓｉｔｉｖｅａｎｄｎｅａｔｉｖｅＨＶＤＣｓｓｔｅｍｏｌｅ　　　　　ｇｇｙｐ

ｗｈｅｎＨＶＤＣｓｓｔｅｍｈａｓｎｏｆａｕｌｔ　　　　　ｙ

／／ｕＺＳＺＦ）ｉΔΔＩｎ＝－（Ｉｎ

））由式（和式（可知，３４ｕｉΔＲｎ与ΔＲｎ的方向相同，

ｕｉΔＩｎ与ΔＩｎ的方向相反。

发生极—极故障时，两极的故障附加电路仍如图３和图４所示，所以极—极故障时电压、电流突变量的方向仍符合以上特征。

１．２　正极整流站和逆变站电抗器外侧故障

正极整流站电抗器外侧故障时，故障附加电路如图５所示

。

１．１　正极和负极直流线路区内故障

）正极直流线路区内故障１

正极直流线路区内故障时，等效于在故障点处叠加一个负的电压源ｕｆ。在故障后暂态分析过程中，认为换流站出口电压没有发生变化，则相应故障附加电路如图３所示

。

图５　正极整流站电抗器外侧故障的故障附加电路

Ｆｉ．５　Ｆａｕｌｔｓｕｅｒｉｍｏｓｅｄｃｉｒｃｕｉｔｆｏｒａｆａｕｌｔｏｕｔｓｉｄｅｔｈｅ　　　　　　　ｇｐｐ

ｒｅａｃｔｏｒｏｓｉｔｉｖｅｏｌｅａｔｔｈｅｒｅｃｔｉｆｉｅｒｓｔａｔｉｏｎｏｎｔｈｅ　　　　　　　　ｐｐ

图３　正极线路区内故障的故障附加电路

Ｆｉ．３　Ｆａｕｌｔｓｕｅｒｉｍｏｓｅｄｃｉｒｃｕｉｔｆｏｒａｎ　　　　ｇｐｐ

ｉｎｔｅｒｎａｌｆａｕｌｔｏｎｔｈｅｏｓｉｔｉｖｅｏ …… 此处隐藏：12836字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……