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。     

输电线路功率型行波纵联保护新方法

为提高纵联保护的灵敏性与可靠性,提出一种行波功率型的纵联保护新算法。该算法利用彼得逊等值模型,分析线路区内、区外故障时的初始行波分布特征,给出了初始行波无功功率定义。基于S变换提取单频率的初始电压、电流行波,计算出初始行波无功功率,根据线路两端的初始行波无功功率幅值之比构成保护判据。当被保护线路区外故障时,线路近故障点端几乎测量不到初始行波无功功率,而远故障点端测量到的初始行波无功功率数值较大;被保护线路内部故障时,线路两端均存在较大的初始行波无功功率。根据线路两端测量的初始行波无功功率相对大小关系,能够明显地区分出线路内外部故障。理论分析和PSCAD/EMTDC仿真结果表明,该保护性能可靠性高、动作速度快、动作门槛值整定简单、计算量小;在小故障初始角下仍能准确识别区内外故障,且不受故障类型、故障位置、过渡电阻和母线结构等因素影响。     

一种基于行波测距的输电线路接地故障距离保护方案

对于行波测距式距离保护 ,区分正向与反向故障在理论上已经有较完善的方法 ,但区分正方向区内、区外故障的方法理论上还不完善 ,需要进一步的研究。本文在对现有行波测距方法分析的基础上 ,提出了一种零模测距方法和线模测距方法相结合的输电线路接地故障距离保护方案。考虑到零模波速受频率和线路走廊地理环境影响比较严重 ,本文还分析了接地保护对零模波速误差的要求 ,分析表明保护对零模波速要求比较宽松。大量电磁暂态仿真证明了本保护原理的正确性     

基于测量波阻抗的母线保护新方法

为避免电流互感器饱和对母线保护的影响,提出一种基于测量波阻抗的母线保护新方法:对母线区内、外故障的情况进行了理论分析,当发生母线区内故障时,所有线路的测量波阻抗的极性均为负,幅值近似相等;当母线发生区外线路故障时,故障线路的测量波阻抗的极性为正,且其幅值远小于非故障线路的测量波阻抗的幅值;通过对母线上各线路的测量波阻抗的极性和幅值进行比较即能判断母线故障类型。此外,还对该母线保护新方法的实现方案进行了探讨,得到了可行的保护实现方案。理论分析及EMTP仿真表明,基于测量波阻抗的母线保护方法基本不受故障类型、故障过渡电阻、故障距离和故障初始角的影响,且能体现行波的本质,保护方法可靠、有效。     

基于导纳参数识别的分布式母线保护新原理

针对现有分布式母线电流差动保护受间隔数据采样不同步及传输延时影响的问题,提出了一种基于导纳参数识别的分布式母线保护新原理。通过引入电压量来计算导纳,定义各间隔导纳和的绝对值为差动导纳,各间隔导纳绝对值的和为制动导纳。当母线发生区内故障时,差动导纳等于制动导纳;当母线发生区外故障时,差动导纳反映母线对地的杂散电容,远小于制动导纳。利用差动导纳和制动导纳的大小关系能够可靠区分母线区内、外故障。EMTP仿真和实际录波数据分析表明:所提新原理无需各间隔数据采样同步,受传输延时影响小,耐过渡电阻能力强,在各种工况下均能可靠地区分母线区内外故障。     

一种检测电流首峰值时间的直流线路保护新原理

为解决目前直流线路主保护不能反映高阻接地故障的问题,提出了一种检测电流首峰值时间(the first peak time of fault current,FPTFC)的直流线路保护新原理。首先,对两极直流母线上的FPTFC变化特性进行解析与仿真研究,得到其在区内、区外故障情况下的一般变化规律。根据所得规律,安装于一极上的新型保护,以本端换流站另外一极直流母线上的FPTFC作为保护特征量,从而消除了过渡电阻对保护性能的影响。保护功能分两段实现,I段用于区内故障识别,约可以保护本极线路全长的70%;II段用于本极线路末端故障与区外故障的辨识,与I段共同保护线路全长。PSCAD/EMTDC环境下的相关仿真结果验证了新型保护的可行性与实用性。     

高压直流输电系统的行波保护方法的研究

本文在分析单回线路波过程的基础上,应用模变换理论,研究了有耦合的多回线路并行时线路上的波过程及行波表达式,并提出了高压直流输电系统的行波保护方案。该方案可以有效地区分区内和区外故障,区分健全线路和故障线路。而且允许保护区内有较大接地电阻,且有很好的抗干扰能力。两侧保护不需要交换信息,保护动作速度较快。     

