110kV 电力线路单相断线故障分析及保护方法研究

当前处理电力线路单相断线故障时,主要依靠电流信号进行故障识别,而电流信号中包含的故障特征不明显, 最终导致保护动作时间较长.为此,以110kV电力线路为研究对象,展开单相断线故障分析,并提出对应的保护方法. 运用对称相量法,针对电力线路故障后的电压、电流等多方面数据分别进行分析,获取线路故障特征,再基于此识别单 相断线故障.深入分析三相电压的相序关系,并确定故障后的电压相序突变信息,从而判断故障方向.最后,在电力线 路中安装自动重合闸,并结合零序电流保护原理快速切除单相断线故障,实现电力线路保护.实验结果表明将所提方法 应用在110kV电力线路中,面对单相断线故障时保护动作时间为0.4s,满足了故障处理实时性要求.     

配电线路单相断线故障保护方法

为了减小单相断线故障对供电质量造成的不良影响,针对配电线路单相断线故障,提出了一套系统的保护方法。利用电路原理和中性点电压偏移理论,对简单断线故障和伴随接地的复杂故障情况下线路首末两端电压和流经线路的电流特征进行了分析,总结了各电气量的变化规律,提出了一组由电流判据和电压判据组成的单相断线故障判断和保护方法。研究了基于电压判据的断线故障类型及故障区段的判断方法,进一步分析了不对称运行、互感器断线等异常情况对所提判据的影响和相应的改进方案。利用PSCAD/EMTDC仿真软件进行了算例仿真,结果验证了理论分析结果的正确性和断线故障保护方法的有效性。     

基于高频信号的输电线路主动式保护

现行输电线路的故障类型和故障性质判别均依据线路中电气量的变化特征被动判断,对于某些线路运行状况,往往因缺乏主动性而造成保护误动或拒动。针对这个问题,借鉴纵差保护输电线载波通信技术,分析高频信号在输电线路各种故障时的传播特性,提出了一种基于高频信号的输电线路主动式保护。该保护通过向输电线路发射高频信号,主动判断输电线路的故障类型和故障性质。仿真验证结果表明,这种输电线路主动式保护可以准确判断出输电线路中各种类型的故障,并通过延时循环判断,可靠区分瞬时性故障和永久性故障。     

基于双端信息的高压架空线断线故障识别原理

高压架空线路受外力和雷击影响容易发生断线故障,而目前的线路保护装置需要故障线路落地后才能准确对断线故障进行识别。针对目前缺乏专门的断线故障保护方法的问题,提出一种基于双端信息的线路断线故障保护新原理。新原理利用线路两端的电压、电流信息,分别计算各相线路"计算电压降落"和"测量电压降落",并根据两种电压降落之差的幅值和线路电流的大小,实现了断线故障的快速可靠识别。最后,在PSCAD/EMTDC平台对所提保护原理进行了仿真验证。     

多端直流线路保护研究

多端直流具有直流互联、多电源供电和多落点受电等优势,成为直流输电技术的发展方向。控制保护技术作为制约多端直流发展的重要因素受到广泛关注。基于多端直流系统常用的并联接线形式,对双端直流线路保护原理在多端直流线路保护的适用性进行了分析。并根据多端直流线路的拓扑结构特点,利用故障行波波头到达各站的时间差异,能反映出故障点的位置信息,提出一种线路保护的故障支路判别方法。该判别方法,无需线路连接点的各支路电流,有助于故障快速隔离和系统恢复运行。     

基于单端暂态电流和差比的柔性直流配电系统断线保护

直流配电系统单极断线故障特征不明显,现有的单极断线保护依赖单一电气量量测,难以通过定值整定准确可靠地识别故障线路。文中提出一种基于单端正负极电流和差比的新型断线保护。通过分析四端直流配电系统开环与闭环运行模式下单极断线的故障机理,得出单极断线故障下故障极与非故障极线路电流的变化差异,进一步利用两者线路电流的和与差作商放大故障极与非故障极的差异,达到可靠识别故障极线路的目的。所提保护原理简单,计算量小,避免了定值无法整定的问题,基于本地测量信息即可实现快速故障识别与选极。最后,通过仿真验证了该方法的可靠性。     

适用于110 kV线路的断线保护研究与应用

针对110 kV输电线路发生断线时,现有的线路保护装置存在不能正确切除故障的问题,从110 kV输电线路的断线情况出发,对各种断线情况进行了理论分析,基于RTDS搭建了典型的仿真模型,对理论分析结果进行了仿真验证。提出了在现有的线路保护装置基础上增加断线保护功能的思路,设计了断线保护逻辑,结合RTDS仿真测试环境对断线保护功能进行了验证,结果证明该断线保护能在110 kV输电线路发生断线时立即切除故障。     

