[发明专利]基于注入信号的特高压直流接地极线路故障监视方法

说明书

技术领域

本发明涉及特高压直流输电系统接地极线路故障识别领域，具体涉及一种基于高频电压驻波比的特高压直流输电系统接地极线路故障监视方法。

背景技术

特高压直流输电技术具有输送容量大、输电距离远、控制性能强等优点，在电能的远距离传输及区域电网互联中发挥了举足轻重的作用,其中接地极是特高压直流输电系统的重要组成部分，主要起到提供大地回流通路、建立系统电压参考点等作用。随着特高压直流输电工程的不断建设和投运，接地极距离换流站距离已超过100km，给接地极线路的保护带来严重的影响。此外，当特高压直流输电系统双极平衡运行或单极—金属回线运行时，接地极线路上无电流，给接地极线路的故障识别和处理带来了极大的挑战。目前，接地极线路保护主要有电流不平衡保护和阻抗监视策略。其中，电流不平衡保护通过检测并列运行的两条接地极线路上电流不平衡度，识别接地极引路故障，具有很强的灵敏度。但电流不平衡保护只能用于单极—大地回线运行方式，无法在双极平衡运行或单极金属回线运行方式下对接地极线路是否发现故障进行识别。

为解决双极平衡或单极金属回线运行时，接地极线路故障识别问题，有学者提出了基于注入法的故障监视原理，通过注入高频正弦信号进而计算接地极线路阻抗，利用阻抗的变化识别故障。但基于阻抗监视的接地极线路故障监视方法受接地极线路参数变化影响较大，导致实际应用中阻抗监视策略可靠性不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是目前基于阻抗监视的接地极线路故障监视方法受接地极线路参数变化影响较大，导致实际应用中阻抗监视策略可靠性不高，目的在于提供基于注入信号的特高压直流接地极线路故障监视方法，解决上述的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

基于注入信号的特高压直流接地极线路故障监视方法，所述方法包括以下步骤：S1：通过信号注入装置向特高压直流输电系统接地极线路首端注入高频正弦电流信号，记录电流信号的幅值和相位，同时测量得到信号注入点的同频电压幅值、相位，计算电压和电流的相位差；S2：根据步骤S1中的线路参数计算接地极线路的波阻抗；S3：根据步骤S1、S2中测量计算得到的电压幅值、电流幅值、线路波阻抗以及电压和电流的相位差，计算出接地极线路电压驻波比；S4：根据步骤S3中接地极线路电压驻波比对故障进行识别。

本发明基于接地极线路首端的高频电压驻波比进行接地极线路的故障识别，能够可靠快速地识别出接地极线路故障，具有一定的抗过渡电阻能力，且基于高频电压驻波比的故障监视判据对线路参数变化不敏感，在线路参数变化时依然能够可靠识别接地极线路故障。

进一步地，所述步骤S1中，注入的高频电流信号频率为13.95kHz，所述幅值和相位符号为I_s和测量得到信号注入点的同频电压幅值和相角符号为U_s和电压和电流的相位差记做

进一步地，所述步骤S2中，计算接地极线路波阻抗Z_c的具体计算公式为:式中，r、l、g、c分别为接地极线路单位长度的电阻、电感、电导和电容值，ω为角频率。

进一步地，所述步骤S3中，根据测量得到的电压幅值、电流幅值、线路波阻抗以及电压和电流的相位差，计算出接地极线路电压驻波比，具体采用的计算方式为：

针对接地极线路故障监视的特点，可以得到线路首端电压和电流因此，以首端作为计算距离x的起点，在首端处x＝0，可以得到传输线上与首端的距离为x处的电压电流为

对于无损线路而言，由于传播常数为纯虚数，因此令因此，上式改写为

以首端电流矢量作为参考矢量，即其相角为0，因此有

因此，

则

令

因此,

电压驻波比计算公式为

进一步地，根据接地极线路电压驻波比的大小对故障进行识别，若电压驻波比大于某阈值，判断接地极线路发生故障；若电压驻波比小于某阈值，判断接地极线路正常。

进一步地，所述步骤S4具体判断方式为：其中Z_c为接地极线路波阻抗，I_s为线路首端电流，U_s线路首端电压。