基于故障电压行波能量比较的输电线路纵联保护

在分析线路两端故障行波关系特征的基础上,提出了一种基于故障电压方向行波能量比较的纵联保护新算法。该算法基于S变换,提取单频率电压方向行波能量,利用线路一侧电压反行波能量与另一侧电压前行波能量的比值构成保护判据。当被保护线路区外故障时,上述能量比值较小,趋近于1;而被保护线路内部故障时,该能量比值很大,能够明显地区分出线路内外部故障。文中对保护的原理判据和影响行波纵联保护的主要因素分别进行了仿真分析,仿真结果表明,所提出的纵联保护算法在小故障初始角下仍能准确识别区内外故障,动作速度快,可靠性高,且不受故障位置、故障类型、过渡电阻和母线结构等因素影响。     

基于测量波阻抗相位特征的三端混合直流线路纵联保护

线路的后备保护在混合直流输电系统中至关重要,但现有后备保护受分布电容和过渡电阻的影响较大,严重影响保护的可靠性和快速性。为解决上述问题,提出一种基于测量波阻抗相位特征的混合三端直流线路纵联保护方案。通过分析混合直流输电线路区内、外故障时线路两端测量波阻抗的差异性,利用S变换提取单频率的电压、电流初始行波,根据测量波阻抗相位差异构造判据区分区内、外故障。PSCAD 仿真表明,所提保护方案能可靠快速地识别区内外故障,具有较强的耐受过渡电阻的能力,并且不受故障电阻和分布电容的影响,有效提高了线路后备保护的可靠性和快速性。     

基于电压行波极性特征的新能源送出线路保护方案

新能源经交流线路送出时，由于其弱馈性和受控特性，传统的工频量保护难以适用，而行波保护能够在新能源控制系统介入导致故障特性发生较大变化之前完成故障识别，是目前解决新能源送出线路工频量保护问题的有效途径之一。然而现有的单端行波保护方案无法准确识别区内近端故障和末端故障。对此，本文首先分析了区内和区外故障情况下行波的折反射过程，并利用电压行波零模分量与线模分量到达保护安装处的时间差对故障位置进行初判；其次，针对基于时间差难以准确识别的区内近端故障和区内末端故障，本文进一步挖掘电压行波的极性特征，利用首个反极性的电压行波和故障初始电压行波到达保护安装处的时间差与故障位置的关系来识别区内近端故障，利用前两个电压行波的极性关系来识别区内末端故障。仿真结果表明，本文所提方案能够快速识别区内外故障，并且具有较好的耐过渡电阻能力。     

利用故障线路分闸暂态行波的故障测距研究

分析了断路器分闸于故障线路时所引起的暂态行波的产生机理。在此基础上,提出了一种新的单端行波故障测距原理,即利用故障线路分闸暂态行波的F型现代行波故障测距原理,并将其划分为4种运行模式,即标准模式、扩展模式1、扩展模式2和综合模式。理论分析和实测波形分析均表明该原理是可行的,可以同时适用于永久性故障和瞬时性故障,而且不受电压过零故障的影响,在标准模式下还不受线路对端母线反射波的影响,从而克服了现有单端行波故障测距原理所存在的不足。     

一种考虑不同期合闸的行波合闸保护新方法

当线路末端故障时，行波在线路末端的反射情况比较复杂，反向电流行波的极性有可能与正向电流行渡的极性相反，而此时测距结果又与线路无故障时相同。因此，会造成行波蒯距式与行波极性比较式合闸保护的不正确动作。根据行波的折、反射理论，分析出当线路无故障时正向电流行渡仅在线路末端发生反射，且电流行波的反射系数为-1，而当线路存在故障时，正向电流行波将在故障点发生反射，无论故障是否在线路末端，电流行波的反射系数都不会是-1。根据这一特征，提出了一种新的行波合闸保护方法。从原理上保证了在各种情况下保护都可以正确动作，大量的电磁暂态仿真结果也证明了这一点。     

输电线路单端行波故障测距的研究

分析了影响单端行波测距法精度的主要因素,包括母线端接线、接地电阻、T型线路结构、故障位置等,指出行波的极性和幅值是行波最重要的两个特征,提出了考虑电流行波极性和电压行波极性的综合行波极性判别法,该方法较容易识别线路内的折反射行波和线路外的其它线路折反射行波,与仅利用电流或电压行波的方法相比,判别的可靠性有很大提高.同时指出对单端行波测距而言,一些线路结构和故障情况下无法进行单端行波测距,单端行波测距法还存在测距死区问题.用单端法进行测距需要结合阻抗法进行联合单端测距,在单端行波法失效的情况下以阻抗法的测距结果作为补充,才能弥补单端行波法和单端阻抗法的不足,实现精确故障定位.     

