220kV输电线路高频信号通道故障处理浅析

1引言 现代的高压输电线路主要以高频保护作为主保护，高频信号通道是高频保护的信号传输通道，高频通道的可靠与否直接维系输电的可靠性、电网的稳定性。它的故障会导致高频保护不能投入运行、高频保护误动等，势必降低线路保护的可靠性。本文就湛江电厂的几次高频通道故障检查处理经过，简述常见高频通道故障检测方法以及处理中应重点关注的问题。     

特高压直流输电线路和边界频率特性研究

根据云广特高压直流输电系统实际参数,建立特高压直流输电线路以及由平波电抗器、直流滤波器和PLC滤波器所构成的特高压直流输电线路边界的频域模型,分析特高压直流输电线路和线路边界的频率特性。对特高压直流输电线路及其边界对故障暂态信号高频量的衰减作用,以及故障位置对保护安装点所检测到的故障暂态信号高频量的影响进行了研究。研究结果表明,边界和线路对暂态信号高频量的衰减作用大小和故障与保护安装点的距离有关,当故障发生点与保护安装点的距离大于　－lnG（j ω）／α时,线路对频率为ω／（２π）高频量的衰减作用将大于边界的衰减作用。建立云广特高压直流输电系统实际参数仿真模型,对特高压直流输电线路及其边界对故障暂态信号高频量的衰减作用进行仿真验证,仿真结果证明了上述结论的正确性。     

基于行波高频分量互相关函数离散度的高压直流线路双端保护方法

直流线路边界对故障暂态电流信号高频部分具有衰减作用，对于双极线路而言，健全极感应行波高频分量小于故障极。据此提出一种基于行波高频分量互相关函数离散度的高压直流线路双端保护方法，将线路保护与故障测距结合起来。首先，利用离散小波变换(discrete wavelet transform, DWT)将双极直流线路故障电流波形进行四层分解，得到高频细节分量。随后，对健全极与故障极的双端高频细节分量分别进行互相关分析。最后，通过互相关函数的离散度判断故障区与故障类型，并可通过互相关函数极大值坐标初步计算故障距离。在PSCAD/EMDTC中搭建仿真模型，实验结果表明该方案可有效判断故障类型并同时进行故障测距，不受过渡电阻影响。     

基于小波分析的特高压直流输电线路双端电压暂态保护

分析云广直流输电线路和边界的频率特性,结果表明当故障发生点与保护安装点的距离大于一定值时,线路对某频率的高频信号衰减作用将大于本侧边界对该频率高频信号的衰减作用,据此提出用保护元件区分对端区内外故障的特高压直流线路暂态保护原理。分析和仿真试验表明该暂态保护原理能够保护线路的全长。通过比较两端检测到的故障暂态信号,判断故障位置更靠近整流侧还是逆变侧;对检测到的对端故障电压暂态信号进行多尺度小波变换,利用高频段小波能量与低频段小波能量不同构造区内外故障判据;根据故障后两极线上暂态电压之间的差异构造故障选极判据。仿真结果表明所提方法具有良好的反映过渡电阻的能力。     

高频保护通道故障分析及处理

作为线路两端主保护装置联系的“纽带”高频通道能否正常运行,正确传送高频信号,决定着高频保护的运行水平。当系统出现故障时,如果线路保护的高频信号不能通过通道正常传送,则有可能出现保护拒动和误动的现象,影响系统安全、稳定的运行。搞好高频信号专用通道的维护,是保证高频保护正常投入运行,保证系统安全稳定运行的前提。     

输电线路高频保护通道延时的行波特性分析

高频保护传统分析方法仅考虑高频信号在通道中的延时效应,没有分析电气量的行波延时效应.该文指出传统方法的不足,分析电力系统故障后电气量和高频信号的行波特性,综合考虑自故障发生到线路两侧高频保护完成故障判断,故障电气量和高频信号在各环节中的延时效应,以及最终产生的高频信号的时间差或相位差,并分析了通道延时效应对高频保护动作特性的影响.通过分析认为:为了避免外部故障时出现误动作,方向高频保护应考虑2倍线路长度的通道延时效应,相差高频保护闭锁角整定应考虑2倍线路长度的通道相位滞后效应;线路内部发生短路故障时,相差高频保护容易发生两侧保护相继动作;在线路长度较大,相差高频保护有发生两侧保护都进入闭锁区而拒动的可能.     

