一种差动原理的直流接地极引线保护系统和故障判别方法技术方案

一种差动原理的直流接地极引线保护系统和故障判别方法，借鉴高压交流输电系统中广泛使用的线路纵联差动保护技术应用于高压直流输电系统接地极引线短路故障的判别，实现接地极引线的全范围接地短路故障保护，消除了原来采用的不平衡电流保护在接地极侧20％的动作死区；通过纵联差动保护和横联差动保护的综合判据实现了接地极引线接地短路故障和断线故障的判别，以便于对不同的故障类型采取不同的有效策略。从而大大提高了接地极引线保护的可靠性。本发明专利技术可以广泛在高压直流输电领域中应用。

DC grounding pole lead protection system and fault discrimination method based on differential principle

A direct current differential principle of the grounding wire protection system and fault detection method, using high voltage AC transmission system is widely used in the line longitudinal differential protection technology used in HVDC system earth fault identification electrode wire, grounding wire to achieve a full range of ground fault protection, eliminating the unbalanced current protection in the grounding side 20% of the original action dead zone is adopted; the longitudinal differential protection and the comprehensive criterion of differential protection can identify grounding wire grounding fault and disconnection fault, take effective strategy to different fault types for. So the reliability of grounding wire lead protection is greatly improved. The invention can be widely applied in the field of high voltage direct current transmission.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统继电保护
，具体涉及一种高压直流输电线路接地极引线(以下简称接地极引线)的全范围差动保护实现和接地极引线短路或断线故障判断的保护系统和故障判别方法。
技术介绍
目前现场运行的接地极引线接地故障主要由采集单端量接地极引线不平衡电流保护实现，但是由于不平衡电流阈值要考虑躲开互感器的最大测量误差，无法保护线路全长，目前按80％线路长度、金属接地故障整定，靠近接地极的20％线路长度范围为保护动作死区，如果在此范围内发生接地故障无法切除。当接地极引线发生单根断线故障时，故障引线无电流通过；当接地极引线发生靠近换流站侧的单根引线接地故障时，非故障引线电流很小甚至可能为0。由于两种故障情况下的电流特征类似，单纯通过不平衡电流判据无法区分故障类型。纵联差动保护技术是一种成熟应用在交流输电线路的保护方法，纵联保护的原理是利用某种通信通道将输电线路两端的保护装置纵向连接起来，将各端电气量送到对端进行比较，通过电流量的变化情况以判别故障在线路内还是在线路外，从而确定是否切除故障。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术借鉴高压交流输电系统中广泛使用的线路纵联差动保护技术应用于高压直流输电系统接地极引线短路故障的判别，实现接地极引线的全范围接地短路故障保护，消除了仅采用的不平衡电流保护时接地极侧20％的动作死区；通过纵联差动保护和横联差动保护的综合判据实现了接地极引线短路和断线故障的判别，以便于对不同的故障类型采取不同的有效策略。