边界保护的理论基础第二部分:线路边界的折、反射系数的频谱

在第一部分中,对故障产生的暂态进行了分析,发现区内外故障暂态分量的频谱差异主要与线路边界的折、反射系数的频谱有关.本文是第二部分,主要探讨了两类母线的接线情况下,线路边界的折、反射系数的频谱特征.同时,还分析了当线路上接有三相阻波器时,对线路边界折、反射系数频谱特征的影响.最后在折、反射系数频谱特征的基础上,分析了区内外故障时暂态分量频谱的具体差异.     

边界保护的理论基础 第一部分故障暂态分析

近年来,基于单端暂态量的输电线路保护新原理不断涌现出来,这种利用故障产生的暂态分量是否透过线路边界的特征构成的具有全线速动的保护称为边界保护,边界保护成立的条件有两个,其一是区内外故障时,暂态分量存在差异;其二是该差异有规律性,可以被提取并且很明显,足以构成保护判据.基于这个目的,对输电线路区内外故障时的暂态分量的频谱进行了分析,发现并提取该差异,为边界保护的研究提供理论基础.全文共分为三个部分,第一部分是故障暂态分析;第二部分是线路边界折反射系数的频谱分析;第三部分是区内外故障暂态分量频谱差异的提取和EMTP仿真.本文是第一部分,利用网格法对输电线路在区内、正方向区外和反方向三个典型位置故障时的暂态分量进行分析和比较,并发现了不同故障方向时暂态分量的差异和正方向区内外故障的差异,前者的差异主要体现在线路边界的反射系数的频谱特征中,后者主要体现在线路边界的透射系数的频谱特征中.     

边界保护的理论基础 第一部分 故障暂态分析

近年来 ,基于单端暂态量的输电线路保护新原理不断涌现出来 ,这种利用故障产生的暂态分量是否透过线路边界的特征构成的具有全线速动的保护称为边界保护 ,边界保护成立的条件有两个 ,其一是区内外故障时 ,暂态分量存在差异 ;其二是该差异有规律性 ,可以被提取并且很明显 ,足以构成保护判据。基于这个目的 ,对输电线路区内外故障时的暂态分量的频谱进行了分析 ,发现并提取该差异 ,为边界保护的研究提供理论基础。全文共分为三个部分 ,第一部分是故障暂态分析 ;第二部分是线路边界折反射系数的频谱分析 ;第三部分是区内外故障暂态分量频谱差异的提取和EMTP仿真。本文是第一部分 ,利用网格法对输电线路在区内、正方向区外和反方向三个典型位置故障时的暂态分量进行分析和比较 ,并发现了不同故障方向时暂态分量的差异和正方向区内外故障的差异 ,前者的差异主要体现在线路边界的反射系数的频谱特征中 ,后者主要体现在线路边界的透射系数的频谱特征中     

边界保护的理论基础 第三部分:故障暂态频谱差异EMTP仿真

全文的第一部分 ,研究了线路在三个典型位置故障暂态分量的特征 ,发现区内外故障暂态分量差异取决于线路边界的反射和折射系数 ;第二部分研究了反射系数和折射系数的频谱特征 ,发现区内外故障暂态分量的差异的确存在 ,而且比较明显 ,特别是具有阻波器线路在阻波频带内的差异非常明显。本文是全文的第三部分 ,对具有阻波器线路 ,利用三阶Cui样条小波变换提取故障暂态分量中的 [0 ,2T]× [阻波频带 ]时频区域内的信息 ,并进行频谱分析。EMTP仿真结果表明 ,区内外故障差异不仅存在而且十分明显 ,足够构成边界保护判据 ,在单端实现全线的速动。     

边界保护的理论基础 第三部分:故障暂态频谱差异EMTP仿真

全文的第一部分,研究了线路在三个典型位置故障暂态分量的特征,发现区内外故障暂态分量差异取决于线路边界的反射和折射系数;第二部分研究了反射系数和折射系数的频谱特征,发现区内外故障暂态分量的差异的确存在,而且比较明显,特别是具有阻波器线路在阻波频带内的差异非常明显.本文是全文的第三部分,对具有阻波器线路,利用三阶Cui样条小波变换提取故障暂态分量中的[0,2T]×[阻波频带]时频区域内的信息,并进行频谱分析.EMTP仿真结果表明,区内外故障差异不仅存在而且十分明显,足够构成边界保护判据,在单端实现全线的速动.     

