基于数学形态学的暂态行波方向保护研究

以往的行波方向保护只对暂态电压或电流中的一种进行信号处理,因此失去了另一电气量的信息,有时会引起方向保护的误判。就此,本文提出了一种新型线路保护方案,利用数学形态学提取线路故障时保护测量点的暂态电压、电流的特征量,并对二者的波形进行比较,根据其初始波头极性对线路的区内、区外故障做出准确、快速的判断。采用ATP对各种类型故障所做的仿真计算验证了所提出的保护原理的正确性和有效性。     

采用电流突变量夹角余弦的直流电网线路纵联保护方法

直流线路的保护是多端柔性直流电网发展面临的关键问题之一。文中针对现有纵联电流差动保护存在的问题,提出了一种采用电流突变量夹角余弦值的纵联保护方法,它利用线路两端电流突变量计算夹角余弦值从而进行区内、外故障判断。区内故障时,线路两端电流突变量方向相反,夹角余弦值为负值;区外故障时,线路两端电流突变量方向相同,夹角余弦值为正值。保护方法采用改进电压梯度法快速启动,并利用正、负极电压比值来识别故障极。仿真表明,所提出的保护方法不仅可以可靠识别区内、外故障,同时具有较强的耐过渡电阻能力且不易受线路分布电容电流的影响。     

直流滤波器对电压突变量保护的影响及保护策略优化

针对使用晶闸管作为换流器件的直流输电系统线路接地故障,给出了目前主流的电压突变量保护逻辑,分析了直流滤波器对线路接地故障特征量的影响,指出了在直流线路靠近换流站的区域发生接地故障时直流滤波器产生的谐波电流会导致电压突变量保护的电流方向判断错误,进而引起电压突变量保护拒动。基于此,提出了一种优化的电压突变量保护原理和定值整定方法,消除了直流滤波器产生的谐波电流对电压突变量保护的影响,最后通过RTDS试验对优化后的电压突变量保护策略进行了仿真验证。     

基于等传变原理的高压交流输电线路继电保护

暂态量保护的性能会受到电容式电压互感器(CVT)暂态特性的影响。输电线路等传变原理指出经过相同线性电路处理后的线路分布电压、电流之间的关系,仍然满足原线路分布参数模型。输电线路等传变瞬时值差动保护首先将电流采样值经虚拟数字CVT处理,然后对电压和电流采样值进行相同的低通滤波处理,进一步对线路分布电容电流进行补偿;等传变快速距离保护主要包括故障点电压的重新构造、虚拟数字传变以及求解R-L模型微分方程3个步骤;线路出口故障方向快速判别原理利用系统等值阻抗上"第一种电压降落"和"第二种电压降落"在正方向和反方向故障时变化趋势的差异确定故障方向。仿真分析表明上述保护有效克服了CVT暂态特性的影响,能够快速可靠地切除故障。     

基于零序电流-电压微分特性的小电阻接地系统单相接地故障保护原理

中性点经小电阻接地的系统适用于电缆居多的配电网,然而由于配网馈线所处环境复杂,造成了现有的基于零序电流阶段式的保护方案无法满足单相高阻接地故障快速、灵敏地检测需求.针对此现象,文中通过分析故障线路和非故障线路零序电流-零序电压的关系,寻求两者不同的故障特征,由此提出一种基于线路零序电流与母线零序电压微分值波形相似度的保护算法.所提保护算法通过对线路的零序电流和零序电压进行采样,并根据线路零序电流与母线零序电压微分值的波形相似度来判断线路是否发生单相接地故障,可大大提高单相高阻接地故障保护的灵敏度.通过PSCAD仿真测试验证了该算法的有效性.     

超高速方向继电器新算法的研究(Ⅰ)——原理分析

应用综合矢量的概念,提出了一种判别高压输电线路故障方向的新算法,在较短的数据窗内计算出电压、电流的相位差,从而达到判断故障方向的目的.该继电器的动作速度快于常规的基于工频电气量的方向保护,其可靠性优于行波方向保护,且具有较高的灵敏度.     

