高壓輸電線路超高速縱聯(lián)保護(hù)方法研究.pdf

1、高壓輸電線路是電網(wǎng)的骨干，承擔(dān)著傳輸電能的重任。在輸電線路發(fā)生故障后，保護(hù)裝置應(yīng)快速可靠動(dòng)作，縮短故障切除時(shí)間，以保證電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定。傳統(tǒng)基于工頻量的保護(hù)受原理限制其動(dòng)作速度較慢，不滿足快速切除故障的要求?；跁簯B(tài)量的保護(hù)因其可以實(shí)現(xiàn)超高速保護(hù)動(dòng)作而受到人們的廣泛關(guān)注，但現(xiàn)有的超高速保護(hù)普遍存在可靠性不高的問(wèn)題，阻礙了其實(shí)用化進(jìn)程。為此，本文圍繞高壓輸電線路超高速縱聯(lián)保護(hù)、快速故障選相和故障定位開(kāi)展相關(guān)研究，著重解決行波方向元件受弱故障

2、、電容式電壓互感器(Capacitor Voltage Transformer，CVT)暫態(tài)傳變特性影響和固有頻率差動(dòng)保護(hù)存在盲區(qū)等問(wèn)題。論文的主要工作有:
　　(1)在解決行波方向元件受弱故障影響方面，論文提出基于S變換能量相對(duì)熵的極性比較式方向元件和幅值比較式方向元件。其中，極性比較式方向元件利用故障電壓和電流行波的S變換能量相對(duì)熵的大小來(lái)表征二者間的極性關(guān)系，進(jìn)而判斷故障方向;幅值比較式方向元件利用電壓前行波和反行波的S變換

3、能量相對(duì)熵的大小來(lái)表征二者的幅值關(guān)系，進(jìn)而判斷故障方向。兩種方向元件通過(guò)引入S變換能量相對(duì)熵來(lái)定量描述故障電壓與故障電流之間的極性和幅值差異，避免了對(duì)行波波頭極性或幅值的直接提取，在小初始角故障、高阻故障等弱故障情況下依然有良好的動(dòng)作特性。
　　(2)在解決行波方向元件受CVT暫態(tài)特性影響方面，論文分別引入故障前電壓和故障前電流作為極性比較參考量，提出了兩種基于工頻分量極性比較的方向元件。第一種方向元件利用故障前電壓和工頻故障分量

4、電流的極性關(guān)系判斷故障方向，第二種方向元件利用故障前電流和工頻故障分量電流的極性關(guān)系判斷故障方向。兩種方向元件均不依賴故障后的暫態(tài)電壓分量，從原理上避免了CVT暫態(tài)傳變特性的影響。同時(shí)，兩種方向元件利用信號(hào)間的夾角關(guān)系表征極性，與信號(hào)幅值無(wú)關(guān)，更能適應(yīng)弱故障的情況。
　　(3)在消除行波固有頻率差動(dòng)保護(hù)的盲區(qū)方面，論文分析了不同系統(tǒng)阻抗下盲區(qū)在線路上的分布，在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于電流行波固有頻率的輸電線路縱聯(lián)保護(hù)方法。該方法通

5、過(guò)分析輸電線路故障時(shí)的電流頻譜特征，用多信號(hào)分類算法得到固有頻率后，利用線路兩端固有頻率主頻差構(gòu)成保護(hù)主判據(jù)來(lái)判斷區(qū)內(nèi)、外故障，利用固有頻率的二次成分在盲區(qū)故障和區(qū)外故障時(shí)的顯著差異構(gòu)成輔助判據(jù)，以區(qū)分盲區(qū)故障與區(qū)外故障。仿真結(jié)果表明，該保護(hù)方法僅利用電流的固有頻率信息即可準(zhǔn)確識(shí)別區(qū)內(nèi)、外故障，有效解決了頻率差動(dòng)保護(hù)的盲區(qū)問(wèn)題。
　　(4)在快速故障選相方面，論文提出了一種基于電流模故障分量能量特征的故障選相方法。該方法利用小波分

6、解表征組合模量電流的能量，并通過(guò)比較不同組合模量電流的能量相對(duì)關(guān)系識(shí)別故障相。大量的PSCAD/EMTDC仿真試驗(yàn)結(jié)果證明:論文提出的故障選相方法在不同的故障條件下均能快速、正確地選出故障相，不會(huì)發(fā)生誤判，且具有較強(qiáng)的耐過(guò)渡電阻和噪聲干擾的能力。
　　(5)在故障定位方面，論文考慮將行波固有頻率定位方法拓展至含串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)妮旊娋€路故障定位中，在分析串補(bǔ)電容及其保護(hù)裝置對(duì)固有頻率提取和邊界條件的影響的基礎(chǔ)上，提出了基于固有頻率的串

7、補(bǔ)線路定位方法。該方法首先利用單端電流頻率信息判斷故障點(diǎn)與串聯(lián)電容的相對(duì)位置，對(duì)于發(fā)生在串聯(lián)電容后的故障，需要考慮串聯(lián)電容處的折反射對(duì)定位算法的影響，然后依據(jù)故障距離與固有頻率、邊界條件間的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行精確定位。仿真結(jié)果表明該方法不受故障距離、故障類型和過(guò)渡電阻的影響，具有良好的定位精度和適應(yīng)性。
　　論文所做的理論研究和仿真結(jié)果表明，本文形成了一個(gè)包括高壓輸電線路區(qū)內(nèi)外故障判別、故障類型識(shí)別以及故障定位的保護(hù)理論體系，切實(shí)提高了