基于改进递归小波变换的超高压线路边界保护元件算法

在分析输电线路边界频率特性的基础上,提出了一种基于改进递归小波变换的超高压输电线路边界保护元件算法。采用改进递归小波变换分别提取高频和次高频2个不同中心频率的故障暂态电流分量,利用母线对地杂散电容和阻波器对高频暂态分量的衰减作用,根据2个不同频率分量的暂态能量比值来识别保护区内外的故障。采用PSCAD/ EMTDC对某500 kV超高压输电线路模型进行仿真,结果表明该算法基本不受故障位置、故障过渡电阻、故障类型和故障初始角的影响,能准确识别保护区内外故障。改进递归小波变换算法只采用历史数据信息,实时性好,计算量少,因此基于改进递归小波变换的超高压输电线路边界保护元件算法可提高计算速度,能够满足超高压输电系统高速保护的要求。     

配电线路暂态保护故障行波特征的研究

配电线路区内、外故障时暂态分量频谱能量差异不明显,使得暂态保护原理难以应用于配电线路单端保护。通过行波网格法分析了配电线路区内、外故障行波的传播规律及特点,提出在线路边界处并联接入适当通频带的带通滤波装置,以此强化区内、外故障时故障暂态电压频谱能量差异。PSCAD/EMTDC仿真和模拟试验结果表明：安装了带通滤波装置的配电线路区外故障时,通频带内的故障行波流经带通滤波装置后发生较大衰减;区内故障时故障行波未通过带通滤波装置而几乎没有衰减,区内、外故障时暂态电压分量频谱能量差异非常明显。利用这种差异可以准确区分区内、外故障,这为暂态保护原理在配电线路单端保护中的应用提供了有效的理论依据和解决方案。     

考虑频率相关参数的直流输电线路故障特征分析

目前高压直流输电线路利用行波波头的上升速率构成保护判据,由于长距离线路频率相关特性对高频信号的衰减作用较强,导致保护的灵敏性不足。利用零极点法分析线路故障暂态信号的频率特性,发现故障电气量的高频分量中包含位置主频和边界主频。高频暂态量由边界主频和位置主频共同作用产生。区内、外故障的特征差异取决于反射系数频率特性的通带和透射系数频率特性的阻带,因此特征频带应为透射系数阻带的截止频率与反射系数通带的最高频率间的频带。由PSCAD仿真结果证明,区内、外故障时电流在此特征频带内差异明显。     

超高压串补输电线路的频率特性仿真与分析

主要对超高压串补输电线路的串补系统及串补线路区内外故障时行波信号在频域上的透射系数和反射系数及其幅频特性进行了详细的仿真分析.结果表明,串补系统对低频信号分量衰减较为严重,且串补度越大,衰减越严重.串补线路区内和区外故障时行波高频信号会出现明显差异,且差异的大小与线路边界的频率特性有关.     

基于特征能量函数的故障暂态量时频特征分析

基于故障暂态分量的线路保护不受系统震荡、过渡电阻等因素的影响,可满足超高压系统对保护速动性的要求。由于线路边界效应,线路在发生区内、外故障时,保护安装处的电流互感器TA检测到的故障电流中高频电流分量的含量会有所不同,差异集中体现在100 k Hz左右。首先采用模量变换对三相故障电流进行解耦处理,紧接着采用Db4正交基小波对模分量进行离散小波变换,最后基于小波能量理论,构造了特征能量函数来检测这一差异,提取出线路发生区内、外故障时暂态分量的时频特征,为基于故障暂态分量的线路保护提供新判据。在PSCAD/EMTDC中搭建模型,结果表明,该算法能快速提取出线路故障时暂态分量的时频特征,并能正确反应出线路的区内、外故障,同时实现故障测距。     