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。     

滤除高频暂态量的突变量高速方向保护

行波保护易受各种高频信号的影响,降低了保护的可靠性,为此,提出一种滤除高频暂态量后的突变量高速方向保护原理。理论分析表明,故障发生后的一段时间内保护安装处的电压、电流突变量在滤除高频暂态量后其极性具有故障方向特征,即正向故障时两者极性相反,反向故障时相同。基于此,构造了一种新型相序变换矩阵,使得保护原理适用于三相系统各种故障类型;该原理也适用于串补或并补线路,且不受带补偿电抗器线路中电抗器运行状态的影响。仿真结果表明,该原理能够快速、可靠地识别线路各种区内外故障,其性能不受故障电阻、故障起始角的影响,且不受串补线路电压、电流反向的影响,具有良好的工程应用前景。     

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.     

基于波形距离系数的逆变站近区交流线路保护方向元件

逆变站仅有单回出线时,若逆变站近区交流线路发生故障,逆变站的复杂特性导致传统方向元件难以判别故障方向。文中对逆变站近区交流线路故障特征进行了分析。然后,指出了交流线路电流与交流边界元件电流时域变化量之间的相似特征,提出了利用测量电压、电流推算交流边界元件电流的电磁暂态计算方法。最后,利用时域中的交流线路电流与交流边界元件电流之间的波形距离系数在正方向和反方向故障下的差异,提出了一种新的方向判别原理,并通过大量仿真对其性能进行了验证。仿真结果表明,所提方向元件能准确识别故障方向,具有较高的可靠性和灵敏度。     

集成行波测距功能的高压输电线路保护装置的技术探讨

以集成行波测距功能的高压线路保护装置为目标,提出了装置的总体硬件架构设计方案和行波测距软件的整体实现方案,并利用线路保护的判别信息提高了行波测距功能的可靠性,在不影响继电保护性能的基础上实现了行波测距功能与保护功能的整体融合,为提高输电线路保护装置的测距性能提供了技术保证,仿真结果验证了该集成技术的可行性。集成了行波测距的线路保护装置能实时精确定位线路故障点,大大减少人工巡线的工作量,缩短了故障修复时间,提高了供电可靠性。     

Travelling wave pilot protection for LCC-HVDC transmission lines based on electronic transformers’ differential output characteristic

Considering travelling wave’s bandwidth which varies from several kilohertz to hundreds of kilohertz, traditional current and voltage transformers cannot transfer whole bandwidth of travelling wave. However, electronic transformers, including Rogowski coil based electronic current transformer and capacitance divided electronic voltage transformer, have much wider bandwidth (up to 500 kHz) which could transfer almost whole bandwidth of travelling wave without distortion. Besides, secondary side’s output of electronic transformer is the differential signal of primary side. So, the integration circuit can be omitted when using differential travelling wave signal directly in protection principle. Traditional travelling protection for high voltage direct current (HVDC) lines is highly affected by grounding resistance. And the backup protection, such as current differential protection, has long operation time. So the paper proposes a novel travelling wave pilot protection based on the differential output signal of electronic transformers. Differential voltage and current travelling wave have axisymmetric relationship when the fault occurs at forward direction. Conversely, differential voltage and current travelling wave almost overlap when the fault occurs at reverse direction. Considering fault direction identification results of two ends, fault section can be determined. Besides, according to amplitude ratio of fault line and normal line, fault line can be selected correctly. The simulation results in PSCAD/EMTDC prove the correctness, sensitivity and reliability.     

