直流输电系统换流器接地故障定位

直流换流器故障具有多样性和时空离散性,造成了故障分析和保护配合的复杂性.当前采用的保护与故障之间并非一一对应,同一故障导致的保护动作具有不确定性,同时,根据保护动作情况也不能进行很好的故障定位.文中结合CIGRE模型的仿真,对7种典型的直流换流器接地故障进行理论分析,指出了不同故障位置引起的换流器工况和电气量特征的差异性,并依据故障时刻对故障特征的影响,提出了划分故障特征时段的方法.最后,结合阀导通的时间特性,提出了以电气特征与延时相结合的换流器接地故障定位判别新思路.     

换流器直流差动保护动作特性分析与优化

换流器的故障特征呈现时空复杂性,亟需对直流差动保护的故障响应范围和动作特性展开系统的梳理和评估。分析了直流差动保护的保护范围与功能定位,明确了其存在的选择性问题,即保护范围超出直流系统而延伸至交流系统。以某实际高压直流输电工程的模型参数为背景,详细分析了直流差动保护在不同故障下的动作特性,解析分析了保护特征量的边界,且进一步考虑了直流控制对保护动作特性的影响。分析了提升直流差动保护动作选择性的策略,并构造了引入换流器交流侧电气量的辅助判据,从原理上解决直流差动保护的选择性问题,实际高压直流输电工程的仿真算例验证了该辅助判据的有效性。     

考虑直流控制系统影响的HVDC输电线路后备保护研究

在考虑直流控制系统影响的情况下,详细分析了HVDC输电线路区内、区外的故障特征以及直流控制系统的动作特性和控制状态。引入并分析了基于开关函数的交直流系统二次谐波计算等值模型。通过分析故障期间换流器触发角和直流侧二次谐波量的变化特征,提出了一种新的以换流器触发角为保护动作量,利用二次谐波分量闭锁的直流线路后备保护方案,给出了保护整定的理论计算方法。与直流线路纵联差动保护相比,该保护不因直流电流波动影响而被闭锁,保护动作时间较快;与微分欠压保护相比,具有更高的抗过渡电阻能力。通过PSCAD/EMTDC大量仿真计算,验证了该保护能可靠区分直流线路区内、区外故障,与直流线路纵联差动保护和微分欠压保护相比具有明显的优越性。     

LCC?HVDC逆变侧换流站近区交流线路高阻接地故障保护

基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)换流站近区交流线路高阻接地故障切除不及时易引发连续或后续换相失败,造成换流站单双极闭锁,威胁着系统运行安全性.文中分析了影响零序差动保护动作特性的关键因素,指出高阻接地故障保护需从传统的阈值整定模式调整为对被保护线路故障支路特性变化的定性描述和甄别.基于弧光高阻接地故障支路的非线性伏安特性辨识以及同塔并架相邻线路广域方向信息的配合,提出了适用于LCC-HVDC换流站近区交流线路的高阻接地故障启动元件、方向元件及保护方案.最后,通过仿真验证了保护方案的有效性.     

基于故障特征提取及最严苛工况寻找的换流器直流差动保护快速整定

现有换流器直流差动保护定值多来源于厂家推荐,一旦不合理需要修改并重新EMTDC仿真验证,工作量成倍增加。提出了一种基于故障特征提取及最严苛工况寻找的直流差动保护快速整定方法。该方法不再反复地EMTDC仿真验证,而是基于一次仿真结果,从提取波形故障特征以及寻找最严苛工况的角度获取保护定值,整定速度大大提升。首先分析了保护特征量的影响因素,提出了一种换流器区内接地故障分析模型;然后采用变化时间窗提取了保护特征量的故障特征;最后给出了保护定值的指标,用于确定最严苛的工况。以糯扎渡特高压直流工程为例,算例结果表明了所提整定方法的可行性。此外,结合故障特征的分布规律,还给出了直流差动保护分段的原则。     

柔性直流配电网保护方案及设备研制

针对典型柔性直流配电网开展了保护分区及保护配置策略研究;根据直流线路的故障特性,分析了直流极间短路故障、单极接地故障以及断线故障的保护方案。对于直流电网快速故障定位和隔离的要求,提出一种基于差动保护和多点方向信息的综合故障定位方法。基于所提出的保护和故障定位方案,研制了高采样率且具备多类型模拟量接口的直流配电网保护设备。经实时数字仿真(RTDS)系统仿真和动模试验,验证了保护方案的可行性和故障定位方法的正确性,所研制的保护设备动作行为、性能指标满足直流配电网安全运行需求。     

基于电流差动的直流配电网保护方案

针对直流配电网在发生短路故障时,短路电流上升迅速,直流断路器无法快速动作从而切除故障的问题,首先基于三相两电平电压源换流器构建直流配网的电源模块。分析了单端电源向无源网络供电时发生极间短路故障和单极接地短路故障的故障特征,提出了一种低电压保护和电流差动保护联合的保护方案,并且通过投切后备电源提高了供电的可靠性。最后在PSCAD/EMTDC平台中进行了仿真验证,结果表明在直流配网发生短路故障时,该保护能够快速可靠动作,并具有良好的选择性和灵敏性。     

高压直流输电控制与保护对线路故障的动态响应特性分析

直流输电线路保护中,以电压变化率为动作判据的线路行波保护和低电压保护难以检测出线路高阻接地故障,线路差动保护需要通过闭锁躲避区外故障而使动作延时较长,从而难以起到后备作用。同时,直流控制系统环节对线路保护的动作特性也有很大的影响,小负荷水平下将导致线路电流波动而导致差动保护拒动。结合某一直流线路实际参数,基于真实的直流控制保护模型与参数的EMTDC仿真平台,采用实际故障录波分析和仿真分析相结合的手段,系统分析了线路保护不正确动作的机理以及直流系统控制环节对线路保护的影响,并提出了解决方案。     

基于频谱比较的直流线路差动保护闭锁判据

为解决目前直流线路差动保护动作时间过长的问题,提出了一种基于频谱比较的直流线路差动保护闭锁判据。分析了差动电流的频谱特征,由分析可知区内故障时差动电流含有较多直流分量,区外故障时差动电流含有较多50 Hz和100 Hz分量,根据这一区别设计了闭锁判据。该判据能够有效识别区内、区外故障,且具有可靠性高、对采样频率要求较低等优点。基于某实际直流系统建立了EMTDC仿真模型。仿真结果表明,该判据能够在区外故障时闭锁差动保护,提高了保护的可靠性。     

高压直流输电线路保护的前加速

目前高压/特高压直流输电工程中基于行波等原理的直流线路快速保护的耐高阻能力不强,而针对高阻接地故障的基于差动等原理的慢速保护的动作速度又很慢。交流线路保护中靠近电源侧的前加速先无选择性地快速动作,而后再通过重合闸来纠正这种非选择性动作。文中将前加速概念引入直流输电线路快速保护中,达到直流线路故障下保护既快速又能适应高阻接地的目的;先动作移相而后通过闭锁等措施来纠正这种非选择性动作。分析了增加前加速段后需要考虑的问题,对故障过渡电阻阻值进行了估算。仿真验证显示线路末端500Ω接地故障约2 ms动作时区分区外故障仍然存在较大的裕度。