[发明专利]一种直流输电线路故障极判别元件及判别方法

权利要求书

1.一种基于单端暂态信号的超高速直流输电线路故障极判别元件，其特征在于：该故障极判别元件包括故障分量计算单元、反行波能量计算单元、比较及发令单元；其中故障分量计算单元在直流输电系统发生故障后，通过延时模块，将故障时刻电压、电流与正常运行时刻电压、电流相减，得到电压、电流故障分量；反行波能量计算单元基于反行波的计算公式，利用故障分量计算单元提供的故障电压、电流分量信息，计算得到反行波的瞬时值，并通过对所得反行波瞬时值平方的积分，得到反行波的能量值；比较及发令单元通过比较计算得到的反行波能量值与故障极判别元件门槛值，判定直流输电线路运行极为故障极或健全极，并发出相应命令。

2.权利要求1所述故障极判别元件的故障判别方法，其特征在于，按照如下步骤：

(A)针对不同直流输电工程线路的具体参数，计算得到线路波阻抗的归一化值，作为后续计算的参考值。线路波阻抗计算公式如式(1)所示、归一化波阻抗计算公式如式(2)所示：

Z=138lg2hpreq---(1)]]>

式中，h_p为导线对地平均高度，h为导线悬挂点高度，f为导线的弧垂，r_eq为导线的等效半径，r为单根导线的半径，d为导线之间的几何均距，单位均为m，n为每极导线分裂导线数；

Z*=Z×P2U2---(2)]]>

式中，Z为线路计算波阻抗，单位Ω，U为直流系统额定运行电压，单位kV，P为双极额定输送功率，单位MW；

(B)在直流输电工程发生故障后，将当前时刻线路的电压u_dl、电流i_dl，即故障电压和故障电流与10ms前的电压u^[0]、i^[0]，即未发生故障时的正常电压和正常电流相减，得到直流输电工程线路的电压、电流故障分量Δu_dl、Δi_dl，计算公式如式(3)、式(4)所示：

Δu_dl＝u_dl-u^[0]                 (3)

Δi_dl＝i_dl-i^[0]                 (4)

(C)利用得到的电压故障分量Δu_dl、电流故障分量Δi_dl、归一化的波阻抗Z^*计算得到反行波Δu_b，计算公式如式(5)所示：

Δu_b＝(Δu_dl-Z^*·Δi_dl)/2       (5)

(D)对从故障发生时刻起至故障发生后5ms的反行波Δu_b的平方和进行积分，得到反行波暂态能量Eb，公式如式(6)所示：

Eb=Σk=NsNs+N-1Δub2(k)ΔT---(6)]]>

式中，Ns为启动时刻对应的采样点，N为数据窗宽度，ΔT为采样间隔，k为数据窗内对应的采样点；

(E)比较反行波暂态能量计算值E_b与故障极判别元件门槛值Δp，若满足E_b＞Δp，则判定该极线路发生故障，为故障极，若满足E_b＜Δp，则判定该极线路未发生故障，为健全极；

(F)根据方向元件判别结果，保护装置进行相应动作。

3.如权利要求2所述故障极判别元件的检测方法，其特征在于，所述步骤(F)是指：

a：若判定结果为故障极，则结合线路保护装置其余元件共同判断是否动作；

b：若判定结果为健全极，则线路保护装置不动作。