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。     

高压直流输电线路防雷击干扰保护研究

针对高压直流输电系统需要快速区分区内外故障、雷击干扰时保护容易误动作、双极运行时故障极与健全极难以区分等问题,对其故障特征进行分析,提出了一套防雷击干扰的高压直流输电系统电压行波保护方案。首先,提出了基于小波变换的电压行波极性比较保护,解决了快速准确判断区内外故障的要求。另外,利用暂态电压在不同频带内的能量分布特性,可以准确区分出故障与雷击干扰,同时识别双极系统的故障极与健全极。通过Matlab/Simulink建模仿真,验证了该综合保护方案能够可靠动作,不受故障类型及位置的影响,受故障阻抗影响小,满足高压直流输电线路保护快速、灵敏、可靠的要求。     

一起特高压多端混合直流两段直流线路保护动作分析

特高压多端混合直流输电系统线路分为两段,每段线路分别配置独立的线路保护,存在两段线路保护同时动作的情况,在故障分析上存在一定的难度。以一起±800 kV昆柳龙直流输电工程的柳龙段线路发生故障,导致昆柳段和柳龙段线路保护同时动作的事件为对象,对特高压多端混合直流输电系统线路行波保护、电压突变量保护,以及遭遇雷击时故障电流和故障电压的变化问题开展研究,通过波形分析判断故障类型和故障点,为分析多端直流系统线路保护同时动作提供参考。     

特高压直流输电线路雷击暂态过程与行波保护响应特性分析

针对实际工程中特高压直流输电线路雷击事件,采用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC实现雷击特高压线路的小步长仿真,解决了目前仿真方法未能与保护分析工作相适应的问题。主要分析了发生非故障性绕击、故障性绕击以及反击时保护安装处电压、电流的暂态过程,描述各电气暂态量在雷击极与非雷击极的主要特征及区别。结合实际行波保护模型的动作情况,对比非故障性绕击、故障性绕击以及反击下d U/dt判据、DU判据、DI判据在雷击极与非雷击极的响应结果,梳理雷击特高压直流输电线路行波保护判据的响应特性,指出在故障性绕击、反击场景下非雷击极行波保护误动情况是由于线路耦合导致在雷电流波头上升阶段出现非雷击极保护的DU、DI判据满足整定值造成的。最后给出了提高特高压直流系统行波保护雷击可靠性的优化思路。     

±800 kV宾金直流接地极线路电流不平衡异常分析

接地极线路是直流输电系统的重要组成部分,其安全稳定运行对整个系统的可靠性至关重要。然而,近年来国内接地极线路多次发生故障,成为薄弱环节。2016年4月16日±800 kV宾金直流输电工程的极Ⅱ线路遭受雷击后绝缘击穿。极Ⅱ线路在直流控保的作用下全压再启动两次成功。在极Ⅱ线路第2次再启动过程中,接地极引线不平衡保护动作。通过故障录波分析和登塔检查,发现宜宾换流站接地极线路一侧导线绝缘在极Ⅱ线路接地故障后发生过电压击穿,在重启过程中持续流过直流续流。基于此次故障,详细分析了目前接地极线路多次故障的原因,提出通过改进接地极建立绝缘配合解决此类问题。     

特高压锦屏换流站因雷击造成双极闭锁故障分析

依据2015年9月特高压锦屏换流站因雷击造成双极闭锁故障的事故,结合极控故障录波及极保护动作情况,理论分析故障原因,提出在特高压换流站直流分压器二次放电间隙处串联压敏电阻的反措建议,有利于直流系统的可靠稳定运行。     

±800 kV直流线路故障过程中电磁耦合特性与保护研究

为提高直流输电系统运行的可靠性,实现直流线路保护的有效动作,避免误动,必须对直流输电系统的电磁耦合特性进行研究。以云广特高压直流输电工程为研究对象,并参照其线路参数,建立了包含杆塔、输电线路、避雷器、绝缘子串闪络以及换流站内各种设备的仿真模型。采用EMTP,以雷击直流输电线路极导线、一极接地故障后对另一极的影响为具体算例进行仿真计算。对仿真结果进行分析,结果表明在故障情况下,对直流输电线路感应电压影响较明显的是土壤电阻率、极线间距与接地故障位置,而线路运行电压对感应电压的影响不大。比较研究了不同故障过电压仿真结果,对于雷击故障,可以用电压突变量的比值来确定故障极;对于接地故障,用分别对金属性接地和阻抗接地故障波进行小波变换分析的结果作为区分依据。最后,依据故障区分特性,提出了考虑电磁耦合的高压直流输电线路保护判据和保护整定方案,经过验证表明,所提出的保护判据可有效地区分输电线路故障。     