本申请中的一种差动原理的直流接地极引线保护系统具体采用以下技术方案：一种差动原理的直流接地极引线保护系统，包括4台直流全光纤电流互感器、6台合并单元和3台接地极引线差动保护装置；其特征在于：接地极通过两根同杆并架并联运行的高压直流输电线路接地极引线与换流站侧接地极母线连接，两根直流接地极引线无论在单极运行还是双极运行情况下都各自分担1/2的直流接地极电流。每根直流接地极引线在靠近换流站侧和接地极侧分别配置1台直流全光纤电流互感器，每台直流全光纤电流互感器带3个独立的二次输出端；在换流站侧和接地极侧分别设置3台独立的合并单元，2根直流接地极引线在换流站侧配置的直流全光纤电流互感器二次输出端分别连接至换流站侧3台独立的合并单元的输入端；2根直流接地极引线在接地极侧配置的直流全光纤电流互感器二次输出端分别连接至接地极侧3台独立的合并单元的输入端；换流站侧和接地极侧每台合并单元对各自侧的2台直流全光纤电流互感器的电流量数字信号报文进行解码，将2路信号按同一采样时刻进行插值后的二次重采样，二次重采样后的报文重新组帧合并为一条含2台互感器电流信息的报文，然后发送给配置在换流站侧的对应的接地极引线差动保护装置；3台接地极引线差动保护装置基于差动原理分别独立进行直接接地极引线的保护。本申请公开的一种差动原理的直流接地极引线故障判别方法具体采用以下技术方案：分别在两条接地极引线的换流站侧和接地极侧安装直流全光纤电流互感器，通过比较这四个互感器所测电流值的变化情况，识别故障情况；通过每根接地极引线换流站侧和接地极侧的互感器采集的电流信息构建纵联差动保护，反映接地极引线区内故障。通过纵联差动保护和横联差动保护的综合判据实现了接地极引线短路和断线故障判别，以便于对不同的故障类型采取不同的有效策略。一种差动原理的直流接地极引线故障判别方法，在直流输电系统换流站侧和接地极侧之间并联设置2根直流接地极引线；其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：通过设置在2根直流接地极引线两侧即换流站侧和接地极侧的互感器，实时采集2根直流接地极引线两端的电流信号；步骤2：分别计算2根直流接地极引线两端的纵差电流，判断纵差电流是否大于预先设定的纵联差动保护定值Iset1，如果某根直流接地极引线两端纵差电流大于所述纵联差动保护定值Iset1，则判断该直流接地极引线发生了区内接地故障；如果2根直流接地极引线两端纵差电流均不大于所述纵联差动保护定值Iset1，则进入步骤3；步骤3：根据2根直流接地极引线位于换流站侧的互感器监测的实时电流值，计算2根直流接地极引线在换流站侧的横差电流值，判断横差电流值是否大于预先设定的横联差动保护定值Iset2，如果不大于，则判定2根直流接地极引线均处于正常运行状态，否则进入步骤4。步骤4：分别判断换流站侧2根直流接地极引线的实时电流值是否小于预先设定的有流定值Iset3，小于预先设定的有流定值Iset3的那根直流接地极引线判断为发生了断线故障。纵联差动保护采用比例制动特性的差动电流保护，纵联差动保护定值Iset1的取值范围为0.117～0.135In；其中，In为每条接地极引线上的额定电流；所述横联差动保护电流定值Iset2的取值范围为0.09～0.103In。所述有流定值Iset3的取值按0.05In选取。进一步优选：纵联差动保护定值Iset1的取值为0.12In；横联差动保护电流定值Iset2采用0.1In。本申请相对于现有技术，具有以下有益的技术效果：1、实现接地极引线的全范围接地短路故障保护。接地极引线纵联差动保护的工作原理就是对正常和故障情况下两端的电流差值进行比较进行故障的甄别实现可靠的全范围保护。正常状态下在2根接地极引线两端测量的电流差值理论值为零；而在区内故障状态下，电流两侧的差值将发生突变，最不利的情况下即使在其中一根引线末端故障时差流值也将达到接地极引线电流的一半，即使在接地极侧20％的线路范围内故障也能可靠保护，实现了接地极引线的全范围保护。2、通过纵联差动保护和横联差动保护的综合判据实现了接地极引线短路和断线故障的可靠判别。接地极引线单根断线或接地后，在横联差动保护判据基础上结合引线纵联差动保护判据进行综合判定，能可靠甄别别断线故障和短路故障。以便于对不同的故障类型采取不同的有效策略。从而大大提高了接地极引线保护的可靠性。附图说明图1为接地极引线差动保护系统结构框图；图2为接地极引线接地故障原理分析图；图3为接地极引线断线故障原理分析图；图4为差动原理的直流接地极引线故障判别方法流程示意图。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术的技术方案做进一步详细介绍。