高压直流接地极线路断线故障高频阻抗特性及阻抗监视系统适应性

基于输电线路分布式参数模型,对高压直流输电系统接地极线路断线故障下高频阻抗特性进行推导和分析。研究发现,当接地极线路长度超过高频注入信号半波长时,一旦接地极线路出现双回断线故障,首端高频测量阻抗的虚部将随故障距离呈周期性变化,但变化量超过正常运行时的阻抗值;当线路长度与注入信号半波长的整数倍接近时,线路某些特定位置发生单回断线故障,测量高频阻抗与正常运行时几乎相等,阻抗监视系统存在明显死区。为了提升阻抗监视策略的可靠性,提出了一种高频注入信号频率优化选择策略,基于线路实测参数,选择注入信号频率,消除保护策略死区。根据某实际 ±800 kV/8 000 MW特高压直流系统参数,搭建PSCAD电磁暂态仿真模型,仿真算例验证了分析及结论的有效性。     

UHVDC接地极线路短路阻抗特性及阻抗监视系统死区研究

针对现有特高压直流接地极线路阻抗监视系统（简称阻抗监视系统）存在的拒动问题,从理论上推导了接地极线路在不同短路故障条件下的故障阻抗表达式,并验证了理论推导的正确性。在获得故障阻抗表达式的基础上,考虑不同过渡电阻、故障距离和接地极线路长度的影响,研究了接地极线路故障阻抗和正常运行时阻抗的差异规律,分析了阻抗监视系统在不同故障条件下的适应性,阐述了阻抗监视系统的拒动机理。研究结果表明,现有阻抗监视系统存在保护死区,难以正确反映高阻、远距离故障,特别是当接地极线路的长度为注入信号线模半波长的整数倍时,若单回线故障距离为注入信号四分之一线模波长的奇数倍时,阻抗监视系统将发生拒动。     

基于谐波测量阻抗偏差的接地极线路保护新方法

针对目前特高压直流输电系统接地极线路保护存在死区的问题,提出了一种基于谐波测量阻抗偏差的接地极线路保护新方法。在不同故障工况下推导了接地极线路的谐波测量阻抗表达式,利用阻抗表达式分析了正常运行工况与故障工况下谐波测量阻抗的偏差特性。在此基础上,提出了基于谐波测量阻抗偏差的接地极线路故障保护判据。利用PSCAD/EMTDC进行仿真验证,仿真结果表明,所提保护方法较传统保护方法可有效检测到接地极线路发生的各种故障,耐受过渡电阻能力强,且不存在保护死区。     

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

为快速检测并切除特高压直流输电系统接地极引线故障,提出了一种基于高频电压突变量的高压直流输电接地极引线故障监测方法。首先分析了接地极引线接地故障时高频电压的特性,在此基础上,提出了利用高频电压突变量作为判据检测接地极引线故障的新方案。所提出的故障监测方法不受高频信号下接地极引线阻抗—距离非单调性质的影响,有一定的抗过渡电阻的能力,对接地极引线参数测量误差具有较强的适应性。并且,该算法可以直接应用于现有的接地极故障监视系统(ELIS)中,无需额外的硬件投资。为验证所提出方案的性能,基于电磁暂态仿真程序PSCAD进行了数字仿真试验,结果表明,当过渡电阻小于200?时,该方法均能灵敏可靠地识别并隔离故障,其在电力系统中具有良好的应用前景。     

基于注入法的改进特高压直流接地极引线保护方法

目前,特高压直流输电系统通常采用基于注入法的接地极引线保护。文中分析了传统接地极引线保护方法的特性,并在此基础上提出了一种改进接地极引线保护方法。改进保护方法包括主保护和后备保护。主保护采用高频测量阻抗横差构造单回线故障保护判据,仅利用单侧电气量,不依赖于通信;后备保护利用接地极引线末端电流方向构造保护判据,对通信的同步性与实时性要求较低。以某实际运行的±800 kV特高压直流系统为例,利用PSCAD/EMTDC对所提保护方法进行仿真验证。仿真结果表明所提改进保护方法的主保护较传统保护方法可极大缩小保护死区,在后备保护的配合下可实现全线保护。     

