基于复频率信号注入的直流接地极线路故障测距方法

张鑫华; 何佳伟; 李斌; 戴魏; 吴通华; 叶善堃

doi:10.7500/AEPS20230807003

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基于复频率信号注入的直流接地极线路故障测距方法

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 基于复频率信号注入的直流接地极线路故障测距方法
- Fault Location Method for DC Grounding Electrode Line Based on Composite-frequency Signal Injection
- 电力系统自动化 2024年48卷第17期页码：109-118
- 作者机构：
  
  1.电网运行风险防御技术与装备全国重点实验室，江苏省南京市 211106
  2.智能电网教育部重点实验室（天津大学），天津市 300072
- 作者简介：
  
  张鑫华(1997—)，男，硕士，主要研究方向：直流电网的控制与保护。E-mail：zhangxheva@163.com
  何佳伟(1991—)，男，通信作者，博士，副研究员，硕士生导师，主要研究方向：柔性直流电网控制保护。E-mail：hejiawei_tju@126.com
  李斌(1976—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统保护与控制、柔性直流电网控制保护。E-mail：binli@tju.edu.cn
- 基金信息：
  
  智能电网保护和运行控制国家重点实验室资助项目(SGTYHT/20-JS-221)
- DOI：10.7500/AEPS20230807003
  中图分类号：
- 收稿：2023-08-07，
  
  修回：2023-11-18，
  
  网络出版：2024-08-08，
  
  纸质出版：2024-09-10
- 稿件说明：
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张鑫华,何佳伟,李斌等.基于复频率信号注入的直流接地极线路故障测距方法[J].电力系统自动化,2024,48(17):109-118.

ZHANG Xinhua,HE Jiawei,LI Bin,et al.Fault Location Method for DC Grounding Electrode Line Based on Composite-frequency Signal Injection[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(17):109-118.
张鑫华,何佳伟,李斌等.基于复频率信号注入的直流接地极线路故障测距方法[J].电力系统自动化,2024,48(17):109-118. DOI： 10.7500/AEPS20230807003.

ZHANG Xinhua,HE Jiawei,LI Bin,et al.Fault Location Method for DC Grounding Electrode Line Based on Composite-frequency Signal Injection[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(17):109-118. DOI： 10.7500/AEPS20230807003.

摘要

在直流输电系统接地极线路配备阻抗监视系统的背景下，可利用高频测量阻抗特性实现故障距离的精确计算。然而，分析发现直流系统接地极线路在不同故障条件下可能产生相同的高频测量阻抗，这意味着测量阻抗与故障距离间不是一一映射关系，由单一测量阻抗难以得到准确的故障距离。文中分析了高频测量阻抗的重合特性随注入信号变化的特征，提出了基于复频率信号注入的故障测距方法，并给出了复频率的选定策略。该方法改进了基于高频测量阻抗幅相特性的接地极线路故障测距方法，实现了故障位置的准确计算。最后，通过仿真算例充分验证了所提测距方法的可行性和精确性。

Abstract

In the context of equipping impedance monitoring systems for grounding electrode lines in DC transmission systems

the accurate calculation of the fault distance can be achieved by using high-frequency measured impedance characteristics. However

the analysis shows that the grounding electrode line of the DC system may produce the same high-frequency measured impedance under different fault conditions

which means that the measured impedance has not a one-to-one mapping relationship with the fault distance

and it is difficult to obtain the accurate fault distance from a single measured impedance. The paper analyzes the coincidence characteristics of high-frequency measured impedance with the variation of injected signals

proposes a fault location method based on composite-frequency signal injection

and provides a strategy for selecting composite-frequencies.The fault location method based on high-frequency measured impedance amplitude-phase characteristics is improved

and the fault location is calculated accurately. Finally

the feasibility and accuracy of the proposed fault location method are fully verified through simulation cases.

关键词

Keywords

references

杨永明，刘行谋，陈涛，等 . 特高压直流输电接地极附近的土壤结构对变压器直流偏磁的影响［J］. 电网技术， 2012 ， 36 （ 7 ）： 26 - 32 .

