阅读说明：本技术 一种针对于直流接地极线路的复合频率叠加保护方法 (Composite frequency superposition protection method for direct current grounding electrode circuit ) 是由 李斌 孙强 何佳伟 李晔 于 2020-04-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种针对于直流接地极线路的复合频率叠加保护方法,步骤1、持续地通过高频电流源向接地极线路中注入频率分别为f<Sub>1</Sub>、f<Sub>2</Sub>的高频信号；步骤2、于接地极线路正常运行时,获得频率分别为f<Sub>1</Sub>、f<Sub>2</Sub>的高频信号对应的的测量阻抗Z<Sub>n1</Sub>、Z<Sub>n2</Sub>；步骤3、每经过一个预先设定的判断周期T,利用FFT计算频率f<Sub>1</Sub>信号接地极线路首端电流相量<Image he="69" wi="63" file="DDA0002448531590000011.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>和电压相量<Image he="59" wi="105" file="DDA0002448531590000012.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>并计算测量阻抗<Image he="150" wi="242" file="DDA0002448531590000013.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>步骤4、判断频率f<Sub>1</Sub>信号对应的测量阻抗Z<Sub>f1</Sub>是否满足式(3),选择告警；步骤6、判断频率f<Sub>2</Sub>信号对应的测量阻抗Z<Sub>f2</Sub>是否满足式(4),选择告警或正常运行。本发明能够较为准确判断接地极线路的故障发生,提高保护的准确性、灵敏性,能够大幅改善其保护性能的方法；大幅消除了单一频率信号注入时的死区问题。(The invention discloses a composite frequency superposition protection method for a direct current grounding electrode circuit, which comprises the following steps of 1, continuously injecting frequencies f into the grounding electrode circuit through a high-frequency current source 1 、f 2 The high-frequency signal of (2); step 2, obtaining the frequencies f respectively when the grounding electrode circuit normally operates 1 、f 2 Corresponding to the high-frequency signal of (2) n1 、Z n2 (ii) a Step 3, calculating the frequency f by using FFT (fast Fourier transform) every time a preset judgment period T passes 1 Signal grounding electrode line head end current phasor And voltage phasor And calculating the measured impedance Step 4, judging the frequency f 1 Signal corresponding measured impedance Z f1 If the formula (3) is satisfied, selecting an alarm; step 6, judging the frequency f 2 Signal corresponding measured impedance Z f2 And if the formula (4) is satisfied, selecting alarm or normal operation. The method can accurately judge the fault of the grounding electrode circuit, improve the accuracy and the sensitivity of protection and greatly improve the protection performance; the problem of dead zones when single-frequency signals are injected is greatly eliminated.)

一种针对于直流接地极线路的复合频率叠加保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统保护与控制领域，特别涉及一种直流接地极线路的保护方法。

背景技术

如图1所示，为含接地极线路的高压直流系统模型示意图。对于真双极直流系统，接地极是其重要组成部分，若接地极线路发生故障将导致换流站闭锁。由于直流电弧不存在自然过零点，不易熄灭，需要将直流系统停运才能熄弧，因此，及时识别故障并且快速排除故障，可有效提高系统稳定性。准确识别接地极线路故障是高压直流工程建设中所必须考虑的问题。目前，针对接地极线路故障的保护方法主要基于注入法，并通过首端测量阻抗判断是否发生故障。然而，现有方法由于注入频率较高，存在多个保护死区，保护性能较差，在沿线某些位置发生故障时会拒动。针对这一现状，有必要提出一种准确、有效的接地极线路注入法保护的改进方法。

目前，针对接地极线路故障所提出的保护方法较少，现有方法由于具有较多死区、容易拒动，在实际应用时难以取得较好的效果，若未准确判断故障发生，易危害人身安全、造成经济损失。

发明内容

针对高压直流系统接地极线路现有注入法保护性能较差的问题，本发明提出了一种针对直流接地极线路的复合频率叠加保护方法，提出了一种改进的注入法，利用复合频率叠加技术，通过对接地极线路同时注入两个不同频率的高频信号，各自于首端测量其阻抗并判断阻抗是否异常，并将结果取“或”逻辑关系，以消除两个频率信号彼此的死区。

