Time domain solution of fault distance estimation and arcing faultsdetection on overhead lines

In this paper a new numerical algorithm for arcing faults detection and fault distance estimation is presented. The solution is given in the time domain. It is based on the line terminal voltages and currents processing. A simple new mathematical model of arc voltage is introduced in the estimation. Thereby, the more accurate approach to fault location is derived, particularly for the close-in faults. The new algorithm can be utilized for blocking the automatic reclosing. The unknown model parameters, including the line resistance and inductance, fault resistance and arc voltage amplitude, are estimated by using the least error squares method. The new algorithm is successfully tested through computer simulation and laboratory tests     

Two-stage numerical algorithm for distance protection, fault location and arcing faults recognition

In this paper, a novel two-stage numerical algorithm devoted to fault distance calculation and arcing faults recognition is presented. The first algorithm stage serves for the fault distance calculation. The fault distance is calculated from the fundamental frequency phase voltages and current phasors, thus utilizing the positive- and the zero-sequence impedances of the line as input parameters. The second algorithm stage serves for the arc voltage amplitude calculation. It utilizes the fault distance calculated in the first algorithm stage as well as the third harmonics of the terminal phase voltage and line current phasors, respectively. From the calculated value of arc voltage amplitude it can be determined whether the fault is transient arcing fault or permanent arcless fault. The phasors needed for algorithm execution are calculated by using the Discrete Fourier Technique. In this paper, the solution for the most frequent phase-to-ground faults is given. The results of algorithm testing through computer simulation and real field data records processing are given.     

Numerical algorithm for medium voltage overhead lines protection and adaptive autoreclosure

In this paper a new numerical algorithm for medium voltage overhead line protection and autoreclosure is presented. It is based on one terminal data processing and it is derived in the time domain. In the algorithm, the fault location and fault nature (arcing or arcless fault) are estimated using the linear least error squares estimation technique. An arc occurring on the fault point during arcing faults on overhead lines is included in the consideration of the problem. Additionally, by introducing the pre-fault load current in the existing model, better algorithm performances are achieved. The algorithm is derived for the case of a three-phase symmetrical fault. The computer simulation results of the algorithm testing are presented and, in particular, the algorithm sensitivity to arc elongation effects and processing of the signals in the presence of harmonics is tested and analysed.     

基于正序电流故障分量的输电线路故障检测

高压输电系统中传统后备保护定值整定困难,灵敏度易受到高阻接地、潮流转移等影响。文中提出了一种基于正序电流故障分量的输电线路故障检测算法。采用线路两端正序电流故障分量的矢量和幅值与矢量差幅值的比值作为线路的故障判断量,给出严格的公式推导,建立了故障检测的判据。理论分析了线路的故障判断量的分布特性,与本线路阻抗、两端背侧的系统等效阻抗、故障点位置的关系,证明了其与过渡电阻无关。在系统发生振荡时,将求解的故障定位值作为辅助判据。IEEE 39节点系统仿真实验表明,各类故障发生时所提算法均能够正确检测故障线路且不受故障位置、过渡电阻等影响,在非全相运行、负荷潮流转移时也能检测出故障线路,对两端数据的同步性要求不高。     

基于离散小波分析与K-means聚类算法的 MMC-HVDC输电线路保护方案

随着以风电、光伏为代表的可再生能源的持续发展,柔性直流输电系统由于能够清洁高效的对其进行远距离大容量输送而得到了大力的发展。快速、准确的识别故障区域并判别故障类型,实现兼具选择性、速动性、灵敏性和可靠性的直流线路保护方案是柔性直流输电系统发展的迫切需要。理论分析表明,MMC-HVDC输电系统直流线路故障时,线路平波电抗器两侧的暂态电压存在明显差异。采用离散小波分析提取线路平波电抗器两侧的暂态电压有效值进行比较,从而对区内、区外故障进行判别。随后采用K-means聚类算法,利用不同故障类型、不同故障位置,直流线路故障发生后较短的时间窗口采集得到的单侧保护单元电压、电流数据,对其进行聚类分析,获取这些数据的质心与阈值,经过训练,确定相应的保护判据,实现故障选极。PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,该保护方案不受故障位置、过渡电阻的影响,能够快速准确地检测MMC-HVDC输电线路故障,识别出故障类型。     

基于电压和电流突变量的高压直流输电线路保护原理

在对高压直流输电线路区内、外故障和雷击等暂态过程研究的基础上,提出了一种基于电压、电流突变量变化特征的高压直流输电线路主保护原理。该原理对两极线路同侧保护安装处测得的电压突变量幅值的比值设定阈值,选出故障极;利用故障线路两端电流突变量的极性在线路保护区内故障时相异、在区外故障时相同,区分线路上保护区内和区外故障。PSCAD/EMTDC软件对实际高压直流输电系统的仿真结果表明,该保护原理在双极两端中性点接地方式下能够快速判别故障极和区分线路上保护区内、外故障,可靠排除雷击干扰,在故障性雷击和高阻抗接地时准确动作,并适用于一极降压和一极全压运行、功率反送、一极停电检修及单极金属回线运行方式等。采样频率在10～100kHz范围内时可满足保护判据计算要求。     