基于PSCAD4.2软件的电力系统距离保护仿真分析

分析了输电线路距离保护的基本原理,并基于PSCAD4.2软件搭建了电力系统距离保护仿真模型,设置了输电线路可能发生的接地故障和相间故障,得出不同故障类型下输电线路的电压、电流以及其他量的变化规律的波形,仿真结果表明,利用该软件建立的模型能够准确反映距离保护的作用机理,即距离保护装置能够快速响应故障信号并动作于断路器,实现输电线路的保护。     

基于测后模拟原理的半波长输电线路暂态量纵联保护

针对特高压半波长超长的输电距离带来的继电保护难题,提出基于测后模拟原理的半波长输电线路暂态量纵联保护方法。特高压半波长交流输电具有传输距离远、输送容量大、全线无功自平衡等优点,可以作为未来清洁能源电力输送的一种可选方案。通过分析现有输电线路保护方法对于半波长交流输电线路的不适用性,对特高压半波长输电线路在区内外故障情况下,推导至中点的暂态量电流和的绝对值在短时窗内积分方向的不同进行理论分析;以贝杰龙模型为基础,利用测后模拟原理构成输电线路暂态量纵联保护方法,进行仿真实验;进而判别输电线路单相接地故障时故障初始角、故障位置和过渡电阻对故障判据的影响。仿真实验证明,此方法构成的保护计算精度高,相较于工频量构成的保护其动作速度更快且几乎不受过渡电阻、故障距离及故障初始角变化的影响,理论分析与实际的仿真结果相一致。     

基于电压反行波的特高压直流输电单端量线路保护

针对传统特高压直流输电线路电流差动保护快速性差、耐受过渡电阻能力有限等问题,提出一种基于电压反行波的单端电气量直流线路保护。综合考虑线路边界和直流输电线路对高频故障电压行波的衰减作用,结合发生区内、区外故障时故障行波传输特性发现：发生区内故障时,整流侧保护元件测得的高频电压反行波较大;发生区外故障时,保护元件在研究时段内测得的高频电压反行波较小,甚至近似为0。据此,可判别区内、区外故障。采用改进电压梯度法实现保护的快速、可靠启动。大量仿真结果表明,该保护方案能快速识别区内、区外故障,无需通信,能可靠保护线路全长,且耐过渡电阻能力强,不受分布电容影响。     

基于LCC和FHMMC的混合多端直流系统线路保护方案研究

混合多端直流线路故障的检测和隔离是一个亟待解决的问题。针对基于电网换相型(Line Commutated Converter,LCC)和混合型模块化多电平换流器(Full Half Bridge Modular Multilevel Converter,FHMMC)的混合多端直流系统拓扑架构,在分析直流线路故障影响的基础上,提出了一种多端直流线路保护方案。首先,通过配置快速线路保护系统,在模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)换流器过流闭锁前检测出线路故障。其次,采用在换流站两端配置线路保护系统保护直流线路全长、中间换流站配置线路保护系统分别保护两条线路的配置方案。在此基础上,提出利用线路故障后汇流母线区两侧电流变化量的不同,构造线路故障区域识别判据以解决多端线路故障区域识别问题。最后,通过与控制系统相配合将MMC站直流电压控制为零压或负压,并将LCC站快速移相,实现线路故障的自清除及隔离。仿真结果验证了所提方案的可行性。     

柔性直流输电线路故障处理与保护技术评述

由于柔性直流输电系统调节方式和自身结构的特殊性,直流线路的故障电流具有上升速度快、峰值大的特点,极易损坏换流器件和设备绝缘,且柔性直流系统无法通过调节触发角实现故障自清除。因此,对直流线路故障处理和保护提出了更高要求。对于柔性直流线路故障,不仅需要快速且可靠的线路保护对故障进行识别,也需要相应的处理措施和手段对故障后的电流进行有效限制,以减少故障冲击电流对换流器件、直流线路自身以及系统的损害。基于柔性直流输电线路的故障特征,从直流线路故障电流抑制、减少故障影响、线路保护原理等方面,系统地介绍了国内、国外柔性直流输电线路故障处理与保护技术的现状和发展。重点分析了几种辅助电路、新型换流器拓扑和直流输电结构,以及直流断路器在处理直流线路故障方面的性能。探讨了目前柔性直流输电线路故障处理和保护亟须解决的关键问题以及未来进一步的研究方向。     