YANG Yongming ， LIU Xingmou ， CHEN Tao ， et al . Impact of soil structure adjacent to ground electrodes of UHVDC power transmission lines on DC bias of power transformers ［J］. Power System Technology ， 2012 ， 36 （ 7 ）： 26 - 32 .

王明新，张强 . 直流输电系统接地极电流对交流电网的影响分析［J］. 电网技术， 2005 ， 29 （ 3 ）： 9 - 14 .

WANG Mingxin ， ZHANG Qiang . Analysis on influence of ground electrode current in HVDC on AC power network ［J］. Power System Technology ， 2005 ， 29 （ 3 ）： 9 - 14 .

刘守豹，皇甫成，余世峰，等 . 特高压直流接地极线路过电压研究［J］. 高电压技术， 2018 ， 44 （ 7 ）： 2410 - 2417 .

LIU Shoubao ， HUANGFU Cheng ， YU Shifeng ， et al . Study on overvoltage of UHV DC grounding line ［J］. High Voltage Engineering ， 2018 ， 44 （ 7 ）： 2410 - 2417 .

孟沛彧，向往，潘尔生，等 . 分址建设直流输电系统拓扑方案与运行特性研究［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 19 ）： 4808 - 4822 .

MENG Peiyu ， XIANG Wang ， PAN Ersheng ， et al . Research on topology and operation characteristics of HVDC transmission system based on site-division construction ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 19 ）： 4808 - 4822 .

赵畹君 . 高压直流输电工程技术［M］. 北京：中国电力出版社， 2004 .

ZHAO Wanjun . HVDC transmission engineering technology ［M］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2004 .

袁涛，任健行，司马文霞，等 . 土壤电阻率的负温特性及冻土对接地极冲击响应的影响［J］. 电工技术学报， 2024 ， 39 （ 5 ）： 1474 - 1485 .

YUAN Tao ， REN Jianxing ， SIMA Wenxia ， et al . Negative temperature characteristics of soil resistivity and influence of frozen soil on impulse response of grounding electrode ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2024 ， 39 （ 5 ）： 1474 - 1485 .

刘子奕，贾科，姚昆鹏，等 . 基于主动注入的柔性直流配电网故障定位［J］. 电力系统保护与控制， 2023 ， 51 （ 18 ）： 21 - 30 .

LIU Ziyi ， JIA Ke ， YAO Kunpeng ， et al . An active converter injection-based fault location method for a flexible DC distribution network ［J］. Power System Protection and Control ， 2023 ， 51 （ 18 ）： 21 - 30 .

滕予非，汤涌，周波，等 . 基于高频电压突变量的特高压直流输电系统接地极引线故障监测方法［J］. 高电压技术， 2016 ， 42 （ 1 ）： 72 - 78 .

TENG Yufei ， TANG Yong ， ZHOU Bo ， et al . Monitoring scheme for UHVDC ground electrode line fault on the basis of high-frequency voltage variation ［J］. High Voltage Engineering ， 2016 ， 42 （ 1 ）： 72 - 78 .

李小鹏，庄祎，卢继平，等 . UHVDC接地极线路短路阻抗特性及阻抗监视系统死区研究［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 22 ）： 70 - 77 .

LI Xiaopeng ， ZHUANG Yi ， LU Jiping ， et al . Research on short-circuit impedance characteristic and dead-zone of supervision system for UHVDC grounding electrode line ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 22 ）： 70 - 77 .

滕予非，王鱼，焦在滨，等 . 特高压直流输电系统接地极引线阻抗监视策略［J］. 电工技术学报， 2016 ， 31 （ 11 ）： 157 - 164 .

TENG Yufei ， WANG Yu ， JIAO Zaibin ， et al . Impedance monitoring scheme for ground electrode line of ultra high voltage DC transmission system ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2016 ， 31 （ 11 ）： 157 - 164 .

TENG Yufei ， ZHANG Zhenyuan ， LI Xiaopeng . Improved approach to high-frequency current injection-based protection for grounding electrode line in high-voltage direct current system ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2020 ， 56 （ 3 ）： 2409 - 2417 ．

LI B ， SUN Q ， HE J W ， et al . An improved protection scheme of the ground electrode line based on two frequency components injection ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2021 ， 129 ： 106901 .

