微机保护技术讲座(4) 微机线路保护

0引言微机继电保护具有功能强、维护调试方便、可靠性高、便于远方监控等一系列特点,与传统继电保护相比,不论是在保护的功能,还是在保护整定的灵活性等方面都有着极大的优点,因而自问世以来就受到普遍重视与欢迎,近年来更是在国内外得到广泛应用。微机保护正向网络化、智能化、保护、控制、测量和数据通信一体化的方向发展,不仅要完成常规的保护功能,还要配合变电站自动化和馈线自动化的需要,使保护装置自身成为集保护、测量、控制、信息管理于一体的多智能终端设备。输电线路保护在继电保护中处于重要地位,且随着超高压、长距离输电线路的…     

基于配电网柔性接地控制的故障消弧与馈线保护新原理

为解决中性点非有效接地配电网中长期存在的单相接地故障消弧与保护难题,提出基于零序电压柔性控制的配电网接地故障消弧与保护新原理。在配电网发生接地故障的初始时刻,通过脉宽调制(pulse width modulation,PWM)有源逆变器注入零序电流补偿接地故障全电流,实现对零序电压的控制,促使故障点电压为0,实现瞬时故障100%消弧。接地故障发生后,经一定延时,控制电流注入,增大故障残流,精确测量零序电压和各馈线零序电流变化量,实现接地故障的动态感知和可靠保护。该技术有望降低故障建弧率,减少故障停电时间,促进配电网智能化发展。     

基于虚构诱骗陷阱的电力调度系统针对性攻击主动安全防护

作为控制电网运行的"大脑",调度自动化系统是网络攻击的高价值目标。由具有背景知识的有组织攻击方研制的针对性恶意软件,可模仿震网病毒的方式侵入调度系统发起遥控线路跳闸等选择性精确攻击。国内电力系统现有基于边界安全的纵深防护体系及在建的基于可信计算技术的防护体系均无法完全杜绝此类攻击。文中以针对性恶意软件侵入调度自动化主机不引起大停电为目标,研究基于虚构诱骗陷阱的容侵性主动安全防护作为最后一道防线。根据恶意软件可能采取的攻击策略,虚构线路作为诱骗陷阱,诱使恶意软件攻击虚构的重要元件,并在陷阱遭攻击时切换到备用调度系统以终止攻击。基于IEEE 118节点系统的仿真分析表明,虚构重要元件不但能屏蔽对真实重要元件的选择性遥控跳闸攻击,还可显著降低随机攻击的危害。     

基于注入信号法的容性设备介质损耗在线测量系统

针对介质损耗（简称介损）测量在准确度和抗干扰等方面的不足,介绍了一种基于注入信号法的介损在线高精度测量系统。该测量系统采用FPGA产生可变频的注入信号,然后利用注入信号进行系统自校正和产生介损测量信号,再结合双极性过零比较法和信号拟合技术进行介损计算。测试结果表明,该系统可有效削弱电网工频干扰和消除装置的固有测量误差,使介损在线测量的准确性和稳定性显著提高。     

配电网单相接地故障的柔性熄弧装置

现有柔性熄弧方法仅利用有源逆变器控制故障点电压为零,熄弧电源容量高达50 kVA,且体积较大。针对这一问题,在电压熄弧的基础上,提出了功率源转换与有源逆变器结合的柔性熄弧方法。在配电网发生单相接地故障时,通过功率源转换将中性点电压反相钳位到接近于故障相电源电压,偏差电压的幅值和相位通过有源逆变器进行精确补偿,使故障点电压远小于熄弧电压,实现快速熄弧。在利用Matlab/Simulink对传统消弧线圈的仿真基础上,仿真了仅投功率源转换、功率源转换结合有源逆变器的柔性熄弧方法在各工况下的运行特性。通过10 kV真型配网实验场,验证了该方法的有效性。结果表明该柔性熄弧装置可以有效降低故障点电压,实现快速熄弧,大大降低有源逆变器的容量。     