一种考虑不同期合闸的行波合闸保护新方法

当线路末端故障时，行波在线路末端的反射情况比较复杂，反向电流行波的极性有可能与正向电流行渡的极性相反，而此时测距结果又与线路无故障时相同。因此，会造成行波蒯距式与行波极性比较式合闸保护的不正确动作。根据行波的折、反射理论，分析出当线路无故障时正向电流行渡仅在线路末端发生反射，且电流行波的反射系数为-1，而当线路存在故障时，正向电流行波将在故障点发生反射，无论故障是否在线路末端，电流行波的反射系数都不会是-1。根据这一特征，提出了一种新的行波合闸保护方法。从原理上保证了在各种情况下保护都可以正确动作，大量的电磁暂态仿真结果也证明了这一点。     

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。     

基于多分辨率形态梯度的超高压线路暂态保护新原理

由于母线杂散电容和耦合电容对高频暂态电流的衰减作用,超高压线路发生区内、外故障时的暂态电流行波中高频分量的含量有所不同。利用多分辨形态梯度提取多个频段内暂态信号的谱能量构成新的单端暂态电流保护原理。大量的ATP仿真数据也表明：本方案在线路发生不同位置、不同过渡电阻、不同初始角等情况下的故障时都能准确、快速的放大并提取这种差异。     

基于相关分析的多端直流电网线路纵联保护新原理

对于"网孔结构"的多端直流电网而言,边界元件的缺失使其线路之间的电气距离大大减小,导致区内、区外故障的判别存在困难。对此,首先分析了行波在该类直流电网中的传播过程,根据故障线路与非故障线路两侧同名行波与异名行波首波头的衰减特性差异,引入相关分析法来表征不同行波之间的相关性。结合突变量能量启动判据,形成了一套适用于具有"网孔结构"的多端直流系统的纵联保护原理。仿真结果表明,所提出的保护原理具有良好的速动性及选择性,且拥有较强的抗过渡电阻能力和抗噪能力。     

基于多频带能量的高压直流输电线路单端暂态电流保护

分析高压直流输电(High Voltage Direct Current,HVDC)线路边界和线路的频率特性,直流线路边界和直流线路对故障暂态电流信号高频分量都具有衰减作用。一些文献据此利用高频分量作为单端暂态保护的判据,但是对于长线路来说,直流线路对于高频分量的衰减可能会大于直流线路边界对高频分量的衰减作用,这样可能会造成保护误动作。进一步分析发现,直流线路边界对于低频分量具有放大作用,直流线路对于低频分量具有衰减作用。因此提出一种基于多频带能量的HVDC线路单端暂态电流保护新原理。利用0~1.25 kHz低频带能量、高频带和低频带能量比来区分区内、区外短路故障,故障性雷击和非故障性雷击,利用正极和负极的能量比判别故障极。     

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。     

基于行波法的民用电力线路故障测距技术

民用电力系统具有分支线路多、折反射复杂、反射行波信号较弱、故障行波信号难以捕捉和识别的特点,为了实现对民用电力线路的故障定位,本文提出了一种利用分支线路检测装置+主机接收装置+低压脉冲发生器的故障定位方法,分支线路检测装置可以检测各分支线路的状况并在故障发生时将故障信息发送给主机接收装置,主机接收装置可以在电脑界面上显示相应的故障信息和位置,低压脉冲发生器用于离线测量、提高测距精度,该套装置配合通用行波测距装置可以实现对民用电力线路故障的准确定位。     

利用暂态电流的高压输电线路暂态保护新方案

提出了一种基于多尺度小波分析的高压输电线路暂态保护的新方案。介绍了高压输电线路及母线对高频暂态电流衰减的特点,通过利用多个频带内暂态信号的谱能量来实现区内外故障的准确识别。从而避免了仅利用某个频率信号能量的比值所造成的利用故障信息不充分和电压过零故障时信号很小不易识别的缺点。仿真分析证明了该方案在各种故障条件下的可行性。