±800 kV直流线路故障过程中电磁耦合特性与保护研究

为提高直流输电系统运行的可靠性,实现直流线路保护的有效动作,避免误动,必须对直流输电系统的电磁耦合特性进行研究。以云广特高压直流输电工程为研究对象,并参照其线路参数,建立了包含杆塔、输电线路、避雷器、绝缘子串闪络以及换流站内各种设备的仿真模型。采用EMTP,以雷击直流输电线路极导线、一极接地故障后对另一极的影响为具体算例进行仿真计算。对仿真结果进行分析,结果表明在故障情况下,对直流输电线路感应电压影响较明显的是土壤电阻率、极线间距与接地故障位置,而线路运行电压对感应电压的影响不大。比较研究了不同故障过电压仿真结果,对于雷击故障,可以用电压突变量的比值来确定故障极;对于接地故障,用分别对金属性接地和阻抗接地故障波进行小波变换分析的结果作为区分依据。最后,依据故障区分特性,提出了考虑电磁耦合的高压直流输电线路保护判据和保护整定方案,经过验证表明,所提出的保护判据可有效地区分输电线路故障。     

基于小波变换的高压直流输电线路暂态电压行波保护

详细研究了高压直流输电线路发生故障后暂态电压行波的能量分布特征,利用小波变换对暂态电压进行多尺度分析,并使用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对直流线路在区外和区内故障、故障性雷击和非故障性雷击等几种典型故障下,直流线路暂态电压在各个小波分解尺度下的能量分布进行了仿真计算。计算结果表明,当直流线路发生不同类型故障时,其暂态电压的低频与高频能量的比值有较大差异。根据这些特征,构成了一种新的高压直流线路行波保护判据。     

基于小波变换的高压直流输电线路暂态电压行波保护

详细研究了高压直流输电线路发生故障后暂态电压行波的能量分布特征,利用小波变换对暂态电压进行多尺度分析,并使用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对直流线路在区外和区内故障、故障性雷击和非故障性雷击等几种典型故障下,直流线路暂态电压在各个小波分解尺度下的能量分布进行了仿真计算.计算结果表明,当直流线路发生不同类型故障时,其暂态电压的低频与高频能量的比值有较大差异.根据这些特征,构成了一种新的高压直流线路行波保护判据.     

特高压直流输电线路暂态能量保护

在分析±800 kV特高压直流输电线路区内外故障、雷击等暂态过程的基础上,提出了一种特高压直流输电线路暂态能量保护新原理。该原理根据各种暂态过程中线路两侧低频能量差值的故障特征,实现了区内故障及其故障极的快速准确识别。基于PSCAD/EMTDC的大量仿真验证,结果表明该保护原理简单、可靠、实用性强,具有绝对的选择性,不受雷击干扰、两极线路电磁耦合和换相失败的影响,高阻接地故障仍具有足够的灵敏性,能满足特高压直流线路对保护性能的要求,可在当前高压直流控制保护系统硬件条件下实现。     

基于电压和电流突变量的高压直流输电线路保护原理

在对高压直流输电线路区内、外故障和雷击等暂态过程研究的基础上,提出了一种基于电压、电流突变量变化特征的高压直流输电线路主保护原理。该原理对两极线路同侧保护安装处测得的电压突变量幅值的比值设定阈值,选出故障极;利用故障线路两端电流突变量的极性在线路保护区内故障时相异、在区外故障时相同,区分线路上保护区内和区外故障。PSCAD/EMTDC软件对实际高压直流输电系统的仿真结果表明,该保护原理在双极两端中性点接地方式下能够快速判别故障极和区分线路上保护区内、外故障,可靠排除雷击干扰,在故障性雷击和高阻抗接地时准确动作,并适用于一极降压和一极全压运行、功率反送、一极停电检修及单极金属回线运行方式等。采样频率在10～100kHz范围内时可满足保护判据计算要求。     

高压直流输电线路防雷击干扰保护研究

针对高压直流输电系统需要快速区分区内外故障、雷击干扰时保护容易误动作、双极运行时故障极与健全极难以区分等问题,对其故障特征进行分析,提出了一套防雷击干扰的高压直流输电系统电压行波保护方案。首先,提出了基于小波变换的电压行波极性比较保护,解决了快速准确判断区内外故障的要求。另外,利用暂态电压在不同频带内的能量分布特性,可以准确区分出故障与雷击干扰,同时识别双极系统的故障极与健全极。通过Matlab/Simulink建模仿真,验证了该综合保护方案能够可靠动作,不受故障类型及位置的影响,受故障阻抗影响小,满足高压直流输电线路保护快速、灵敏、可靠的要求。     