如图1所示，一种差动原理的直流接地极引线保护系统，包括换流站侧和接地极侧共4台互感器、6台合并单元和3台接地极引线差动保护装置，为保证系统可靠性，即使在人迹罕至的接地极侧也设置专线外引电源的的交直流电源系统提供这些二次装置的直流电源，设置与接地极引线同杆并架的OPGW架空光纤进行换流站和接地极间的数据通信。接地极通过接地极引线与换流站侧接地极母线连接，为了减少单根接地极引线故障对高压直流输电系统的影响，工程中一般采用同杆并架的两根接地极引线并联运行，两根接地极引线无论在单极运行还是双极运行情况下都各自分担1/2的直流接地极电流。在接地极侧的2根接地线上分别安装1台直流全光纤电流互感器，每台直流全光纤电流互感器带3个独立的二次输出端至3台独立的合并单元，3台合并单元对2台电子互感器的电流量数字信号进行解码并合并重新组帧后通过站间的OPGW架空光纤进行传送，发送给换流站侧的3台直流保护。同理，换流站侧的互感器和合并单元做相同的配置和处理，不同的是换流站侧的合并单元和直流保护距离比较近，不用通过长距离的OPGW本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种差动原理的直流接地极引线保护系统，包括4台直流全光纤电流互感器、6台合并单元和3台接地极引线差动保护装置；其特征在于：接地极通过两根同杆并架并联运行的高压直流输电线路接地极引线即直流接地极引线与换流站侧接地极母线连接，两根直流接地极引线无论在单极运行还是双极运行情况下都各自分担1/2的直流接地极电流。每根直流接地极引线在换流站侧和接地极侧分别配置1台直流全光纤电流互感器，每台直流全光纤电流互感器带3个独立的二次输出端；在换流站侧和接地极侧分别设置3台独立的合并单元，2根接地极引线在换流站侧配置的直流全光纤电流互感器的3个二次输出端分别连接至换流站侧3台独立的合并单元的输入端；2根直流接地极引线在接地极侧配置的直流全光纤电流互感器二次输出端分别连接至接地极侧3台独立的合并单元的二次输入端；换流站侧和接地极侧每台合并单元对各自侧的2台直流全光纤电流互感器的电流量数字信号报文进行解码，并将2路信号按同一采样时刻进行插值后的二次重采样，二次重采样后的报文重新组帧合并为一条含2台互感器电流信息的报文，然后发送给配置在换流站侧的对应的接地极引线差动保护装置；3台直流接地极引线差动保护装置只在换流站侧配置，每台保护装置收集换流站侧和接地极侧的6台合并单元电流信息后基于差动保护原理分别独立进行直流接地极引线的保护。...

【技术特征摘要】
1.一种差动原理的直流接地极引线保护系统，包括4台直流全光纤电流互感器、6台合并单元和3台接地极引线差动保护装置；其特征在于：接地极通过两根同杆并架并联运行的高压直流输电线路接地极引线即直流接地极引线与换流站侧接地极母线连接，两根直流接地极引线无论在单极运行还是双极运行情况下都各自分担1/2的直流接地极电流。每根直流接地极引线在换流站侧和接地极侧分别配置1台直流全光纤电流互感器，每台直流全光纤电流互感器带3个独立的二次输出端；在换流站侧和接地极侧分别设置3台独立的合并单元，2根接地极引线在换流站侧配置的直流全光纤电流互感器的3个二次输出端分别连接至换流站侧3台独立的合并单元的输入端；2根直流接地极引线在接地极侧配置的直流全光纤电流互感器二次输出端分别连接至接地极侧3台独立的合并单元的二次输入端；换流站侧和接地极侧每台合并单元对各自侧的2台直流全光纤电流互感器的电流量数字信号报文进行解码，并将2路信号按同一采样时刻进行插值后的二次重采样，二次重采样后的报文重新组帧合并为一条含2台互感器电流信息的报文，然后发送给配置在换流站侧的对应的接地极引线差动保护装置；3台直流接地极引线差动保护装置只在换流站侧配置，每台保护装置收集换流站侧和接地极侧的6台合并单元电流信息后基于差动保护原理分别独立进行直流接地极引线的保护。2.一种差动原理的直流接地极引线故障判别方法，在直流输电系统换流站侧和接地极侧之间并联设置2根直流接地极引线；其特征在于：分别在两条接地极引线的换流站侧和接地极侧安装直流全光纤电流互感器，通过比较这四个互感器所测电流值的变化情况，识别故障情况；通过每根接地极引线换流站侧和接地极侧的互感器采集的电流信息构建纵联差动保护，反映接地极引线区内故障；通过纵联差动保护和横联差动保护的综合判据实现接...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华娇，李树峰，刘海锋，张月品，彭世宽，
申请(专利权)人：北京四方继保自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11