基于故障暫態(tài)信息的高壓輸電線路相差高頻保護(hù)的研究.pdf

1、隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大以及西電東送戰(zhàn)略方案的提出與實(shí)施，電力系統(tǒng)對繼電保護(hù)，特別是輸電線路的繼電保護(hù)提出了更高的要求，即要求其具有更高的動(dòng)作可靠性以及更短的故障切除時(shí)間。當(dāng)輸電線路發(fā)生故障時(shí)，故障產(chǎn)生的暫態(tài)高頻信息包含了大量的故障特征信息，利用這些信息量可以設(shè)計(jì)出新的線路保護(hù)方案。但是由于故障高頻信息的范圍很廣泛，如何提取并利用其進(jìn)行新原理的研究，以及解決其實(shí)用化的關(guān)鍵技術(shù)，目前仍處于探索階段。 本文基于故障暫態(tài)量信息，利用多種

2、數(shù)學(xué)工具對故障暫態(tài)信號進(jìn)行信號的特征提取及特征信息的融合，從實(shí)用的角度出發(fā)，提出了一種新的線路繼電保護(hù)方案，研制出樣機(jī)并通過了動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。主要完成的研究工作包括以下幾個(gè)方面： 1、對超高壓輸電線路故障時(shí)產(chǎn)生的暫態(tài)分量特性進(jìn)行了分析。以超高壓輸電線路分布參數(shù)模型結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，首先利用長線方程對其進(jìn)行理論分析，并根據(jù)故障疊加原理分析計(jì)算線路故障暫態(tài)過渡過程中所出現(xiàn)的暫態(tài)分量，在此基礎(chǔ)上，利用電磁暫態(tài)仿真程序?qū)Σ煌收蠗l件下線路出

3、現(xiàn)的故障暫態(tài)分量進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，對這些暫態(tài)分量的大小及故障后的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行研究，仿真計(jì)算結(jié)果表明故障產(chǎn)生的暫態(tài)分量的頻譜范圍是很廣泛的，并且次高頻部分的含量比較大，且持續(xù)時(shí)間也相對較長，完全可以用來進(jìn)行故障特征分析； 2、提出了基于故障暫態(tài)高頻電流信號的新型相差保護(hù)方案。選取故障時(shí)產(chǎn)生的高頻電流信號作為保護(hù)判據(jù)的分析量，根據(jù)線路區(qū)內(nèi)故障時(shí)線路兩端暫態(tài)電流的方向相同，而區(qū)外故障時(shí)兩端電流方向相反的特征進(jìn)行線路故障單元保護(hù)，其中線路

4、兩端故障暫態(tài)電流的相位采用利用新一代信號處理工具——小波變換(復(fù)小波)進(jìn)行計(jì)算。討論了保護(hù)方案中所用到的相位差閾值及時(shí)間閾值的設(shè)定，并最終建立了明確的保護(hù)判據(jù)公式。該保護(hù)判據(jù)的性能具有動(dòng)作迅速、耐受接地過渡電阻能力強(qiáng)及不受系統(tǒng)運(yùn)行條件變化的影響等優(yōu)點(diǎn)； 3、對新型保護(hù)判據(jù)動(dòng)作判據(jù)的可靠性進(jìn)行了分析。詳細(xì)分析了新型相差保護(hù)在各種情況下的動(dòng)作可靠性，對單相故障切除后，系統(tǒng)處于兩相運(yùn)行方式下的保護(hù)特性進(jìn)行了分析，討論了線路空載合閘以及

5、保護(hù)在線路單相重合閘時(shí)的動(dòng)作可靠性，還分析了長距離輸電電容電流對保護(hù)特性的影響，對保護(hù)在某些情況下的誤動(dòng)問題文章提出了相應(yīng)的解決方法； 4、提出了基于故障暫態(tài)高頻電流信號的新型相差保護(hù)方案。以故障時(shí)產(chǎn)生的高頻電流信號作為保護(hù)判據(jù)的分析量，利用新一代信號處理工具一一復(fù)小波變換作為分析工具，提取出線路兩端的故障暫態(tài)電流信號的相位。研究表明，線路區(qū)內(nèi)故障時(shí)兩端高頻電流的相位相同，而區(qū)外故障時(shí)兩端相位相反，這一明顯特征為故障識別提供了可

6、靠依據(jù)。論文對新保護(hù)方法中所用到的相位閾值及時(shí)間閾值設(shè)定進(jìn)行了詳細(xì)的分析，提出了新的保護(hù)判據(jù)。由于利用故障產(chǎn)生的暫態(tài)電量作為故障分析依據(jù)，因而保護(hù)判據(jù)的性能具有不受系統(tǒng)運(yùn)行變化影響的特點(diǎn)。仿真試驗(yàn)表明此種保護(hù)方法在系統(tǒng)重負(fù)荷、系統(tǒng)非全相運(yùn)行等條件下具有很好的保護(hù)特性，并具有很高的耐受過渡電阻的能力。此外，論文對新保護(hù)方案與傳統(tǒng)保護(hù)方法進(jìn)行了對比分析，討論了新方案在各種非正常情況下的動(dòng)作可靠性問題。 5、提出了一種基于故障暫態(tài)信息

7、和自諧振神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(ARTNN)的快速故障選相方案。首先利用故障產(chǎn)生的暫態(tài)高頻電流分量，從能量的觀點(diǎn)出發(fā)，利用模量變換和小波變換得到暫態(tài)電流高頻模分量的小波能量函數(shù)值。理論分析和大量的仿真試驗(yàn)均表明，模量小波能量函數(shù)與故障類型之間具有明顯的特征關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，論文提出了基于故障暫態(tài)分量能量的快速選相元件，能夠在故障后4ms時(shí)間段內(nèi)選出故障相。為提高選相元件的可靠性和自適應(yīng)性，在分析研究各種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了基于自諧振神

8、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和故障暫態(tài)分量的綜合型選相元件。ATP仿真試驗(yàn)表明，新型選相元件具有選相準(zhǔn)確、動(dòng)作快速的優(yōu)點(diǎn)，而且其選相性能不受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響。 6、為了實(shí)現(xiàn)論文提出的新型線路相差保護(hù)及故障選相方案，設(shè)計(jì)了一種基于數(shù)字信號處理芯片的微機(jī)線路保護(hù)裝置，并通過了動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)驗(yàn)證。該保護(hù)裝置采用32位內(nèi)核16位總線結(jié)構(gòu)的DSP芯片TMS320F206作為主處理器，并且采用可編程邏輯芯片CPLD進(jìn)行邏輯控制，使得整個(gè)保護(hù)裝置的電路結(jié)構(gòu)