基于双端电气量的同杆平行双回线单线故障测距

考虑同杆平行双回线零序互感的影响,针对同杆双回线单回线故障,提出了一种基于故障线双端电气量的故障测距算法。该算法根据同杆平行双回线单回线内部故障的等效序网图,利用相应故障类型在故障支路的电压边界条件导出其测距方程。算法利用了现有分相电流差动保护提供的单回线本端电压和两端电流工频量,原理上与过渡电阻和系统阻抗无关。通过PSCAD/EMTDC软件,仿真计算了不同过渡电阻、系统阻抗和负荷情况下不同故障点发生各种类型故障的测距情况。仿真测距结果表明,该算法应用于同杆平行双回线单回线故障测距时具有很高的精度,并与过渡电阻、系统阻抗和负荷工况无关。     

基于故障电压分布的广域后备保护算法

为解决传统后备保护整定配合复杂,潮流转移时易误动等问题,提出一种基于故障电压分布的新型广域后备保护算法.该算法利用线路一侧电压、电流故障分量的测量值估算另一侧的电压故障分量,以估算值与测量值的比值构成保护判据.该算法不受过渡电阻的影响,发生过负荷潮流转移时不会误动,且算法原理简洁、需要信息量少,对数据的同步性没有严格要...     

Spectral domain arcing fault recognition and fault distance calculation in transmission systems

A new numerical algorithm for recognizing arcing faults for the purpose of automatic reclosing is presented. The fault distance can also be calculated using this algorithm. The solution for both symmetrical and unsymmetrical faults is given. A simple empirical arc voltage model is obtained through a table of numerical values. By means of computer simulation and laboratory testing it is shown that the algorithm can be used as an effective tool in transmission and distribution system protection.     

输电线路相差保护新原理

相差纵联保护具有区别电力系统振荡与短路的优越性能,但传统相差保护在内部故障时灵敏度易受负荷电流和过渡电阻的影响,且应用于双回线或环网时其性能受线路分布电容影响,在外部故障时保护可能误动。基于无损线路分布参数模型及故障分量保护原理,提出了新型相差保护原理。理论上保护性能不受负荷电流和过渡电阻的影响,且完全杜绝了外部故障时保护误动的可能性,极大地提高了保护安全性,且各种内部故障时可靠动作。理论分析表明所提原理适用于各种故障类型,其性能不受故障电阻及系统运行状态等的影响。大量的仿真也证明了该原理的正确性。     

使用两端非同步测量法的特高压串联补偿双回线路故障定位仪(英文)

An accurate fault location algorithm for double-circuit series compensated lines is presented.Use of two-end unsynchronized measurements of current and voltage signals is considered.The algorithm applies two subroutines,designated for locating faults on particular line sections,and additionally the procedure for selecting the valid subroutine.The subroutines are formulated with use of the generalized fault loop model and the distributed parameter line model is applied.Performed ATP-EMTP based evaluation has shown the validity of the derived fault location algorithm and its high accuracy.     

考虑短路及断线故障的有源配电网保护

分布式电源大量接入和极端灾害导致的复杂故障形态,使得有源配电网保护面临新的挑战.基于分析不同故障类型区内外故障时电压故障分量的特征差异,提出一种基于电压故障分量比较的保护新方法.所提方法利用电压故障分量推算公式以及实测的线路一端的电压故障分量、电流故障分量求取线路另一端的电压故障分量,将推算得到的电压故障分量与实测的电压故障分量求比得到电压故障分量比值,再利用电压故障分量比值识别线路内外部故障,从而能够兼顾有源配电网在短路故障、断线故障等不同故障场景下的保护需求,且具有不受不可测分支影响、不受分布式电源渗透率影响、耐受过渡电阻能力强等优点.     

稳态量分相电流差动保护判据制动特性的改进

定义了区内故障穿越电流。对穿越电流的研究显示,传统稳态量差动保护区内故障时的保护灵敏度受负荷电流影响大,带过渡电阻能力与故障点位置相关。通过在制动特性中引入穿越电流,提出了一种改进的稳态量电流差动判据。理论分析表明:改进判据与传统稳态量差动保护判据区外故障的安全性完全相同,但改进判据在区内故障的灵敏度以及带过渡电阻能力大大提高了。对一条750kV线路故障和保护的仿真试验,证明了改进判据的上述优越性,是一种比较理想的超特高压输电线路电流差动保护判据。     

Overhead lines fault location and arc voltage estimation numerical algorithm derived in time domain

Contents A new fault location numerical algorithm based on terminal data and derived in time domain is presented. The fault location and its nature (arcing or arcless fault) are estimated using least error squares technique. The faulted phase voltage is modelled as a serial connection of fault resistance and arc voltage. The new approach does not require the line zero sequence resistance as an input datum. In the paper some important features of arc voltage are given. The algorithm is derived for the most frequent case of single-phase line to ground unsymmetrical fault. The results of algorithm testing by computer simulation and under laboratory conditions are given. The influences of remote infeed, fault resistance, higher order harmonics, network topology and other factors are investigated and presented.

