特殊工况下换流变零序差动保护误动机理分析及对策研究

针对高压直流输电工程中换流变压器零序差动保护误动的案例,分析了特高压换流变中性线上电流互感器在长时间单极-大地运行伴随交流系统高阻故障工况下饱和机理。采用基于工程实际参数的特高压直流输电模型进行仿真分析,揭示换流变零序差动保护误动原因。并根据区内、外故障时保护两侧自产零序电流和中性线零序电流极性差异,提出一种基于S变换相位差的换流变零序差动保护闭锁新判据,以解决特殊工况下换流变零序差动保护误动的问题。通过仿真验证该判据的有效性。     

基于波形相关性分析的换流变压器零序差动保护方案

通过对换流变压器外部故障切除产生恢复性涌流的分析,得出换流变铁芯可能在涌流的作用下发生饱和,导致灵敏度较高的中性线TA发生偏置现象,使其测量失真导致零序差动保护误动。为此,提出一种基于波形相关性的换流变零序差动保护新方案。通过分析换流变压器区内故障、区外故障及外部故障切除时零序电流的特点,利用零序差动保护两侧自产零序电流和中性线上零序电流的波形相关性进行识别。通过合理选择电流互感器的极性,使得区外故障时,零差保护两侧的零序电流呈现"穿越性"特征,其波形相似度较高,相关系数为正值。区内故障时,两侧零序电流波形相似度较小,相关系数落入负值区。通过PSCAD/EMTDC大量仿真验证,该判据可准确识别区内与区外故障,不受恢复性涌流的影响,且具有一定的抗TA饱和的能力。     

基于S变换能量相对熵的高压输电线路极性比较式纵联保护

传统行波极性比较式纵联保护可靠性受小故障初始角等因素影响较大。为提高行波纵联保护的可靠性,在分析线路两端电压和电流极性关系的基础上,提出一种新的极性比较式纵联保护算法。该保护算法利用故障后一段时间内故障电压和故障电流的S变换能量相对熵表征极性关系,进而根据线路两端S变换能量相对熵的比值来识别区内外故障。区内故障时,线路两端电压和电流的能量相对熵相差不大,其比值较小;区外故障时,线路两侧电压和电流能量相对熵差异明显,比值较大。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,该保护方案能够快速可靠地确定区内外故障,其性能不受故障初始角、过渡电阻、故障位置、故障类型和母线接线方式的影响。     

后续换相失败引发的换流变零序差动保护误动场景分析及策略

发生后续换相失败后直流接地极入地电流经地网耦合与大直流共同入侵换流变压器中性线,分析了该工况下换流变压器中性线零序电流的特征及其对换流变中性线零序电流互感器传变特性的影响,并探讨了该工况下换流变零序差动保护的误动风险.利用细化的快速傅里叶变换对零序差动电流的幅频特征进行细分,将零序差动电流在低频频带与工频频带的幅值之比作为辅助判据,识别所讨论的工况,闭锁零序差动保护.仿真结果表明,所提策略能有效防止所讨论的工况引发的换流变零序差动保护误动作.     

涌流工况下换流变压器零序差动保护误动对策

针对高压直流输电工程中换流变压器零序差动保护误动的案例,采用基于工程实际参数的高压直流输电仿真模型,对换流变压器外部故障切除恢复性涌流及空载合闸励磁涌流导致中性线零序电流幅值较大且衰减缓慢的现象进行了仿真分析。通过识别中性线零序电流与自产零序电流波形呈现出的相似度特征在涌流工况和区内故障时的差异,提出了基于零序电流动态时间弯曲距离的换流变压器零序差动保护新判据。经仿真算例和录波案例验证,该判据在各类区内故障时具有与传统零序差动保护相同的保护范围及抗过渡电阻能力,可以正确辨识涌流工况下电流互感器传变异常引起的虚假差动电流,进而降低零序差动保护误动风险。     

新型变压器零序差动保护方案设计

从保护方案设计和保护逻辑两方面详细论述了一种新型的变压器零序差动保护方案。方案设计中引入了外部故障异步区分、方向判据及二次谐波闭锁判据来可靠区分区内、区外故障,并介绍了差动电流、制动电流的选取。经试验证明该方案安全可靠,能够充分发挥零序差动保护对接地故障灵敏度高的优势。目前,该方案已实际应用于某变压器的保护装置中。     

直流换相失败对换流变零序电流保护的影响分析

本文中作者详细分析了换相失败对换流变压器零序电流保护的影响机理,并通过理论分析和仿真结果验证了结论的正确性。     

利用S变换能量相对熵的幅值比较式超高速方向元件

为提高行波方向元件的可靠性,在分析故障方向特征的基础上,提出一种新的幅值比较式方向元件。不同故障方向下,前行波和反行波特征不同。正方向时前行波和反行波差异较小,反方向时两者差异较大。利用S变换能量相对熵量化前、反行波之间的差异程度。考虑到电容式电压互感器(CVT)不能传变较高频率的电压分量,对前、反行波进行S变换后选择较低频率的分量计算能量相对熵,进而构成方向判据。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,所提方向元件能够快速可靠地判断故障方向,其性能不受故障初始角、过渡电阻、故障位置、故障类型、母线接线方式和电弧故障的影响。     