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EI北大核心CSCD

接地极线路阻抗监视系统测得的高频测量阻抗具有显著的非线性变化特征,不能直接用于故障测距,文章分析了高频测量阻抗的幅值和相角随故障距离的变化特征,基于故障情况下测量阻抗变化量的幅值和相角周期特性,构建了幅值–相角数值表,实现对故障区段的判定。在此基础上,根据短区段相角值的近似线性单调特性,提出了基于区段边界相角值的故障测距方法,实现了基于接地极线路高频测量阻抗幅值–相角特性的双回线故障测距。仿真验证了所提测距方法在多种工况下的有效性和准确性,能够显著降低高压直流输电系统接地极线路的故障检修难度。     

接地极线路阻抗监视装置在天广直流输电工程中的应用

接地极线路作为高压直流输电工程的重要组成部分,直接影响高压直流系统的可靠性,接地极线路故障的检测技术值得深入探讨。分析了±500 kV天广直流工程中接地极线路阻抗监视系统的原理特点以及构成。应用表明:国产的接地极线路阻抗监视器在天生桥换流站能正确检测出接地极线路故障,人机界面友好,维护简单。高压直流输电工程的接地极线路的故障检测不再依赖国外。     

高压直流接地极线路阻抗监视系统断线故障时动作性能评估

高压直流接地极线路阻抗监视系统用于监测接地极线路运行状态。阻抗监视系统的动作性能直接影响着对接地极线路运行状态的实时感知。通过理论分析,推导了接地极线路在双回线断线和单回线断线故障情况下,阻抗监视系统测得的阻抗结果。通过不同故障位置的阻抗结果遍历,分析了不同断线故障情况下阻抗监视系统的动作性能。分析结果显示,在单回线断线故障时,在特定的接地极线路长度下,阻抗监视系统容易发生拒动。     

特高压直流单极故障引发送端接地极引线过电压计算方法及影响因素分析EI北大核心CSCD

接地极引线是特高压直流输电系统的重要组成部分,其运行状态与特高压直流输电工程运行的可靠性密切相关。针对特高压直流单极故障后接地极引线所出现的过电压风险,研究了过电压幅值及振荡频率的计算方法,并基于仿真算例探讨了影响过电压幅值及振荡频率的影响因素。首先,计及特高压直流一次系统以及控制系统行为,推导了特高压直流单极故障后接地极引线首端电压扰动的传递函数,提出了基于传递函数求解过电压峰值及电压振荡频率的方法。其次,利用西南某实际±800k V特高压直流系统实际录波,验证了传递函数的有效性。最后,基于仿真算例分析了直流线路故障位置、接地极引线的长度、电流控制器参数以及故障前直流的正常运行电压等因素对故障后接地极引线过电压峰值及振荡频率的影响。     

特高压直流单极故障引发送端接地极引线过电压计算方法及影响因素分析

接地极引线是特高压直流输电系统的重要组成部分,其运行状态与特高压直流输电工程运行的可靠性密切相关。针对特高压直流单极故障后接地极引线所出现的过电压风险,研究了过电压幅值及振荡频率的计算方法,并基于仿真算例探讨了影响过电压幅值及振荡频率的影响因素。首先,计及特高压直流一次系统以及控制系统行为,推导了特高压直流单极故障后接地极引线首端电压扰动的传递函数,提出了基于传递函数求解过电压峰值及电压振荡频率的方法。其次,利用西南某实际±800k V特高压直流系统实际录波,验证了传递函数的有效性。最后,基于仿真算例分析了直流线路故障位置、接地极引线的长度、电流控制器参数以及故障前直流的正常运行电压等因素对故障后接地极引线过电压峰值及振荡频率的影响。     

Fast orthogonal search approach for distance protection of transmission lines

A distance protection scheme for transmission lines based on analyzing the measured voltage and current signals at the relay location using fast orthogonal search (FOS) is presented in this paper. FOS has the ability to accurately provide fast estimate of the voltage and current fundamental frequency phasors that are required for a digital distance relay. Compared to the conventional FFT, FOS can estimate the fundamental phasors with higher accuracy and less number of samples. The proposed scheme has been tested on a transmission line model to verify the merit of this approach. The tests presented include solid ground faults, phase faults, and high impedance faults at different fault locations and loading conditions. The proposed scheme can classify all fault cases in less than one cycle after the inception of the faults.     