江陵换流站再启动情况与站间通讯间逻辑分析

通过比较分析换流站直流线路再起动保护与站间通讯中逻辑关系,找出每种工况下的再启动过程。当直流系统发生再启动时,现场能迅速而准确判断再启动保护逻辑动作正确性,以便更快地进行事故处理和故障分析。     

云广直流"6o5"行波保护动作RTDS仿真分析

针对2011年6月5日因行波保护动作发生的云广直流双极相继闭锁事故,运用RTDS故障仿真和录波回放等手段进行了分析。结果表明,在该事故中极Ⅱ因直流线路雷击短路故障,穗东、楚雄两站极Ⅱ行波保护正确动作;电磁耦合致极Ⅰ的直流电压、直流电流出现较大波动,逆变站极Ⅰ行波保护达到定值而动作。RTDS仿真测试得出结论,行波保护逆变站ΔIInv定值由-0.05改为-0.3能避免"6o5"情况下的逆变站极Ⅰ行波保护动作     

云广直流“6·5”行波保护动作RTDS仿真分析

针对2011年6月5日因行波保护动作发生的云广直流双极相继闭锁事故,运用RTDS故障仿真和录波回放等手段进行了分析.结果表明,在该事故中极Ⅱ因直流线路雷击短路故障,穗东、楚雄两站极Ⅱ行波保护正确动作;电磁耦合致极Ⅰ的直流电压、直流电流出现较大波动,逆变站极Ⅰ行波保护达到定值而动作.RTDS仿真测试得出结论,行波保护逆变站△Ⅱnv定值由-0.05改为-0.3能避免“6·5”情况下的逆变站极Ⅰ行波保护动作.     

基于暂态功率的高压直流线路单端量保护

针对传统高压直流单端量保护存在可靠性较低的问题,通过计及直流边界、线路频变等因素影响,研究了高压直流线路暂态功率故障特性,提出了基于暂态功率的单端量保护方案。根据暂态功率在正方向区内外故障的频率段差异性,利用高低频段暂态能量比值,构成边界保护元件;针对利用暂态功率频率衰减特征无法区分正反方向故障的局限性,利用暂态功率极性构造方向辅助判据。结合保护启动元件和故障选极元件构成基于暂态功率的单端量保护方案。仿真结果表明,该保护方案能够快速有效地区分直流线路区内外故障,具有一定的抗过渡电阻性能及抗干扰能力,可靠性较高。     

基于RTDS的“1.15”高肇直流极2闭锁事故仿真

基于实时数字仿真器(real time digital simulator,RTDS)搭建了仿真模型,并将RTDS与实际直流输电控制及保护装置连接,建立了交直流混合系统实时仿真实验平台。在此基础上,针对“1.15”高肇直流极2闭锁事故进行了仿真研究,成功地再现了实际故障过程,并分析了事故发生的真正原因：直流极控装置误将瞬时故障检测为永久故障,终止直流线路重启;并提出了合理的改进措施：修改极控装置中接地检测故障装置和直流线路重启去游离时间。     

MMC-HVDC直流极保护对启动过程故障的适应性研究

目前国内外对基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)直流极保护原理与保护定值的研究均针对系统正常运行方式,鲜有针对启动过程的适应性分析。对MMC-HVDC系统启动动态过程进行了理论描述,详细分析了启动过程发生直流双极短路与单极接地故障时的故障特性。针对MMC-HVDC系统典型直流极保护,研究了启动过程故障与正常运行阶段故障时保护特征量的差异以及典型保护对启动过程故障的适应性。基于MMC-HVDC的详细电磁暂态模型,仿真启动过程和正常运行阶段发生双极短路与单极接地故障,验证了启动过程故障特性分析及典型保护对启动过程适应性分析的正确性,并对保护整定计算提出了新的建议。     

基于MMC的电力电子变压器保护系统研究*

介绍了基于MMC的电力电子变压器主电路拓扑及运行原理;对其可能出现的故障类型配置了相应的故障量测点以及保护方法;对MMC型电力电子变压器中存在的特殊故障及保护问题进行了详细分析,包括交流输入侧接地电阻的选择对交流侧接地故障和直流侧单极接地故障的影响,直流双极短路故障发生后采用具有直流故障电流抑制能力的箝位双子模块替换半桥子模块之后产生的过电压问题,以及电力电子变压器隔离级串联电容迅速放电产生冲击过电流问题;针对以上问题提出了相应的保护应对策略,并通过PSCAD仿真证明了所提策略的正确性和有效性。     