基于行波全波形主频分量的单端定位方法研究

针对线路参数依频变化导致的时域行波波头畸变无法精确标定,传输波速无法准确计算的难题,提出一种基于行波全波形主频分量的单端定位方法。该方法选取广义Morse小波刻画故障行波的时频谱,获得行波全波形,多维度展现故障信息;定性分析行波波头衰减和传输波速的依频变化特性;定量计算全波形各频段能量,提取能量最大的频段,作为行波全波形主频分量;利用Teager能量算子增强波头突变特征,精确标定行波全波形主频分量下初始波头和第二反射波头对应时刻,准确计算主频分量对应的传播速度,实现基于行波全波形主频分量的单端行波定位。PSCAD仿真结果表明,所提定位方法具有较强的算法适应性,通过提高波头标定精度和传输波速计算准确性,有效提升单端行波定位方法的可靠性与精度,定位绝对误差小于120m。     

基于行波技术的电力线路绝缘预警系统及其现场试验

绝大部分电力线路故障由绝缘问题引起,针对目前电力部门应对绝缘故障的主要方式为事故后被动检修的问题,开发了一种基于行波技术的电力线路绝缘故障预警系统,以消除萌芽状态中的绝缘故障。首先,分析了绝缘子的劣化过程和污闪机理;其次,基于绝缘故障预警原理,设计了一种基于行波技术的电力线路绝缘故障预警系统;最后对该系统进行了现场试验。现场试验表明:电力线路绝缘故障预警系统可以高灵敏度的对绝缘子局部放电现象提供预警;且对局部放电的绝缘子定位精度高,平均误差为16. 6 m,可满足现场运行要求。     

配电网接地故障相主动降压消弧成套装置及其现场试验

中性点非有效接地配电网易发生间歇性弧光接地故障,产生过电压,危及人身设备安全,甚至引发电缆通道火灾。针对该问题,提出了接地故障相主动降压消弧控制原理与技术,研发了成套装置,通过灵活调控零序电压,控制故障点电压低于故障电弧重燃电压,强迫故障电弧自行熄灭,实现间歇性弧光接地故障的不停电消除,且有效抑制过电压。通过大量实验室测试、实际变电站实测与运行,验证了接地故障相主动降压消弧技术的正确性和可行性。     

基于相电压差值极性的配电网单相接地故障检测方法

针对现有配电网自动化设备和方法难以快速准确检测线路单相接地故障的问题,提出一种基于相电压差值极性的配电网单相接地故障检测方法。通过分析配电网线路单相接地故障时的电压幅值特征,考虑中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统的区别,揭示线路单相接地故障时故障相与非故障相的电压幅值关系。利用故障相与非故障相的电压幅值特性,定义线路的电压差值极性系数,建立相应的单相接地故障检测判据,实现线路单相接地故障的快速检测。仿真结果表明,所提方法能够有效检测线路单相接地故障,检测结果不受中性点接地方式、负荷波动和故障角度的影响,具有较好的抗高阻故障能力。现场试验表明,所提方法可在3 ms内检测线路是否发生单相接地故障,可有效检测2.5 k过渡电阻的单相接地故障,具有较好的工程适用性。     

基于零序电流幅值比倍增系数的灵活接地系统故障选线方法

针对灵活接地系统高阻接地故障选线困难的问题,提出一种基于零序电流幅值比倍增系数的灵活接地系统故障选线方法。首先,分析了系统单相接地故障时并联小电阻投入前后中性点与线路零序电流幅值比的变化特征,即：中性点与健全线路零序电流幅值比增大,而中性点与故障线路零序电流幅值比减小。其次,通过引进倍增系数定量刻画幅值比变化趋势,继而构造故障选线自适应判据。此外,利用中性点电感和电阻间接求解小电阻投入后零序电流幅值微弱的健全线路倍增系数,有效降低因零序CT精度限制所导致的选线误判概率。理论分析和仿真结果表明,该方法耐过渡电阻能力可达3000?,无需零序电压信息,可靠且适用性强。