Transmission line fault location using digital fault recorders

A technique for the location of transmission line faults using voltage and current measurements from one end of the faulted line is presented. The method differs from past approaches in that a time domain rather than a frequency domain representation of voltage and current is used. A phase network model is used, permitting explicit treatment of self and mutual impedance effects for either a single three-phase circuit or two parallel three-phase circuits. The algorithm will be used as one of the analysis functions for a digital fault recorder. Test results are presented to illustrate the performance of the algorithm under various system conditions and configurations. Results compare favorably with those obtained using previously reported fault location methods. Estimated fault locations are within 3 to 4% of the actual fault location. Most cases show errors within 2% of the actual fault location     

基于故障电流分布因子的单端故障定位方法

为了实现电力电缆的精确定位,提出了一种基于故障电流分布因子的单端故障定位方法。该方法首先根据Kirchhoff电压定理对电力系统等效模型建立表达式,然后检测线路单端三相电压、电流的正序、负序以及零序分量,接着引入故障电流分布因子,用故障类型的加权系数以及故障电流增量值替代故障电流,建立故障定位函数,最后检测出故障距离。仿真实验表明该方法鲁棒性强且具有较高的精确性。     

Development of fault detector for 33-kV ungrounded power line

A fault section detection system is being developed for 33-kV ungrounded power line. The fault section is obtained from the relation of two point zero-phase currents on power line. This fault detector is composed of optical current sensors and the processing unit and solar battery system. The optical current sensor consists of a Faraday cell and a porcelain bushing. Zero phase current on the processing unit is obtained through a three-phase composer with auto gain control and residual current eliminator. This fault detector has the ability of 0.15 A zero-phase current detection fault factory test; in field tests, this fault detector detects ground fault.     

基于缺相耦合电压特性的同杆双回线路非跨线故障综合重合闸策略

常规同杆双回线路重合闸策略由于三相抵消原理,其故障相存在的互感电气量非常小,容易受到线路干扰造成误判,重合于永久性故障。提出了一种适用于接地故障的基于缺相耦合电压特性的故障性质判据及综合重合闸策略,对健全线进行了缺相处理,增大了故障线耦合电气量幅值,并增加了非跨线接地故障性质的识别准确度。为使该策略适用于同杆双回线路相间故障和三相故障性质判别,提出在线路装设接地开关的方案,实现了对非跨线非接地故障的快速准确识别。在PSCAD/EMTDC平台上构建仿真模型,验证了该重合闸策略的可行性。     

基于三相电流平方和比值的短路故障快速检测方法

为了快速准确地检测出短路故障,并使故障限流器快速投入运行,提出了一种基于三相电流平方和比值的短路故障快速检测方法。该方法利用前后时间窗内三相电流平方和均值之比作为故障检测量,在三相短路故障时不受故障初相角影响,不受谐波影响。基于PSCAD/EMTDC仿真平台,建立了500 kV输电线路模型,合理选取了该方法的整定值与闭锁值。考虑不同故障类型、不同故障初相角、不同过渡电阻、空载合闸、谐波及噪声等因素,验证了该方法的快速性及有效性。在各类故障工况及干扰工况下,比较了该方法与常用三种检测方法的性能差异。仿真结果表明,该方法性能良好,能够快速可靠地检测出短路故障。     

基于自关断器件的新型桥式短路限流器拓扑与控制策略

提出一种基于自关断开关器件的新型桥式短路故障限流器。该种单相(三相)限流器由1个整流桥、1个直流电感和1个(3个)旁路电感组成。直流电感用来限制故障初期的短路电流上升速度,其电感根据控制电路的响应速度和系统电压、电流额定值,以体积、成本最小为目标进行设计。旁路电感用来将短路电流限制到继电保护要求的数值上,其电感量根据系统电压和继电保护要求的短路电流设计。短路限流期间的电源电流仍为正弦量,因而不会对阻抗继电器、传统的电压电流互感器和总的继电保护方案产生不良影响。新型限流器的主电路得到了简化,控制电路和控制方法非常简单,动态性能得以提高。文中详细论述了用于三相系统的限流器的主电路拓扑结构、控制策略、参数设计与优化方法等。仿真和实验结果证明了所提新型限流器的有效性和实用性。     

风电场110kV单回送出线主动探测式三相重合闸方法

风电场110 kV单回送出线因故障而三相跳闸后,输电线路电磁能量迅速衰减,给故障性质识别带来了很大困难,且风电场失去与系统连接后处于孤岛状态,由于功率阻滞,孤岛系统的电压、频率迅速失稳导致切机。提出利用风机变流器向送出线注入低电流实现故障性质识别的方法,在风电机组切机后,先闭合一台风机主断路器和送出线靠近风电场一侧的断路器,短时导通风机网侧变流器电力电子器件,使得其直流侧电容向交流线路放电,利用电流积分特征构造保护判据实现故障性质识别,并提出风电场110 kV单回送出线主动探测式三相自适应重合闸方案。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了故障性质识别和主动探测式重合闸方案的正确性。     

