基于复频率注入的直流输电系统接地极线路故障测距方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于复频率注入的直流输电系统接地极线路故障测距方法，在两组不同频率信号的注入下，得出两组不同过渡电阻下的不同故障距离集合，根据线路参数计算两种频率信号注入下线路的同调距离和同调电阻，列写出不同注入信号频率下的不同故障距离集合

【技术实现步骤摘要】
基于复频率注入的直流输电系统接地极线路故障测距方法


[0001]本专利技术涉及直流输电系统输电线路保护领域，具体涉及一种接地极线路的故障测距方法
。

技术介绍

[0002]输电线路故障测距是直流输电系统线路保护的关键技术之一，而接地极线路故障测距是线路保护的难点
。
接地极线路为直流输电系统双极运行方式下的不平衡电流提供流通路径，并在单极大地运行方式下起到临时电流通路的作用，对接地极线路的快速保护和故障的及时排除是保障直流输电系统正常运行的关键
。
[0003]接地极线路发生后，在监测到线路故障的基础上还要求能够定位出具体的故障位置，从而降低运维检修人员故障检修难度
。
接地极线路可以临时作为输电通道使用，其故障后产生的特征电气量与常规线路类似，故障测距手段主要包括行波法和故障分析法，这些方法均有一定的应用场景限制，所以寻求多样化的接地极线路故障测距方法是非常有必要的
。
[0004]通过在接地极线路首端主动注入高频电流信号，使得接地极在直流系统双极平衡运行的情况下，线路中也能够存在稳定的电流，从而达到对系统状态进行检测的目的
。
由于电流源注入的信号频率较高，其半波长远小于接地极线路长度，而常见的接地极线路为了减少接地电流对换流站和其他设备的影响，长度可以为注入信号波长的数倍
。
与常规交流输电线路不同，接地极线路的测量阻抗随故障距离变化呈现螺旋曲线状
。
接地极线路阻抗受过渡电阻影响，不同过渡电阻下，线路测量阻抗曲线相互之间会出现交叉重叠部分，严重影响基于高频测量阻抗的故障测距方法
。
针对这一问题，有必要在基于高频测量阻抗的接地极线路故障测距方法上做出改进，设计一种适用于不同过渡电阻下的可靠故障测距方法
。