基于形态学的特高压直流输电线路雷击干扰识别

研究和识别输电线路雷击干扰的暂态特征对研制基于暂态量的保护及提高其可靠性具有十分重要的意义。数学形态学多尺度形态分解可以将复杂信号分解为具有物理意义的各部分,并且能凸显波形的局部特征。基于此,运用数学形态学对±800 kV特高压直流输电线路的雷击未故障、雷击故障和其他原因接地故障的暂态电流进行多尺度分解,提取高、低频段上的谱能量,并用这2个谱能量的比值构成主判据,实现雷击干扰与故障状态的识别。根据电流首波头的第2尺度和第6尺度分解波形的电流幅值最大值的比,进一步判别是雷击故障还是其他原因接地故障。通过大量的仿真验证了该方法是正确和有效的。     

±800 kV特高压直流输电线路雷击暂态识别

特高压直流输电线路受到雷击未故障时,极线上电压行波围绕直流分量上下交替变化,与轴线电压相关度趋近于1。此特征可作为识别雷击干扰的判据。雷击故障时,雷电波中有大量高频分量,绝缘闪络后,迅速衰减;接地故障时,短路电压行波由附加电源产生,高频分量少。雷击故障最终呈现接地故障特征,经小波变换后,中低频分量与接地故障相近,故雷击故障高频能量与中低频能量比值较接地故障时大。据此特征可用来识别雷击故障和接地短路故障。利用云广±800 kV直流输电模型,采用5 ms时窗,进行了大量的EMTP暂态仿真,验证了该方法的有效性。     

基于多频带能量的高压直流输电线路单端暂态电流保护

分析高压直流输电(High Voltage Direct Current,HVDC)线路边界和线路的频率特性,直流线路边界和直流线路对故障暂态电流信号高频分量都具有衰减作用。一些文献据此利用高频分量作为单端暂态保护的判据,但是对于长线路来说,直流线路对于高频分量的衰减可能会大于直流线路边界对高频分量的衰减作用,这样可能会造成保护误动作。进一步分析发现,直流线路边界对于低频分量具有放大作用,直流线路对于低频分量具有衰减作用。因此提出一种基于多频带能量的HVDC线路单端暂态电流保护新原理。利用0~1.25 kHz低频带能量、高频带和低频带能量比来区分区内、区外短路故障,故障性雷击和非故障性雷击,利用正极和负极的能量比判别故障极。     

利用信号距离识别的高压直流输电线路保护方案

为了改进传统高压直流差动保护的动作可靠性,提出了一种基于信号距离识别的高压直流输电线路保护方案.通过对高压直流输电系统在不同故障情况下线路两端电流变化特征进行分析发现,直流线路发生内部接地故障后的暂态过程中,两端电流变化极性相反,电流波形差异度较高,而在线路外部故障时,两端电流变化极性相同,且电流波形相似度较高.在此基...     

A Fast Non-Unit Protection Method Based on S-Transform for HVDC Line

To overcome the problems existing in the main protection of HVDC transmission lines, such as low reliability and poor ability of resisting high ground resistance fault, this paper proposes a novel non-unit protection method based on S transform. Analysis shows the high and low frequency components of the transient voltage signals suffer from different degrees of attenuation when they pass through the HVDC line boundary. Therefore, according to this characteristic, the voltage signals of specific frequency bands are extracted accurately using S transform, which be used to identify the internal from external faults. By comparing the high and low frequency components generated by the lightning disturbance with those generated by the faults, S transform based energy ratio criterion to identify lightning disturbance is constructed. In addition, for a bipolar HVDC transmission system, a method using the 0 Hz energy difference of S transform of the voltage transient signals is proposed to identify the faulted pole. Simulation results verify the feasibility and validity of the proposed protection method.     

Single-ended protection method for hybrid HVDC transmission line based on transient voltage characteristic frequency band

Hybrid high-voltage direct current (HVDC) transmission has the characteristic of long transmission distance, complex corridor environment, and rapid fault evolution of direct current (DC) lines. As high fault current can easily cause irreversible damage to power devices, rapid and reliable line protection and isolation are necessary to improve the security and reliability of hybrid HVDC transmission system. To address such requirement, this paper proposes a single-ended protection method based on transient voltage frequency band characteristics. First, the frequency characteristics of the smoothing reactor, DC flter, and DC line are analyzed, and the characteristic frequency band is defned. A fault criterion is then constructed based on the voltage characteristic frequency band energy, and faulty pole selection is performed according to the fault voltage characteristic frequency band energy ratio. The proposed protection method is verifed by simulation, and the results show that it can rapidly and reliably identify internal and external faults, accurately select faulty poles without data communication synchronization, and has good fault-resistance and anti-interference performance.     