基于多通道卷积双向长短时记忆网络的输电线故障分类

针对单通道故障分类器不能全面表达三相故障特征信息引起分类精度不高的问题,提出了一种基于多通道卷积双向长短时记忆神经网络(MCCNN-BiLSTM)的输电线故障分类方法.该方法可同时输入故障三相信号,并能有效提取故障信号的空间和时间特征,实现了三相故障信号特征的全面提取,有效地提高了神经网络的分类的精度.基于735 kV...     

带并联电抗器输电线路永久性故障判别的研究

以瞬时性故障模型为参考模型,根据已知量求取并联电抗器故障相电流,利用该求取电流与并联电抗器故障相实际测量电流之差同中性点小电抗器电流幅值比来实现永久性故障的判别。通过利用ATP仿真验证和西北电网330kV系统的故障数据验证,结果表明该方法可准确判别瞬时和永久性故障。     

小电流接地系统单相接地故障选线空间域图像生成及融合方法

为发挥深度学习算法特征自学习及其在图像处理领域的优势,避免当前小电流接地系统单相接地故障选线中人工提取故障特征信息缺失的问题,提出了一种通过生成故障电流全信息空间域图像,再利用图像识别与分类算法实现故障选线的方法.所提方法首先使用三相电流构建三维空间域图像,并分别在3个平面上进行投影得到多幅投影图像,解决了获取二维图像...     

高压电缆-架空线混合线路重合闸新判据

提出了基于两侧电流信息的新型电抗继电器,以及带并联电抗器线路的瞬时故障识别判据构成的全新的综合判据。新型电抗继电器利用线路两侧电流获得故障点的电流,进而利用故障点的电流作为极化构成的理想零序电抗器,由该电抗器来界定是架空线路段故障还是电缆线路段故障,与传统的基于单侧电流信息的电抗继电器相比更为精确。另外,结合带并联电抗器线路的瞬时故障识别判据,能确保带并联电抗器的混合线路在发生永久性故障时可靠闭锁重合闸,避免了重合于永久性故障对系统带来的冲击。基于上述两种判据的综合判据实现了电缆段故障及永久性故障闭锁重合闸的要求。EMTDC及RTDS实验验证了该综合判据的有效性。     

低压三相电抗器IGBT电路实现

主要针对低压三相电抗器的IGBT电路实现的问题进行了仿真分析。首先针对三相四线制低压电抗器IGBT电路实现问题进行分析,运用Multisim11.0软件进行电路仿真分析,仿真结果表明,接入IGBT电路实现的电抗器可以稳定运行,各相电流幅值误差在1%以内,相位误差在0.4°以内。然后,对三相三线制低压电抗器IGBT电路实现问题用相同的方法进行了分析,仿真结果表明,电路可以稳定运行,电流幅值误差在0.2%以内,相位误差在2以内。通过两项仿真实验,证明了低压电抗器IGBT电路实现的可行性,为其应用推广提供了理论上的依据。     

基于双馈风电场的三相短路电流计算及保护方法

新能源发电技术在电力系统中逐渐占据越来越大的比重。为了实现电力系统安全运行的稳定性,需要了解系统故障的影响,根据双馈风力发电机的撬棒动作情况以及相关暂态特性完成短路电流计算。通过建立双馈风力发电机模型,并根据双馈风力发电机在三相短路故障期间投入的撬棒保护,对风机内在机理的动态变化进行分析,精确计算定转子磁链在故障期间的变化情况,从而得到撬棒动作时的新三相短路电流计算方法。最后通过PSCAD/EMTDC 进行仿真验证,并利用Matlab检验计算方法的精确度。同时根据风场的低电压穿越能力与电流保护装置的特性,提出一种针对双馈风电场的低电压穿越保护方案。该方案根据低电压穿越能力的电压变化要求以及短路电流的大小协作完成对线路的保护,以便清除故障后风场电压可以及时恢复并且保持并网运行,且在一定程度上可应对低电压穿越能力的延时问题。     

基于不平衡过电压动态抑制的谐振接地配电网单相接地故障保护新方法

现有配电网单相接地故障保护技术在高阻接地故障时无法可靠启动,选相与选线结果易受三相不对称的影响.针对这一问题,提出了基于不平衡过电压动态抑制的谐振接地配电网单相接地故障保护新方法.在三相不平衡过电压动态抑制的基础上,分析了故障前后注入电流与馈线零序电流特征.根据故障发生后注入电流变化量特点构建了接地故障动态感知判据,利...     