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Lichtbogenspannung und Fehlerdistanz Schätzung in Freileitungsnetzen mittels im Zeitbereich entwickelten numerischen Algorithmus

Übersicht In diesem Aufsatz wird ein neuer numerischer Algorithmus dargestellt der im Zeitbereich entwickelt ist, und der als Eingabe die Daten einer Meßstelle am Leitungsanfang verwendet. Mit dem Algorithmus werden die Fehlerdistanz und die Art des Kurzschlusses(Lichtbogenkurzschluß, Kurzschluß ohne Lichtbogenwiderstand) bestimmt. Dabei wird die Methode der kleinsten Fehlerquadrate verwendet. Die Spannung an der Fehlerstelle wird als eine Reihenschaltung aks omschem Widerstand und Lichtbogenspannung nachgebildet. Das neue Verfahren benötigt nicht den Nullwiderstand der Freileitung, dessen Bestimmung oft ungenau ist, als Eingabe. Die wichtigsten Eigenschaften des Lichtbogens werden auch angegeben. Der Algorithmus wird entwickelt für den häufigsten Fall des einpoligen Fehlers und getestet anhand von Simulationsrechnungen und im Hochspannunglabor. Der Einfluß der Art der Einspeisung, der Ober, des ohmschen Fehlerwiderstands, der Topologie des Freileitungsnetzes und anderer wichtiger Faktoren wird untersucht.

     

T型输电线路电弧故障测距时域方法研究

利用单端数据的输电线路故障测距算法 ,较难解决多端系统的故障定位问题 ,实际中一般采用多端数据进行测距。频域法故障测距精度易受时窗位置、直流衰减分量、过渡电阻非线性等因素影响 ,其频域算法的数据多取之于故障后第二周波。随着继电保护技术的发展 ,从故障发生到断路器动作的时间愈来愈短 ,故障后第二周波内断路器可能已动作 ,这将使频域算法失效。本文提出了T型输电线路故障测距时域新方法 ,该方法可采用故障后第二个半周波的数据 ,所有解算均在abc坐标中进行 ,测距无需判断故障类型 ,而且使用了最小二乘技术 ,从理论上保证了该测距算法具有较高的测距精度。     

基于计算电阻的高压直流输电线路纵联保护

针对传统高压直流输电线路纵联电流差动保护受线路分布电容影响大、可靠性差的问题,提出一种基于计算电阻的纵联保护方案。利用线路两端故障电压电流的直流分量计算线路的计算电阻,区内故障时,该值相对较小;区外故障时,该值很大。以此为基础,提出了根据故障极与健全极线路上计算功率的差异实现准确选极的方案。该方案对采样率要求低、整定简单明确且不受分布电容电流的影响。理论分析和大量仿真结果表明,该保护选择性好,可靠性高,对高阻接地故障有足够的灵敏性。RTDS试验和现场故障录波数据有效验证了其性能。     

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。     

一种耐高阻和抗负荷电流影响线路单相接地距离保护

采用集总参数建模,利用保护安装处测量到的电气量计算保护安装处到接地故障点的电压降,根据线路保护安装处到接地故障点的电压降与故障距离呈线性关系计算接地故障距离和故障线路测量阻抗。该方法原理上消除了过渡电阻和负荷电流对阻抗距离保护动作性能的影响,适用于振荡工况。仿真分析和2套不同电压等级线路的故障录波数据测试表明,所提方法具有很强的耐受过渡电阻和负荷电流影响的能力,具有良好的现场实用价值。     

基于形态学的HVDC线路故障识别与定位方法研究

有效的故障行波波头辨识及测距方法是行波保护应用的重要环节。在介绍数学形态学原理及算法的基础上,通过对故障暂态电压行波的多分辨形态学梯度MMG(Multi-resolution Morpho-logical Gradient)处理,提取出故障折、反射行波的幅值及极性,以此对高压直流输电HVDC(High Voltage DC transmission)线路故障类型进行识别,并利用单端或双端测距算法进行故障测距。同时,讨论了几种与线路故障暂态相似的故障类型:换相失败和逆变侧单相接地故障。Matlab仿真结果表明,所提保护算法能够很好地区别HVDC线路故障和其他相似的暂态过程,也能准确地进行故障定位。     

基于波形相似度因子的双馈风电场送出线路单相接地保护

提出了一种基于波形相似度因子的双馈风电场送出线路单相接地保护方法。推导出电网故障下的风力发电机端口短路电流表达式,分析风电送出线路故障后故障电流的暂态特性。在此基础上,建立了风电送出系统的0模瞬时值模型。然后,利用区内外故障时模型差异特征构造0模电压波形相似度因子,进行故障定位。最后,通过仿真验证了该方法在各种单相接地故障情况下,均能正确识别区内外故障,不受过渡电阻和频率偏移影响。