利用单端暂态量实现超高压输电线路 全线速动保护新原理研究（一）——故障暂态过程分析及实现单端暂态量保护的可行性

在综述暂态量保护特别是反应是单端暂态量的超高压输电线路全线速动保护的基础上,利用输电线路的波传导方程分析了故障暂态过程是由于故障点行波在输电线路上多次折、反射的叠加而形成。母线的杂散电容和阻波器等的存在,使得区内、外故障产生的暂态分量有差异,这种差异主要表现在暂态电压、电流波形的高频分量部分。利用DSP硬件手段和小波分析的数学工具,可以构成单端暂态量保护,实现全线速动。     

直供方式牵引网故障行波特征分析

给出了适用于带有回流线直供方式牵引网的行波故障测距模型,分析了接触线对钢轨(大地)、接触线对回流线等不同类型故障产生的电压、电流行波特征以及行波在不同结构牵引线路上的传播规律。分析表明:各种故障均可产生可用于故障测距的行波信号,但锚段、站场分段、不等长回流线等特殊线路结构将延缓行波波头上升速度,增加了故障测距技术难度。仿真和现场实际数据验证了分析结果。     

基于PCI总线的行波数据采集系统

在行波故障测距中,传统的数据采集系统无法满足采集高速变化的暂态电压、电流行波的要求,难以实现故障的精确定位。笔者研制了一种基于PCI总线的高速数据采集系统,介绍了系统原理和硬件电路。以现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)作为中央处理器,通过高速A／D转换、同步动态随机存储器(Synchronous Dynamic Random Access Memory,SDRAM)和先进先出(First In First Out,FIFO)高速缓冲存储及PCI总线传输实现高速数据采集。该系统可实现高达100MHz的采样频率,能有效解决输电线路暂态行波的采集问题,在故障定位及微机保护中均能得到广泛应用。     

基于故障电流暂态分量的测距研究

提出利用故障生成的电流暂态分量进行故障定位的思想。通过与方向行波测距进行比较，指出两者在利用行波表示的时间-距离对应信息上的一致性。与传统的电流行波测距法相比，该算法无需相邻健全线路的电流，从而具有更 好的适应系统运行方式的能力,并节省了测距装置的模拟和数字输入通道。仿真试验表明， 在合适的小波滤波器和小波分解算法的作用下，暂态测距与利用方向行波测距的精度基本相 同。其在测距精度上同样不受故障类型、接地电阻、线路长度、采样率、系统运行方式的影响，具有良好的波头定位能力。     

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

分析了直流输电系统在单极运行方式下,接地极线路故障暂态行波和外部注入脉冲信号在接地极线路上的传播过程。以此为基础,提出一种将脉冲注入法和单端故障行波法相结合的接地极线路故障测距方案。首先通过在换流站直流中性母线处监测接地极线路故障暂态行波识别线路是否发生故障,在线路故障暂态过程结束后从中性母线向线路注入脉冲信号。根据脉冲注入法得到初步测距结果,并以此确定故障区段。然后,根据确定的故障区段,进一步用单端故障行波法再次获得测距结果。最后,对两次测距结果取平均值,作为最终测距结果。以PSCAD/EMTDC为仿真平台,搭建了直流输电系统在单极运行方式下的接地极线路故障测距仿真模型。并借助Matlab对仿真波形数据进行分析,表明所提出的接地极线路故障测距方案是可行的。     

基于多分辨形态梯度的行波距离保护方案

为解决现有的行波距离保护方案无法有效识别正方向区内、外故障,利用超高压输电线路母线杂散电容及线路末端阻波器对高频暂态信号强烈的屏蔽作用而导致行波通过母线前后波前时间的差异,提出一种基于行波波前时间比较法的行波距离保护新方法,并使用多分辨形态梯度提取波前时间构成保护方案。理论分析与仿真研究证明,这种保护能正确识别正方向区内、外故障,有较高的准确性和可靠性。