本发明的一种针对于直流接地极线路的复合频率叠加保护方法，利用注入法死区位置与注入频率的关系实现了直流接地极线路的故障告警策略，包括以下步骤：

步骤1、持续地通过高频电流源向接地极线路中注入频率分别为f₁、f₂的高频信号，取其中，l表示接地极线路长度，v表示注入信号的地模波波速；

步骤2、于接地极线路正常运行时，获得频率分别为f₁、f₂的高频信号对应的的测量阻抗Z_n1、Z_n2；Z_n1、Z_n2使用下式计算：

式中，表示接地极线路正常运行时频率f₁信号首端电流和电压相量，表示接地极线路正常运行时频率f₂信号首端电流和电压相量；

步骤3、每经过一个预先设定的判断周期T，采集线路首端的电压电流信号，利用FFT计算频率f₁信号接地极线路首端电流相量和电压相量并计算测量阻抗

步骤4、判断频率f₁信号对应的测量阻抗Z_f1是否满足式(3)：

|Z_f1-Z_n1|＞kZ_n1 (3)

考虑到互感器测量误差等因素，k取值为0.1；

若式(3)满足，则认为接地极线路上发生故障，发出双回线型接地极线路中的线路一发生故障的告警信号，步骤41；若式(3)不满足，继续利用FFT计算频率f₂信号接地极线路首端电流相量和电压相量并计算测量阻抗步骤5；

步骤6、判断频率f₂信号对应的测量阻抗Z_f2是否满足式(4)：

|Z_f2-Z_n2|＞kZ_n2 (4)

考虑到互感器测量误差等因素，k取为0.1；

若式(4)满足，则认为接地极线路上发生故障，发出双回线型接地极线路中的线路二发生故障的告警信号，步骤61；若式(4)不满足，认为在该判断周期T内，接地极线路处于正常运行，未发生故障，步骤7。

相较于现有技术，本发明的一种针对于直流接地极线路的复合频率叠加保护方法能够达成以下积极技术效果：

1)接地极线路发生单回线或双回线接地故障时，以及在不同的故障距离和过渡电阻下，能够较为准确判断接地极线路的故障发生，提高保护的准确性、灵敏性，能够大幅改善其保护性能；

2)避免由于保护拒动而可能导致的人身安全、经济损失等影响。

3)大幅地消除了单一频率信号注入时的死区问题。

附图说明

图1为含接地极线路的高压直流系统模型示意图；

图2为本发明的一种针对于直流接地极线路的复合频率叠加保护方法整体流程示意图；

图3为双回线型接地极线路故障网络示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本发明技术发明进行清楚、完整地描述。

如图2所示，为本发明的一种针对于直流接地极线路的复合频率叠加保护方法整体流程示意图，该流程利用注入法死区位置与注入频率的关系实现了直流接地极线路的故障告警策略，具体包括以下步骤：

步骤1、持续地通过高频电流源向接地极线路中注入频率分别为f₁、f₂的高频信号，取其中，l表示接地极线路长度，v表示注入信号的地模波波速，对于所取的信号频率范围内，v保持不变，为2.6×10⁵km/s；

步骤2、于接地极线路正常运行时，获得频率分别为f₁、f₂的高频信号对应的的测量阻抗Z_n1、Z_n2；

Z_n1、Z_n2使用下式计算：

式中，表示接地极线路正常运行时频率f₁信号首端电流和电压相量，表示接地极线路正常运行时频率f₂信号首端电流和电压相量；

步骤3、每经过一个预先设定的判断周期T，采集线路首端的电压电流信号，利用FFT计算频率f₁信号接地极线路首端电流相量和电压相量并计算测量阻抗

步骤4、判断频率f₁信号对应的测量阻抗Z_f1是否满足式(3)：

|Z_f1-Z_n1|＞kZ_n1 (3)

考虑到互感器测量误差等因素，k取值为0.1；

若式(3)满足，则认为接地极线路上发生故障，发出双回线型接地极线路发生故障的告警信号，步骤41；若式(3)不满足，继续利用FFT计算频率f₂信号接地极线路首端电流相量和电压相量并计算测量阻抗步骤5；

步骤6、判断频率f₂信号对应的测量阻抗Z_f2是否满足式(4)：

|Z_f2-Z_n2|＞kZ_n2 (4)

考虑到互感器测量误差等因素，k取为0.1；

若式(4)满足，则认为接地极线路上发生故障，发出双回线型接地极线路发生故障的告警信号，步骤61；若式(4)不满足，认为在该判断周期T内，接地极线路处于正常运行，未发生故障，步骤7。

如图3所示为双回线型接地极线路故障网络示意图。运行时，于接地极线路首端分别测量与两个注入的频率分别为f₁、f₂的高频信号各自对应的接地极线路的阻抗，若其中一个频率的信号对应的测量阻抗发生较大变化，即判定为接地极线路发生故障。