一种地闪长连续电流作用下直流线路故障重启动优化方法

技术领域

本发明涉及直流输电线路故障重启动技术领域，具体涉及一种地闪长连续电流作用下直流线路故障重启动优化方法。

背景技术

传统直流输电线路为了降低线路停运概率，均装有自动重启动系统，当线路遭受雷击发生瞬时性故障时，经重启动消除故障后可继续运行。但近年来，随着雷电探测技术的发展，证实了绝大多数的地闪回击后都带有连续电流过程，这会使雷电通道的维持时间变长，可能会对线路的重启动产生影响。重要输电线路的雷击故障事件也表明：地闪长连续电流过程会延长线路雷击瞬时故障的持续时间，是造成直流线路“闭锁”的重要原因。

目前，高压直流输电的故障重启策略未充分考虑地闪长连续电流过程的影响，可能会造成线路去游离时间不足，导致故障点无法清除，线路重启失败甚至闭锁。

发明内容

针对现有直流输电线路故障重启动策略的不足，考虑了长连续电流过程对故障持续时间的影响，本发明提供一种地闪长连续电流作用下直流线路故障重启动优化方法，该优化方法能够合理延长去游离时间，可避免长连续电流造成的线路重启失败及闭锁事件，为地闪长连续电流作用下直流输电线路的防护工作提供参考。

本发明采取的技术方案为：

一种地闪长连续电流作用下直流线路故障重启动优化方法，利用线路采集到的暂态行波参数，基于故障行波测距法及基尔霍夫电流定律，推算出线路故障处的电位升、电流变化率；并根据直流电弧的伏安特性以及故障回路电压平衡方程反演了连续电流实时幅值，计算得到故障处电弧的熄灭时间，以此预测了故障持续时长，进而对线路故障重启动的去游离时间进行动态设置。

一种地闪长连续电流作用下直流线路故障重启动优化方法，包括以下步骤：

步骤1：当线路遭受雷击故障进入去游离阶段时，通过采集装置对线路末端雷击暂态行波参数进行采样，包括电压、电流行波U

步骤2：采用行波法进行故障测距，得到故障点到线路末端的距离，根据采集的线路电压推算线路故障处电位升，计算公式如下所示：

E(I

式中，I

步骤3：根据基尔霍夫电流定律，可知I

dI

式中，I

步骤4：将直流电弧伏安特性U

E(I

式中，U

其中，故障回路电压平衡方程，由故障点的电位升E(I

将故障点的电位升用采集的线路电压表示后，得到表达式U

U

求解故障处电弧电流，计算公式如下所示：

U

步骤5：根据采集的线路电流以及计算的故障处电弧电流，反演连续电流的实时幅值，可由下式计算得到：

I

该幅值下故障处的电弧熄灭时间，即为所预测的故障持续时长，可由下式计算得到：

步骤6：判断故障去游离时间是否充足，若预测的故障持续时长超过剩余的去游离时间，则延长去游离时间且保留10ms裕度，延迟T

式中，T

本发明一种地闪长连续电流作用下直流线路故障重启动优化方法，技术效果如下：

本发明优化方法针对长连续电流作用下线路故障重启动的去游离时间不足，无法在去游离时间内及时清除故障的问题，提出动态设置去游离时间的故障重启动策略，从而合理延长去游离时间，可避免长连续电流造成的线路重启失败及闭锁事件。

附图说明

下面结合附图和实施对本发明作进一步说明：

图1为本发明的优化流程图。

图2为地闪长连续电流示意图。

图3为雷击线路示意图。

图4为直流电弧伏安特性曲线。

图5为故障回路示意图。

图6(a)为故障重启动策略优化前后线路电压U

图6(b)为故障重启动策略优化前后去游离信号变化图。

具体实施方式

一种地闪长连续电流作用下直流线路故障重启动优化方法，利用线路采集到的暂态行波参数，基于故障行波测距法及基尔霍夫电流定律，推算出线路故障处的电位升、电流变化率；并根据直流电弧的伏安特性以及故障回路电压平衡方程反演了连续电流实时幅值，计算得到故障处电弧的熄灭时间，以此预测了故障持续时长，进而对线路故障重启动的去游离时间进行动态设置。

带长连续电流的雷击如图2所示，雷电流波形分为两部分，其中I

图3为雷击线路示意图，雷击导线引起绝缘子闪络后的长连续电流阶段，雷击点(点F)左右导线各分流0.5I

本发明方法具体流程如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤1：当线路遭受雷击故障进入去游离阶段时，通过采集装置对线路末端雷击暂态行波参数进行采样，包括电压、电流行波U

步骤2：采用行波法进行故障测距，得到故障点到线路末端的距离，根据采集的线路电压推算线路故障处电位升，计算公式如下所示：

E(I

式中，I

步骤3：如图3所示，根据基尔霍夫电流定律可知I

dI

式中，I

步骤4：将图4中直流电弧伏安特性U

E(I

式中，U

其中，故障回路电压平衡方程，由故障点的电位升E(I

将故障点的电位升用采集的线路电压表示后，得到表达式U

U

求解故障处电弧电流，计算公式如下所示：

U

步骤5：根据采集的线路电流以及计算的故障处电弧电流，反演连续电流的实时幅值，可由下式计算得到：

I

该幅值下故障处的电弧熄灭时间，即为所预测的故障持续时长，可由下式计算得到：

步骤6：判断故障去游离时间是否充足，若预测的故障持续时长超过剩余的去游离时间，则延长去游离时间且保留10ms裕度，延迟T

式中，T

验证案例：

以某高压直流线路一次典型的地闪长连续电流雷击故障为例，对地闪长连续电流作用下直流线路故障重启过程进行模拟，雷击时刻为0.4s，长连续电流幅值为100A，持续时间为230ms；故障点到线路末端距离l

由图6(a)、图6(b)可知，故障重启策略优化前，线路在第一次重启失败后，再次发出去游离信号(变为“1”)，进入第二次去游离阶段，t＝0.865s时开始第二次重启且升压成功。而故障重启策略优化后，优化策略预测线路故障持续时间，将超过一次去游离时间，因此延长了去游离时间，直到t＝0.65s时去游离信号消失(变为“0”)，开始第一次升压重启，约0.2s后线路电压恢复正常。优化后的故障重启策略，成功避免了二次重启动，减少了重启次数且提前了约0.32s恢复工作电压。