多端柔性直流配电网高频功率相关性纵联保护方法

直流线路保护是保障多端柔性直流配电网系统安全稳定运行的关键,主要技术难点在于故障区段的准确识别和快速隔离。文中分析了故障后直流配电网中暂态高频分量的分布特点,提出一种基于高频功率的直流线路纵联保护方法。利用故障前后高频功率的幅值变化,提出保护快速启动判据。利用不同故障情形下线路两侧高频功率线性关系和相关系数的差异,提出基于线路两侧高频功率相关系数的故障识别和选极判据。基于MATLAB/Simulink建立多端柔性直流配电网模型,仿真结果表明所提保护方法可快速、准确地判断故障线路和故障极,灵敏度与可靠性高,阈值易设定且相邻线路保护无须配合,对双端数据同步要求较低,不受系统运行方式影响和网络拓扑的限制,且具备良好的抗过渡电阻能力。     

三广直流工程融冰运行方式仿真试验

三广直流工程的直流线路必须考虑合适的防冰对策。文章借助于实时数字仿真器与直流控制保护仿真系统模拟了三广直流工程的各种运行方式,提出了采用一极功率正送、另一极功率反送的融冰运行方式。该融冰运行方式不需要改动主接线方式,也无需修改直流控制保护系统的软硬件系统。仿真结果表明,该运行方式可在与交流系统交换有功功率较小的情况下达到融冰的效果,符合冬季调度方式的要求。     

采用电流突变量夹角余弦的直流电网线路纵联保护方法

直流线路的保护是多端柔性直流电网发展面临的关键问题之一。文中针对现有纵联电流差动保护存在的问题,提出了一种采用电流突变量夹角余弦值的纵联保护方法,它利用线路两端电流突变量计算夹角余弦值从而进行区内、外故障判断。区内故障时,线路两端电流突变量方向相反,夹角余弦值为负值;区外故障时,线路两端电流突变量方向相同,夹角余弦值为正值。保护方法采用改进电压梯度法快速启动,并利用正、负极电压比值来识别故障极。仿真表明,所提出的保护方法不仅可以可靠识别区内、外故障,同时具有较强的耐过渡电阻能力且不易受线路分布电容电流的影响。     

直流输电系统再启动功能改进措施

在高压直流长距离输电中,直流线路发生故障的概率较高,完善和合理使用再启动功能对提高直流输电系统的可用率意义重大。结合南方电网公司和国家电网公司直流工程的运行情况,分析了目前直流线路故障再启动功能现状,发现存在正常双极运行时负极再启动功能退出、可重启的故障范围小等问题。提出了改进建议:完善直流控制系统软件,加强两极之间再启动功能协调配合,在一极事故闭锁、直流线路故障及再启动期间,暂时闭锁另一极的再启动功能,防止两极同时或相继重启,避免因控制软件限制再启动功能的投入。并提出接地极线路接地故障和金属回线故障时,相应的接地极线路不平衡保护（GR模式）和直流线路横差保护的出口方式应由极闭锁调整为直流再启动。     

±500kV直流输电线路暂态故障监测装置的设计与应用

高压直流输电系统因暂态过程导致故障或停运时,目前所采用的录波仪只能记录极线电压和电流,无法提供相关的高频故障波形信息以实现故障的快速识别,不利于迅速排除故障和恢复送电。为了监测直流输电线路上的高频暂态故障行波和雷电侵入波,文中研制了可直接安装于±500kV直流导线上的暂态故障监测装置,设计了适用于直流线路的新型供电系统、高频传感器、数据采集与传输单元等,并进行了现场应用,监测到的雷电波形数据与雷电定位系统进行对比后验证了装置的有效性和可靠性,可为直流输电系统暂态故障的监测、识别和复现提供技术手段。     

基于电压源型换流器的柔性直流系统快速方向保护

基于电压源型换流器的直流配电系统发生故障时,故障电流具有速度快、峰值大的特点,对保护速动性与可靠性要求高。针对典型环状直流配电系统,研究了保护正、反方向发生故障时的差异特征。在此基础上,提取直流侧并联电容电压与线路电流在保护正、反方向发生故障时的相关性特征,提出并设计了一种直流线路快速方向保护新原理。该原理具有动作速度快、选择性高、抗过渡电阻能力较强等特点。在PSCAD中搭建了四端环状直流配电系统,大量仿真算例验证了所提保护原理的可行性与优越性。