基于PSCAD/EMTDC的高压直流输电线路保护仿真研究

本文在PSCAD/EMTDC平台上建立了实用的直流输电线路行波保护系统模型。通过分析高压直流线路发生故障后的特点,按照行波保护的原理,利用直流线路发生故障瞬间,线路上产生的暂态电流电压行波的幅值和方向不受控制系统作用影响的特点,通过计算直流电压下降率和直流线路故障前后的电压电流行波差值,来判断直流线路是否发生故障。在南方电网贵广直流输电系统仿真模型上对所建立的直流输电线路行波保护系统进行了仿真测试,通过设定极1整流侧直流线路发生接地短路故障,验证行波保护系统的动作情况,仿真测试结果证明了本文所建立的线路行波保护系统的正确性和实用性。     

基于时域电压比的高压直流输电线路暂态保护方案

针对传统行波保护在高压直流输电线路中耐受过渡电阻能力不足、T区两侧故障线路定位依赖边界元件等问题,以最具代表性的多端混合高压直流系统为例,从数学层面上分别明晰了高压直流输电线路区内外故障和T区故障下的行波特征,进而构造了不同采样周期下的时域暂态电压比判据,以削弱T区和过渡电阻的影响,实现区内外故障识别;利用时域电压比判据,提出了基于单端量保护配合的高压直流输电线路暂态保护方案,实现了高压直流输电线路故障的快速判别以及T区两侧故障线路的准确定位;最后,利用实际工程的电磁暂态仿真模型对所提方法进行详细验证,结果表明,所提保护方案可行且具有较高的灵敏性和可靠性。     

基于Hilbert-Huang变换的HVDC突变量方向纵联保护方法

高压直流输电线路的行波保护存在对装置采样率要求高及耐受过渡电阻能力差等问题。作为后备保护的纵联电流差动保护,为了防止线路分布电容等问题导致的误动,失去了速动性的优点,动作时间较长。利用HVDC线路发生区内外故障时,两端保护装置检测的电压和电流突变量的极性差异,提出基于Hilbert-Huang变换的突变量方向纵联保护方法。在分析不同故障时电压和电流突变量相位差别的基础上,采用Hilbert-Huang变换求取突变量相位差,识别两者的极性差异,进而判断故障发生的方向。基于PSCAD/EMTDC搭建了高压直流输电仿真模型,仿真结果表明,所提方法在各种故障情况下都能够实现保护的快速识别,可靠性高,且受过渡电阻的影响较小。     

Phasor measurement unit based transmission line protection scheme design

This paper presents an adaptive transmission line protection scheme based on synchronized phasor measurement units. This scheme uses the positive-sequence voltage and current phasors at both ends of a transmission line to determine the parameter of the transmission line and the location of a fault on the transmission line. This scheme can be used for the protection of both single- and double-circuit transmission lines. This scheme is also robust against power swing conditions. A novel adaptive single pole auto re-closer is introduced based on the proposed scheme due to its capability of differentiating transient and permanent faults. System simulation studies show that the proposed scheme is able to operate fast and accurately for transmission line protection.     

基于Teager能量算子和1D-CNN的HVDC输电线路故障识别方法

针对HVDC输电线路故障识别率低,远端高阻故障识别困难等问题,提出基于Teager能量算子和1D-CNN的HVDC输电线路故障识别方法。该方法利用保护安装处测得的线模分量Teager能量算子和输电线路两侧正负极电流突变量能量比值组成特征向量,利用1D-CNN对特征向量集进行训练和测试,同时实现区内外故障判和故障极选择。仿真实验表明该方法能在不同故障距离和不同过渡电阻情况下有效实现区内外故障识别和故障极选择,采样率能满足现有实际工程需要,具有较强的耐受过渡电阻能力。     

Effective Installation Strategies of Fault Current Interrupting Arcing Horns Considering Operational Coordination with Responses of Line Protection Relays

The Fault Current Interrupting Arcing Horns (FCIAH) is a new type of arcing horns, which operates to break fault current within one cycle of alternating current and contributes to reducing the instantaneous power interruption due to the opening of a circuit breaker. However, reportedly the transmission line is often tripped by the line protection relay in some power utilities, even though the FCIAH successfully could break fault current. In this paper, we have investigated primary factors in the unwanted operation of the line protection relays at the current interruption by the FCIAH, and have proposed effective installation strategies of the FCIAH considering the operational coordination with the responses of the line protection relays.     

基于电压降落比较的高压架空线路断线保护原理

针对现有保护装置无法应对高压架空线路因断线故障造成的安全问题,提出了一种基于电压降落比较的高压架空线路断线保护原理。新原理使用架空线路两端电压采样值获得线路各相“测量电压降落”,采用均匀传输线路阻抗矩阵以及线路两端电流采样值计算得到线路各相“计算电压降落”,通过比较两种电压降落的瞬时值构成架空线路断线快速识别判据。仿真结果表明,所提断线保护原理动作速度快,可靠性高,在轻载情况下仍具有较高灵敏度。