一种基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路故障测距方法

直流输电线路故障时,高频故障暂态信号将沿线路向两端传播,线路对故障暂态信号高频分量有衰减作用。研究双极特高压直流输电线路频率特性,得到特高压直流输电线路对高频量有衰减作用,线路越长,衰减作用越剧烈的结论。研究基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路单端故障测距原理,推导出故障点距测距装置安装点的距离公式,得到基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路单端故障测距原理难以准确实现直流输电点线路故障测距的结论。研究基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路双端故障测距原理,推导出故障点距测距装置安装点的距离公式,提出频带衰减概念,推导出基于频带衰减的故障距离计算公式。建立云广特高压直流输电系统实际参数仿真模型,对提出的基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路双端故障测距原理进行仿真验证,仿真测距结果有较高的准确度。     

一种输电线路超高速方向保护方法

通过深入分析故障暂态电流在超高压母线系统中的传播特性、故障初始角与暂态电阻对故障高频暂态电流能量影响,首先将母线两侧故障高频暂态电流的能量作差,然后将故障高频暂态电流能量差按照故障初始角与暂态电阻进行归算,利用归算后的故障高频暂态电流能量差可以准确判断故障方向。根据线路两端的方向判断结果便可准确判断被保护线路是否故障。该保护方法消除了故障初始角与暂态电阻对暂态保护的影响,具有高可靠性和灵敏度。在三相500k V电力系统中,考虑各种典型故障情况,使用ATPDraw对该算法进行了大量仿真分析。仿真结果表明,应用该算法实现超高输电线路的超高速保护是可行的。     

基于HHT的单端暂态保护的算法研究

输电线路保护是电力安全稳定运行的重要基础,常规的保护速度缓慢,具有延迟性。通过Hilbert-Huang变换来提取故障行波型号,该算法着力解决单端暂态量高频信号的提取,利用EMD分解得到某个时间段内最高频IMF1和次低频IMF3的能量比值来构成保护判据,进而快速可靠的判断区内、外故障。通过MATLAB Simulink仿真软件验证了算法的有效性。     

输电线路高频保护通道延时的行波特性分析

高频保护传统分析方法仅考虑高频信号在通道中的延时效应,没有分析电气量的行波延时效应。该文指出传统方法的不足,分析电力系统故障后电气量和高频信号的行波特性,综合考虑自故障发生到线路两侧高频保护完成故障判断,故障电气量和高频信号在各环节中的延时效应,以及最终产生的高频信号的时间差或相位差,并分析了通道延时效应对高频保护动作特性的影响。通过分析认为:为了避免外部故障时出现误动作,方向高频保护应考虑2倍线路长度的通道延时效应,相差高频保护闭锁角整定应考虑2倍线路长度的通道相位滞后效应;线路内部发生短路故障时,相差高频保护容易发生两侧保护相继动作;在线路长度较大,相差高频保护有发生两侧保护都进入闭锁区而拒动的可能。     

基于反行波差值的特高压直流线路纵联保护方案

纵差保护作为高压直流线路后备保护,需设置较长延时躲过区外故障时分布电容电流的影响。为提高纵联保护性能,提出一种基于反行波差值的纵联保护原理。区内故障时,远离故障侧的反行波与近故障侧的前行波不满足线路的传输函数;区外故障时,远离故障侧的反行波与近故障侧的前行波满足线路的传输函数。因此根据传输函数与近故障侧前行波计算远故障侧反行波,并将计算所得的反行波与实际反行波比较,识别区内、外故障。在PSCAD/EMTDC中对所提方案进行了验证,仿真结果表明,不同故障情况下保护方案均能快速、可靠地识别故障,并具有良好的耐受高阻能力。     

基于电流特征量相关系数的UHVDC线路纵联保护新原理

特高压直流输电线路长、发生故障概率大,其常规纵联电流差动保护的快速性较差且耐受过渡电阻能力有限。相关系数可定量描述两个变量的变化趋势,且不受变化幅度影响。为此,首先立足直流线路故障暂态特性,利用两端电流和、差计算相关系数,构造了判据特征量。其次,基于判据特征量在区内、外故障的不同特性,计及直流输电系统控制特性,提出了纵联保护新原理。该原理无需电容电流补偿,耐受过渡电阻能力和快速性优于常规纵联电流差动保护;且对信道要求低,利于工程应用。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真验证了新原理的有效性。     

基于信号复杂度衰减的特高压直流输电线路雷电暂态识别方法

特高压直流输电线路雷击引起的暂态信号高频分量是行波保护和暂态保护误动的主要因素之一。发生线路雷击故障和普通接地短路故障时,电压信号的幅值因故障电流入地通路的存在快速衰减,信号复杂度低。雷击未故障时,不存在故障电流入地通路,信号衰减慢,复杂度高。基于小波变换分析电压信号频率分量的衰减,采用突变时刻前、后两个数据窗内小波奇异熵的比值表征信号复杂度的变化。再结合电压信号高频分量的含量分析,实现雷电暂态信号的识别,并通过能量相对熵实现故障极的选择。在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,结果表明,该方案能很好地进行暂态信号的识别,受故障距离、过渡电阻等因素的影响小。     