SUN Q A ， LI B ， HE J W ， et al . Measured impedance and threshold value of electrode line impedance supervision based protection in HVDC transmission system ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2023 ， 11 （ 4 ）： 1294 - 1304 .

李小鹏，张钥朗，卢继平，等 . 基于谐波测量阻抗偏差的接地极线路保护新方法［J］. 电力自动化设备， 2023 ， 43 （ 3 ）： 131 - 137 .

LI Xiaopeng ， ZHANG Yuelang ， LU Jiping ， et al . New method of grounding electrode line protection based on harmonic measurement impedance deviation ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2023 ， 43 （ 3 ）： 131 - 137 .

王帅，毕天姝，贾科 . 基于主动脉冲的MMC-HVDC单极接地故障测距［J］. 电工技术学报， 2017 ， 32 （ 1 ）： 12 - 19 .

WANG Shuai ， BI Tianshu ， JIA Ke . Single terminal fault location for MMC-HVDC transmission line using active pulse ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2017 ， 32 （ 1 ）： 12 - 19 .

张怿宁，郝洪民，李京，等 . 脉冲注入法和单端故障行波法相结合的直流输电系统接地极线路故障测距［J］. 电力系统保护与控制， 2017 ， 45 （ 20 ）： 117 - 122 .

ZHANG Yining ， HAO Hongmin ， LI Jing ， et al . Fault location of HVDC grounding electrode lines based on combination of pulse injection method and single-ended fault travelling wave method ［J］. Power System Protection and Control ， 2017 ， 45 （ 20 ）： 117 - 122 .

张广斌，陈柏宇，束洪春，等 . 基于时域波形特征认知的输电线路近端故障辨识与定位［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 5 ）： 146 - 156 .

ZHANG Guangbin ， CHEN Boyu ， SHU Hongchun ， et al . Identification and fault location for proximity faults on transmission lines based on the time-domain waveform feature recognition ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 5 ）： 146 - 156 .

王奎鑫，祝成，孙佳佳，等 . 输电线路组合行波测距方法研究［J］. 电力系统保护与控制， 2012 ， 40 （ 15 ）： 82 - 86 .

WANG Kuixin ， ZHU Cheng ， SUN Jiajia ， et al . Research of combined traveling wave’s fault location method on transmission lines ［J］. Power System Protection and Control ， 2012 ， 40 （ 15 ）： 82 - 86 .

LIN S ， LIU L ， SUN P Y ， et al . Fault location algorithm based on characteristic-harmonic measured impedance for HVDC grounding electrode lines ［J］. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement ， 2020 ， 69 （ 12 ）： 9578 - 9585 .

张怿宁，束洪春，田鑫萃，等 . 特高压直流输电线路接地极线路高阻故障测距方法研究［J］. 电力系统保护与控制， 2015 ， 43 （ 24 ）： 1 - 7 .

ZHANG Yining ， SHU Hongchun ， TIAN Xincui ， et al . Research on fault location algorithm for HVDC electrode line high impedance fault ［J］. Power System Protection and Control ， 2015 ， 43 （ 24 ）： 1 - 7 .

董礼清，薛永端，李娟，等 . 小电流接地故障零序电压分布特征与测距［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 19 ）： 180 - 187 .

DONG Liqing ， XUE Yongduan ， LI Juan ， et al . Zero-sequence voltage distribution characteristics and location of non-solidly grounding fault ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 19 ）： 180 - 187 .

李斌，孙强，何佳伟，等 . 基于谐波注入的柔性直流系统接地极线路故障测距方法［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 12 ）： 4773 - 4782 .

LI Bin ， SUN Qiang ， HE Jiawei ， et al . Fault location for grounding electrode line of MMC DC system based on harmonic injection ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 12 ）： 4773 - 4782 .

李斌，张鑫华，何佳伟，等 . 基于高频测量阻抗幅相特性的接地极双回跨线故障测距方法［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 12 ）： 4645 - 4656 .

LI Bin ， ZHANG Xinhua ， HE Jiawei ， et al . Grounding electrode double-line fault location based on characters of amplitude and phase angle of high-frequency measured impedance ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 12 ）： 4645 - 4656 .

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