[發明專利]基于注入信號的特高壓直流接地極線路故障監視方法

在審

• 申請號: 201711086231.9
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107817414A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 滕予非;李小鵬;姜振超;龍呈;段翔兮
• 申請（專利權）人: 國網四川省電力公司電力科學研究院;國家電網公司
• 主分類號: G01R31/02
• 分類號: G01R31/02
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙)51220
• 代理人: 李朝虎

技術領域

本發明涉及特高壓直流輸電系統接地極線路故障識別領域，具體涉及一種基于高頻電壓駐波比的特高壓直流輸電系統接地極線路故障監視方法。

背景技術

特高壓直流輸電技術具有輸送容量大、輸電距離遠、控制性能強等優點，在電能的遠距離傳輸及區域電網互聯中發揮了舉足輕重的作用,其中接地極是特高壓直流輸電系統的重要組成部分，主要起到提供大地回流通路、建立系統電壓參考點等作用。隨著特高壓直流輸電工程的不斷建設和投運，接地極距離換流站距離已超過100km，給接地極線路的保護帶來嚴重的影響。此外，當特高壓直流輸電系統雙極平衡運行或單極—金屬回線運行時，接地極線路上無電流，給接地極線路的故障識別和處理帶來了極大的挑戰。目前，接地極線路保護主要有電流不平衡保護和阻抗監視策略。其中，電流不平衡保護通過檢測并列運行的兩條接地極線路上電流不平衡度，識別接地極引路故障，具有很強的靈敏度。但電流不平衡保護只能用于單極—大地回線運行方式，無法在雙極平衡運行或單極金屬回線運行方式下對接地極線路是否發現故障進行識別。

為解決雙極平衡或單極金屬回線運行時，接地極線路故障識別問題，有學者提出了基于注入法的故障監視原理，通過注入高頻正弦信號進而計算接地極線路阻抗，利用阻抗的變化識別故障。但基于阻抗監視的接地極線路故障監視方法受接地極線路參數變化影響較大，導致實際應用中阻抗監視策略可靠性不高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是目前基于阻抗監視的接地極線路故障監視方法受接地極線路參數變化影響較大，導致實際應用中阻抗監視策略可靠性不高，目的在于提供基于注入信號的特高壓直流接地極線路故障監視方法，解決上述的問題。

本發明通過下述技術方案實現：

基于注入信號的特高壓直流接地極線路故障監視方法，所述方法包括以下步驟：S1：通過信號注入裝置向特高壓直流輸電系統接地極線路首端注入高頻正弦電流信號，記錄電流信號的幅值和相位，同時測量得到信號注入點的同頻電壓幅值、相位，計算電壓和電流的相位差；S2：根據步驟S1中的線路參數計算接地極線路的波阻抗；S3：根據步驟S1、S2中測量計算得到的電壓幅值、電流幅值、線路波阻抗以及電壓和電流的相位差，計算出接地極線路電壓駐波比；S4：根據步驟S3中接地極線路電壓駐波比對故障進行識別。

本發明基于接地極線路首端的高頻電壓駐波比進行接地極線路的故障識別，能夠可靠快速地識別出接地極線路故障，具有一定的抗過渡電阻能力，且基于高頻電壓駐波比的故障監視判據對線路參數變化不敏感，在線路參數變化時依然能夠可靠識別接地極線路故障。

進一步地，所述步驟S1中，注入的高頻電流信號頻率為13.95kHz，所述幅值和相位符號為I_s和測量得到信號注入點的同頻電壓幅值和相角符號為U_s和電壓和電流的相位差記做

進一步地，所述步驟S2中，計算接地極線路波阻抗Z_c的具體計算公式為:式中，r、l、g、c分別為接地極線路單位長度的電阻、電感、電導和電容值，ω為角頻率。

進一步地，所述步驟S3中，根據測量得到的電壓幅值、電流幅值、線路波阻抗以及電壓和電流的相位差，計算出接地極線路電壓駐波比，具體采用的計算方式為：

針對接地極線路故障監視的特點，可以得到線路首端電壓和電流因此，以首端作為計算距離x的起點，在首端處x＝0，可以得到傳輸線上與首端的距離為x處的電壓電流為

對于無損線路而言，由于傳播常數為純虛數，因此令因此，上式改寫為

以首端電流矢量作為參考矢量，即其相角為0，因此有

因此，

則

令

因此,

電壓駐波比計算公式為

進一步地，根據接地極線路電壓駐波比的大小對故障進行識別，若電壓駐波比大于某閾值，判斷接地極線路發生故障；若電壓駐波比小于某閾值，判斷接地極線路正常。

進一步地，所述步驟S4具體判斷方式為：其中Z_c為接地極線路波阻抗，I_s為線路首端電流，U_s線路首端電壓。