基于电压突变量的同塔双回直流输电线路故障选线方法

同塔双回直流线路极线间复杂的电磁耦合关系,增加了其故障极线识别的难度。基于平行四线系统解耦理论,对同塔双回直流线路电压量进行解耦分析,提取出相互独立的一个同向量与三个环流量电压。在此基础上详细分析了同塔双回直流输电线路在不同故障类型以及不同极线故障情况下的同向与环流电压突变量的极性和幅值大小特征,进而利用同向与环流电压突变量极性和幅值大小的差异及相互间的关联关系,提出了一种同塔双回直流输电线路故障选线方法。基于实际同塔双回直流输电系统的PSCAD/EMTDC大量仿真结果表明,该方法准确可靠,且不受过渡电阻影响。     

基于电位系数矩阵的同塔双回直流输电线路故障选线方法

围绕同塔双回直流输电线路的故障分析与故障选线方法,基于麦克斯韦静电耦合理论,根据线路与杆塔的详细参数,考虑架空地线分段接地的特点及近端故障时滤波电容的影响,推算同塔双回直流输电线路的电位系统矩阵,并通过相模变换将线间静电不平衡耦合转换为线路各模量的电压变化量。进一步考虑地模与线模电压行波的传播特性差异,通过定义模电压变化比率以消除过渡电阻的影响,从而提出一种同塔双回直流输电线路的定量故障分析方法。基于所述故障分析方法,根据不同故障的边界条件进行特征分析,提出故障选线判据和定值整定方法。利用PSCAD/EMTDC构建同塔双回直流输电系统模型,通过全面的故障仿真分析,验证了所述方法的正确性,结果表明该故障选线方法不受过渡电阻的影响,能准确、灵敏地判定各种复杂故障类型。     

基于单环定理的HVDC输电线路纵联保护方法

针对高压直流(high voltage direct current,HVDC)线路高阻接地故障时保护容易拒动的问题,提出一种基于单环定理的纵联保护方法。首先,将直流线路两侧电流突变量作为状态变量构造奇异值等价矩阵,根据单环定理进行谱分析从而实现区内外故障识别;然后,通过广义S变换提取两极电流突变量特定频段暂态能量和的比值特征进行故障选极;最后,给出了纵联保护方案。仿真验证表明,所提保护原理判据简单,易于整定,各种故障情况下均能实现快速、有选择性动作。所提方法对不良数据具有较强的免疫能力,即使在线路末端发生高阻接地等最不利于保护动作的故障情况下仍能可靠动作。     

基于改进方向电流法的特高压直流输电线路故障识别

可靠、精准地识别特高压直流输电系统故障是区内、外保护动作的基础，对整个直流输电系统安全可靠运行具有决定性意义。基于贝瑞隆分布参数模型，以方向电流法为基础引入暂态能量偏离度（暂态值与正常值之比）共同构成故障识别判据，提出一种可准确辨识特高压直流输电整流侧出口故障、直流线路故障和逆变侧出口故障的方法。该识别方法对直流线路通信通道要求低、耐过渡电阻能力强、对采样频率的要求不高。通过在PSCAD中搭建±800 kV直流输电模型并结合Matlab仿真结果表明，该方法可实现直流输电系统故障的准确辨识，且能实现故障选极，具有一定的实际工程价值。     

输电线行波测距中雷击与短路故障的识别

掌握超高压、高压输电线路上雷电冲击发生的位置和频次等信息,对输电线路的防雷保护及系统运行水平的提高具有重要的理论和现实意义,故而利用现有可检测与定位线路雷击的行波测距装置,提出了一种基于小波包能量谱和暂态行波特征分析的雷击与短路故障识别方法。通过对500kV输电线路的非故障性雷击、故障性雷击以及普通短路故障的仿真研究,提取出电流行波信号的特征和信号各频段的能量分布规律,结合这些特征和规律提出了对3种暂态过程进行识别和分类的具体算法。EMTDC仿真验证了该算法的正确性。     

特高压直流输电线路雷击故障原因分析与防范

根据中国近年来特高压直流输电线路的运行统计,雷击故障一直处于各类故障的首位,雷害已成为影响特高压直流输电设备安全运行的重要因素。±800 kV特高压直流宾金线是中国清洁能源传输的重要通道,其安全稳定运行显得尤为重要。针对特高压直流宾金线发生的2起雷击故障,结合雷电定位系统、故障录波与测距、现场故障巡查和仿真计算,综合判断2起雷击故障均是雷电绕击造成。根据雷电定位系统实测数据,对特高压直流宾金线进行了雷害风险评估计算,并在雷害风险评估计算的基础上,提出了防范特高压直流输电线路绕击的具体措施。