基于同向量电流选相的电流平衡保护研究

针对传统平行双回线路电流平衡保护不能反应跨线故障的问题,提出了基于同向量电流选相的电流平衡保护方案。首先利用同向量电流突变量实现故障选相,并给出了两相短路与三相短路的判别方法。然后利用反向量与同向量的幅值比判别故障相是否为跨线故障。对于跨线故障相,利用单回线距离保护判别故障区域;对于单回线故障相,利用同名相电流的幅值大小进行选线跳闸。利用六序故障分量法分析了各种故障情况下的选相判据以及保护判据,并给出了保护流程。最后理论分析和ATP-EMTP仿真结果均验证了方案的正确性和有效性。该方案能够反应跨线故障,保护性能得到了改善。     

应用DI极性与信号处理的UHVDC输电线路保护新方案

行波传输延时、干扰信号直接影响到基于比幅式的直流输电线路电流突变保护的可靠性。为解决此问题,提出增加纵联电流差值作为启动判据,利用两端电流突变量构成极性判据,并基于极性的比较构成新的保护判据。为解决行波传输延时问题,详细分析了延时机理,提出了一种在正常及区外故障时完全补偿延时的误差修正方案。为解决直流特征谐波、双极间的电磁耦合以及雷电高频脉冲等干扰信号的影响,通过采取Chebyshev数字滤波器得到较好的信号提取结果。基于PSCAD/EMTDC的仿真验证,该保护方案原理简单、可靠性高、采样率低。仿真结果显示,该方案具有很强的耐过渡电阻能力。     

基于线路电流二阶导数的中压直流系统故障识别方法

直流线路故障的快速有效识别是基于电压源型换流器的中压直流配电系统发展的关键技术之一。直流线路故障电流上升十分迅速,系统中电力电子器件过载能力小。因此以串入直流线路限流电感的中压直流配电系统为基础,分析直流系统的故障特性,在此基础上提出基于线路电流二阶导数的中压直流配电系统直流线路故障快速识别方案。该方案能够实现故障侧、故障类型及故障线路极性的快速识别,进而实现对线路的保护。最后基于Matlab验证了所提故障检测方案的有效性,并与基于线路电流一阶导数的故障检测方案进行了对比。仿真结果表明所提方法在故障电阻、故障距离及负载发生变化的情况下仍可实现直流线路故障的快速准确检测,且相比基于线路电流一阶导数的直流线路故障检测方案具有更好的选择性。     

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。     

Digitally simulated test performance of the Pramod scheme for UHSprotection of EHV transmission lines

The author describes a digital simulation technique for the signal processing of the Pramod scheme and studies the digitally simulated test performance of the scheme for satisfactory operation under different fault conditions. The Pramod scheme is based on the detection of high-frequency voltage signals through stack tuners. It is assumed that the digitally simulated stack tuner output signals are available for the purpose of the signal processing under different fault conditions. The Pramod scheme has been investigated for the discrimination feature of reverse fault, faults at different points of the transmission line, and different types of faults, and the performance has been found satisfactory     

基于缺相耦合电压特性的同杆双回线路非跨线故障综合重合闸策略

常规同杆双回线路重合闸策略由于三相抵消原理,其故障相存在的互感电气量非常小,容易受到线路干扰造成误判,重合于永久性故障。提出了一种适用于接地故障的基于缺相耦合电压特性的故障性质判据及综合重合闸策略,对健全线进行了缺相处理,增大了故障线耦合电气量幅值,并增加了非跨线接地故障性质的识别准确度。为使该策略适用于同杆双回线路相间故障和三相故障性质判别,提出在线路装设接地开关的方案,实现了对非跨线非接地故障的快速准确识别。在PSCAD/EMTDC平台上构建仿真模型,验证了该重合闸策略的可行性。     

基于故障分量的有功功率极性比较式纵联保护

根据故障附加网络中有功功率的极性特征,提出了基于故障分量的有功功率极性比较式纵联保护原理。其主要思想是:发生内部故障时,附加网络中线路两端有功功率的极性相同;外部故障时两端有功功率的极性相反;正、反向出口处故障时不存在死区问题。借助PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件,搭建500 k V输电线路模型,对所提方案的动作性能进行了仿真和验证。在此基础上,进一步对比分析了分相保护方案和三相保护方案,并提出了基于故障分量有功功率幅值特征的选相方法。理论分析和仿真结果表明,所提方案能够正确判别区内、外不同类型的故障,抗过渡电阻能力较强,出口故障无死区,两端数据无需严格同步,且不受无功因素影响。