变压器零序差动保护的讨论

归纳了对变压器装设零序差动保护必要性的不同论点后指出，零序差动保护仅在变压器绕组靠近中性点(占整个绕组2％)处发生接地故障，相间差动保护灵敏度不足时方才显示出其灵敏度高的优越性。但是一方面在靠近中性点处电压很低，发生故障的几率很小，被短路的匝数少，故障危害不大；另一方面零序差动保护也不可能没有死区，其死区有多大还未深入研究。因此，装设零序差动保护的必要性不大。如果愿意装设零序差动保护作为补充，应将安全性放在首位，宜限制其保护范围。为此，提出用比例判据代替比率制动判据的方案。     

数字式微波零序电流差动保护判据的研究

本文提出了适用于双端系统微机微波保护的零序电流差动判据,并对其进行了理论分析和仿真验证。结果表明,在接地故障时,该判据承受过渡电阻能力较分相电流差动保护判据有显著提高,可作为分相电流差动保护判据的补充判据使用。     

基于电流故障分量时频矩阵相角差的换流变差动保护研究

传统换流变差动保护中易受直流偏磁和故障过渡电阻影响,可能出现差动保护的拒动问题。为此,提出一种基于电流故障分量(Current Fault Component, CFC)时频矩阵元素和相角判别的换流变差动保护判据。变压器发生区内故障时,变压器两侧电流互感器(CT)检测到的CFC方向相同,而区外故障时检测到的两侧CFC方向相反。通过S变换获得CFC时频矩阵,根据故障时刻时频矩阵内所有元素求和所得相量的相角大小,判别CFC的方向,从而实现换流变区内故障的识别。仿真结果表明,所提保护判据在各种故障情况下均可有效识别换流变的区内、区外故障,在直流偏磁和故障过渡电阻的情况下仍具有较高的可靠性,同时可有效降低差动保护误动风险。     

综合工频与特征频率零序导纳角差的选线方法

针对配网线路中大量电缆线路的使用导致故障线路与健全线路零序电流差异小的问题,提出一种基于线路自身工频与特征频率上的零序导纳相角差的故障选线新方法。在分析线路特征频率的基础上,利用S变换提取直流与特征频段内整倍工频频率点幅值信息,通过比较两部分幅值大小判断故障合闸角范围。基于特征频段内频率点幅值最大原则确定故障系统零序电流的特征频率,并进一步分析线路工频与特征频率下零序导纳向量特性。最后提出利用故障线路、健全线路的工频与特征频率零序导纳角差相差180°构建判据。基于Matlab的仿真验证本选线方法具有良好的选线效果。     

换相失败对TA传变特性及换流变差动保护的影响分析

详细研究了换相失败对电流互感器传变特性的影响机理,分析指出换相失败期间注入交流系统中大量的直流分量可能导致电流互感器暂态饱和。从理论上分析了换相失败造成直流分量过大的原因。然后综合分析了在电流互感器、换流变压器同时饱和时换相失败对换流变压器差动保护的影响,结果表明换流变压器发生内部故障时差动保护可能拒动,但发生外部故障时保护一般能可靠闭锁。最后从继电保护和换流器拓扑结构层面提出了相应的解决措施。     

一起500 kV主变零差保护误动原因分析及预防措施

详细分析了一起500 kV主变零差保护因零差平衡系数设置错误,在区外的一条500 kV AG线路故障导致某站主变零差保护误动跳三侧开关的原因,阐述了500 kV主变零差保护CT配置及动作方程,有针对性地提出了防止零差保护设置零差平衡系数造成误动的措施,对基层供电局继电保护现场工作人员有借鉴意义,有助于提高电网的安全可靠运行。     

母线保护电流互感器断线判据的分析及改进判据

母线差动保护一般都配置电流互感器断线判断功能,以提高差动保护的可靠性。按照现有规范,当母线支路发生电流互感器二次断线时,需闭锁差动保护;当母联间隔电流互感器发生断线时,不闭锁差动保护。因此电流互感器断线判据的选择将影响母线差动保护的正确动作。从大负荷电流互感器断线、不完全电流互感器断线、高阻接地故障、单电源系统等多个角度分析现有母线电流互感器断线的判据存在的问题,并在此基础上提出了新的母线电流互感器断线判据:对于接入电压的母线保护,采用灵敏的电压判据作为辅助判据,对于无电压引入的母线保护,采用支路零序电流与差流的比值及差值作为辅助判据。试验结果表明,所提判据能够准确有效地识别电流互感器断线与故障,当发生电流互感器断线时,可靠闭锁差动保护,而当母线发生故障时,不会影响差动保护的快速性。     

多分支移相变压器差动保护技术研究及应用

分析了传统移相变压器保护方案的缺点,对移相变压器的工作原理进行了详细研究,推导了适用于各种移相变压器的电流变换关系,并提出了一种采用全角度移相、数字化采样等技术的移相变压器差动保护方案。所提差动保护方案解决了传统多分支移相变压器无法配置差动保护的问题,使得保护性能得到了极大提升,并可适用于不同类型的移相变压器。通过RTDS数模仿真实验,对所提方案的差动保护功能进行了实验验证。目前,基于该方案的差动保护装置已于2017年3月投运并稳定运行至今。     

分相电流差动线路保护中零序差动作用分析

分相电流差动保护装置中一般都配置零序差动保护 ,目的是为了提高保护装置的耐过渡电阻能力。经分析表明 ,零序差动保护并不比故障分量差动保护的灵敏度高 ,并且其整定需躲过外部三相短路时的不平衡电流。零序电流差动保护对整个保护装置的灵敏度和动作速度均没有实质性的提高