一种高压直流输电系统接地极线路保护新方法

针对目前基于信号注入的接地极线路保护方法在某些故障情况下可能出现保护拒动的问题,提出一种基于频带电压幅值积分的接地极线路保护新方法。通过仿真分析发现在高压直流输电系统接地极线路故障后其首端电压频谱会出现明显变化,基于此提出一种利用小波包分析获取接地极线路首端电压不同频带分量,以频带电压幅值积分在一段时间内的变化为保护判据的接地极线路保护方法。基于PSCAD/EMTDC软件的大量仿真结果表明,该方法能有效检测到接地极线路上的各种故障,识别准确性不受过渡电阻的影响,具有良好的应用前景。     

基于换流站不同出线低频暂态能量比值的多端柔直电网线路保护方案

针对限流电抗器安装在换流站出口，基于线路边界元件特性的多端柔直电网线路保护难以适用的问题，提出了基于换流站不同出线低频暂态能量比值的多端柔直电网线路保护方案。首先，通过分析故障后模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)在直流侧呈现的阻抗频率特性，推导出实际频率大于谐振频率时MMC等效阻抗呈感性。然后，通过分析母线处电压行波折射系数的幅频特性可知，折射过程会对故障电压行波中的低频分量具有较明显的衰减作用，并以此为依据分析区内外故障时线路两侧换流站不同出线低频暂态能量比值的差异，可利用此差异识别故障。最后，PSCAD/EMTDC的仿真结果表明，所提保护方案能够可靠识别故障，不依赖线路边界元件，且具有一定的耐过渡电阻能力。     

An accurate technique for locating faults by distance relays

This paper presents a new protection scheme for improving the performance of the distance protective relays in transmission systems. The determination of fault zone by the proposed scheme is based on data sheared locally with other distance relays at the same station, in addition to a command from the distance relay on the other end of the protected line. Based on analyzing this information the relay decides the correct fault zone. With the proposed scheme, the first zone in the distance relay covers the full length of the protected line while the second zone covers the full length of any line following the protected line irrespective of its length, etc. The scheme is examined against wide range of setting problems of a real part of a HV network with real relay settings. It succeeds in solving distance relay setting problems, e.g. the problem of a long line following a short line or vice versa, low in-feed, open CB at one end and high impedance faults.     

基于阻抗比较的同杆并架选相新方法

首先对综合比相阻抗继电器在同杆并架双回线故障下的动作行为进行了研究,在此基础上提出一种结合综合比相继电器的选相新方法。这种选相元件根据改进后的综合比相继电器的选相结果,参考测量阻抗值对已选出的动作相再次进行筛选。同杆并架的后备距离保护应用此选相元件,通过适当的整定配合,能可靠地区分靠近线路末端跨线故障和区内相间故障,提高距离保护I段的正确动作率。数字仿真结果表明,基于阻抗比较的同杆并架选相新方法受同杆并架线路拓扑结构和对称性等因素影响小,能保证后备距离保护I段在各种线路运行方式下正确选相跳闸。     

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。     

Laboratory investigation of a distance-protection technique for double circuit lines

A novel digital distance scheme has been implemented on a 32-bit digital signal processor board. The scheme is tested on a physical model of double circuit lines of equal impedance with a source at each end. Two relays instead of four are proposed for the two lines. Each relay is fed by three voltage and six current signals. The technique is based on the comparison of the measured impedance of the corresponding phases. Tests conducted on the physical model for various faults show that high fault resistance, current in-feed, balance-point location, out-of-step operation, and far-end faults are solved. Moreover, 100% of the line is protected.