同塔双回线纵向故障特征分析及零序方向保护改进

同塔双回线在发生不对称纵向故障时,由于负荷电流的转移,健全线路上会流过较大的不平衡电流,可能导致健全线路上带零序电压补偿的纵联零序方向元件误动。分析了同塔双回线纵向故障时零序、负序分量的特征,阐释了单相故障跳闸后健全线路上带零序电压补偿的零序方向保护误动的机理,并且提出了利用单回线负序分量信息的保护改进方法。在零序电流达到门槛值而零序电压不足时,引入负序电流门槛来判断是否启动零序电压补偿,并结合带负序电压补偿的负序方向元件来判断故障方向。仿真结果表明,所提方法在相邻线路发生不对称纵向故障时能有效闭锁本线路的方向保护,防止保护误动作;在本线路靠近对侧发生接地故障,本侧零序电压较低的情况下改进的零序方向保护有较高的灵敏度,能够可靠动作。     

基于数学形态学的线路超高速方向保护

提出了一种基于数学形态学的能在噪声背景下有效应用的超高速方向保护算法。基于形态开闭运算的滤波器可有效滤除暂态行波中的噪声干扰,在完成滤波后,通过多分辨形态梯度(Multi-resolution Morphological Gradient,MMG) 表现出电流电压行波信号的突变特征,通过瞬时功率判据可得到故障方向。建立EMTP典型500kV线路模型进行仿真, 结果表明该判据能在强噪声背景下正确判断出故障方向。     

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。     

考虑断路器非同期合闸的行波数据采集方案及保护算法研究

现有行波数据采集方案中采集数据的长度为定长,不能很好地适应高压及超高压系统中三相断路器非同期合闸的情况。文章提出了一种数据长度可变的行波数据采集方案,数据长度可根据断路器的闭合自动延长。考虑到大多数行波保护或暂态保护原理在断路器非同期合闸时可能失效,文章提出了一种合闸到故障的检测方法。其原理为:线路无故障时合闸引起的电流波形表现为围绕时间轴卜下交变;而线路存在故障时电流波形总体表现为单调变化的趋势。大量仿真计算证明了该检测方法的可靠性。     

新型暂态行波幅值比较式超高速方向保护

针对传统行波保护可靠性低这一缺点,提出一种基于暂态行波幅值比较的新型超高速线路保护方案。该方案基于故障发生后一段时间内,正向行波幅值积分与反向行波幅值积分的比值来确定故障方向。若线路两端保护的判断结果均为正向故障,保护将发出跳闸命令。该文对保护的原理判据和影响行波方向保护的主要因素分别进行了仿真分析,PSCAD/EMTDC仿真结果表明,所提方案能够快速、可靠地识别线路区内外故障,其性能基本不受故障电阻、故障时刻、母线或线路接线方式等的影响,该保护原理清晰,实现简单,具有良好的工程应用前景。     

基于小波变换的行波电流极性比较式方向保护

文章提出了基于检测行波电流波头极性的行波电流极性比较式方向保护.对电流行波信号α模量进行小波变换后可由小波变换模极大值的极性方便的区别出区内故障与区外故障,同时分析了行波电流极性比较式方向保护的几个影响因素,如母线结构、接地电阻、阻波器和故障初始角;还对双回线路一回线路故障时另一回可能误动的情况进行了仿真分析,并给出了解决误判的方法.仿真试验结果表明,利用小波变换结果来实现行波电流极性比较式方向保护是切实可行的,并且在硬件满足要求的情况下可以投入实际应用.     

基于小波变换的超高速行波保护和故障定位算法

提出了利用故障后产生的电流行波实现输电线路超高速保护和高精度故障定位的算法。借助于小波分析工具,将电流行波信号进行小波变换,通过分析线路两端电流行波初始波头模极大值的极性来判别区、内外故障;同时利用模极大值对应的时间差来实现故障距离的测定。论文详细分析了影响行波保护和故障定位的各种因素,提出了相应的应对措施。大量的PSCAD/EMTDC仿真结果表明,算法能够实现线路超高速保护和高精度故障定位双重功能。     

一种应用于线路保护装置的嵌入式行波测距方法

在分析阻抗法测距技术与行波测距技术优缺点的基础上,提出一种新的嵌入式行波测距方法。通过将行波测距模块化,并以独立插件方式集成到线路保护装置中,既实现了完整的线路保护功能,还实现了完整的行波测距功能。并且行波测距模块复用线路保护装置的电流采样通道、光纤通信通道,共享线路保护故障数据与行波测距数据,提高了行波测距的准确性。