技术实现思路

[0005]针对高频信号注入下的接地极线路保护，特别是基于高频测量阻抗的接地极线路测距方法，本专利技术的目的在于提出一种复频率注入的直流输电系统接地极线路故障测距方法，利用不同注入信号频率下线路测量阻抗分布有差的特性实现了接地极线路的故障距离测量
。
[0006]为了达到上述专利技术目的，本专利技术利用以下技术方案实现：
[0007]一种基于复频率注入的直流接地极线路故障测距方法，包括以下步骤：
[0008]步骤
1、
在接地极故障发生后，复频率电流源分别向线路主动注入两个不同频率的信号，确定两个注入信号频率值；
[0009]步骤
2、
计算两个注入信号频率值下的接地极线路的常规阻抗，如下式所示；
[0010][0011]其中，
Z
c0
为线路零序波阻抗，
R
G
为接地极址侧安装的匹配电阻，
γ0为线路零序传播系数，
l
为接地线路长度；
[0012]步骤
3、
选定一个故障发生的距离区间，创建两个注入信号频率下不同过渡电阻下的测量阻抗，如下式所示：
[0013][0014]其中，
R
eq
＝
R1‑1+2R1‑
g
，
R1‑1为两回接地线间的过渡电阻，
R1‑
g
为接地电阻，
x
为故障距离；
[0015]步骤
4、
利用接地极线路首端装设的电压互感器和电流互感器测得故障稳态时的高频测量电压和电流，计算高频测量阻抗变化量
Z
，如下式所示：
[0016][0017]其中，为设置在接地极线路首端的测量点上所测得的电压
、
电流信号，
Z
nor
为接地极线路常规阻抗；
[0018]计算对应的测量阻抗变化量的幅值
|Z
f
|
和相角值
Φ
f
(Z)
，其中，
f
表示注入信号频率；
[0019]步骤
5、
将所述两个注入信号频率值下的测量阻抗变换量幅值
|Z
f
|
和相角值
Φ
f
(Z)
代入不同过渡电阻对应的高频测量阻抗变化量幅值和相角数值表进行比较，依据下式进行比较结果的判断：
[0020][0021]其中，
A
up
为测量阻抗变化量的幅值区间上界，
A
dn
为测量阻抗变化量的幅值区间下界，为测量阻抗变化量的相角区间的上界，为测量阻抗变化量的相角区间的下界；
[0022]将满足式
(4)
条件的距离区间作为故障发生的距离区间；
[0023]步骤
6、
根据步骤4所述的高频测量阻抗变化量以及步骤5所述的故障发生的距离区间的边界相角值计算故障距离
d
，如下式所示：
[0024][0025]其中，
d
up
为故障距离区间上界限的位置，为测量阻抗相角与相角区间上界限的差值，
L
sec
为测量阻抗所在距离区间的长度；
[0026]步骤
7、
根据线路参数计算两个注入信号下的同调距离：
[0027][0028]其中，
f
为注入信号频率，
L0、C0分别为接地极线路的零序等值串联电感和并联电容，，
k
为正整数；
[0029]步骤
8、
比较两种注入信号频率产生的故障距离集合中的所有元素，选取所述故障距离集合中故障距离最接近的两个距离元素的平均值作为最终的测距结果
。
[0030]与现有技术相比，本专利技术能够达成以下有益技术效果：
[0031]适用于不同过渡电阻下的线路故障，测量精度高以及具有高过渡电阻耐受能力
。
附图说明
[0032]图1为不同过渡电阻下阻抗的测量结果曲线示意图；
[0033]图2为直流输电系统的接地极线路保护装置示意图；
[0034]图3为本专利技术的基于复频率注入的直流接地极线路故障测距方法流程图；
[0035]图4为本专利技术的基于复频率注入的直流接地极线路故障测距方法实施例图，
(4a)
选定合适复频率注入信号曲线，
(4b)
故障测量阻抗变化量幅值和相角，
(4c)
故障距离与幅值
、
故障距离与相角的关系曲线，
(4d)
故障距离与阻抗变化量幅值的关系曲线，
(4e)
阻抗变化量实部和虚部
。
具体实施方式
[0036]下面将结合附图和实施例，对技术方案做详细说明
。
[0037]如图1所示，不同过渡电阻下测量阻抗螺旋曲线相互重合
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于复频率注入的直流输电系统接地极线路故障测距方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
1、
在接地极故障发生后，复频率电流源分别向线路主动注入两个不同频率的信号，确定两个注入信号频率值；步骤
2、
计算两个注入信号频率值下的接地极线路的常规阻抗，如下式所示；其中，
Z
c0
为线路零序波阻抗，
R
G
为接地极址侧安装的匹配电阻，
γ0为线路零序传播系数，
l
为接地线路长度；步骤
3、
选定一个故障发生的距离区间，创建两个注入信号频率下不同过渡电阻下的测量阻抗，如下式所示：其中，
R
eq
＝
R1‑1+2R1‑
g
，
R1‑1为两回接地线间的过渡电阻，
R1‑
g
为接地电阻，
x
为故障距离；步骤
4、
利用接地极线路首端装设的电压互感器和电流互感器测得故障稳态时的高频测量电压和电流，计算高频测量阻抗变化量
Z
，如下式所示：其中，为设置在接地极线路首端的测量点上所测得的电压
、
电流信号，
Z
nor
为接地极线路常规阻抗；计算对应的测量阻抗变化量的幅值
|Z
f
|
和相角值
Φ
f
(Z)
，其中，
f
表示注入信号频率；步骤
5、
将所述两个注入信号频率值下的测量阻抗变换量幅值
|Z
f
|
和相角值
Φ
f
(Z)
代入不同过渡电阻对应的高频测量阻抗变化量幅值和相角数值表进行比较，依据下式进行比较结果的判断：其中，
A
up
为测量阻抗变化量的幅值区间上界，
A
d...

【专利技术属性】
技术研发人员：何佳伟，王文博，张鑫华，李斌，吴通华，戴魏，王中浪，叶善堃，
申请(专利权)人：南瑞集团有限公司，
类型：发明
国别省市：