输电线不同故障对距离保护影响的仿真研究

针对输电线路中相间不同短路故障,分析故障对输电线距离保护的影响。根据输电线距离保护原理,计算三相系统中各相电压值,利用PSCAD/EMTDC建立双端电源系统的仿真模型并进行仿真实验。根据计算的测量电压、电流和阻抗,判断故障点距离及保护动作特性。结果表明：双端电源系统中三相线路不同相间故障时,其对应测量阻抗能够正确反映保护处故障点的距离,其阻抗继电器能够准确而快速动作,保证了系统对故障反应的灵敏性,提高了保护的可靠性。     

带并联电抗器输电线路永久性故障的时域判别方法

根据瞬时故障恢复电压阶段输电线路的状态建立参考模型,在时域中根据本端电气量求取并联电抗器故障相电流,并以计算电流与实测电流之差的模值作为动作量,以电抗器故障相实测电流的模值作为门槛值,进行永久性故障判别.发生瞬时故障,恢复电压阶段的线路状态与建立的模型吻合,电流计算值和实测值相同,动作量小于制动量;发生永久性故障,线路状态与建立的模型不吻合,电流计算值和实测值不同,动作量大于制动量.仿真验证表明,该方法能够准确地区分瞬时故障和永久性故障,能够用于自适应重合闸.     

长距离输电线路中间带并联电抗器的双端非同步故障定位算法

针对线路中间带并联电抗器的长距离输电线路提出了基于双端工频量的非同步故障定位算法。对于等值阻抗固定的并联电抗器,采用故障前的双端相量估计并联电抗器的实际等值阻抗,从而基于故障后正序网络得到故障点位置。对于可控并联电抗器或故障前数据无法获取的情况,还提出了一种与并联电抗器模型无关的故障定位算法,根据不同故障类型的故障边界条件,利用故障点电压电流相位特性构造定位函数,分析表明该函数在相应定位区间具有单调变化特性,因而各定位区间不存在伪根,求解快速。所提算法均基于分布参数模型,双端数据不同步角采用故障前或故障后测量相量进行补偿。基于PSCAD/EMTDC和MATLAB的仿真结果表明,所提方法计算简单、精度高,对不同步角、故障类型、过渡电阻、故障位置均有较好的适用性。     

基于边界特征的高压直流输电长线路故障判别方法

分析了高压直流输电长线路的高频信号衰减作用对目前基于线路边界保护原理的影响。研究了边界的频率特性以及平波电抗器对电流变化率的抑制作用,进而提出了由单端特征频率电流构造的直流线路故障判别方法。在所提出的直流保护方案中,使用特征谐波电流幅值构造启动判据,同时使用特征谐波电流变化量构造保护判据,算法简便且更加充分地利用了基于线路边界的暂态特征。在PSCAD/EMTDC中搭建了双极24脉动直流输电系统模型并进行了仿真分析。结果表明,该判据能准确地区分区内外故障并进行故障选极,受过渡电阻和长线路的影响很小,可以实现全线速动。     

Analysis on the fault characteristics of three-phase short-circuit for half-wavelength AC transmission lines

Half-wavelength AC transmission(HWACT) is an ultra-long distance AC transmission technology, whose electrical distance is close to half-wavelength at the system power frequency. It is very important for the construction and operation of HWACT to analyze its fault features and corresponding protection technology. In this paper, the steady-state voltage and current characteristics of the bus bar and fault point and the steady-state overvoltage distribution along the line will be analyzed when a three-phase symmetrical short-circuit fault occurs on an HWACT line. On this basis, the threephase fault characteristics for longer transmission lines are also studied.     

A fault location technique for rural distribution feeders

This work presents a digital fault location technique for rural distribution feeders, using the voltage and current data at a single location. Rural distribution feeders include single-phase, two-phase, and three-phase laterals off a main three-phase primary distribution feeder. The fault location scheme presented here attempts to account for the multiphase laterals, the unbalanced conditions, and the unsymmetrical nature of distribution feeders by continually updating voltage and current vectors at set locations within the system. The updated voltage and current vectors are the estimates of the 60-Hz phasor quantities obtained using a recursive optimal estimation algorithm. The distance to the fault is then estimated using a method based on the apparent impedance approach and the updated voltage and current vectors. Another consideration is the ability to determine the fault location on a lateral. A simulation of an actual rural distribution feeder using the Electromagnetic Transients Program (EMTP) is used to test the approach