光学电流互感器关键技术研究

以光学互感器瞬时值测量的"迅捷、同步和高分辨率"为需求,对光学互感器温度特性、温度补偿技术及光学互感器抗振技术进行了研究,经过试验和对比测试分析,提出了对应的改进措施。采用反射式光路结构,以HB Spun光纤为Faraday传感材料,利用柔性支撑工艺技术制成传感光纤环,设计了全光纤电流互感器的结构方案,并优化了检测电路设计。研制了高精度、柔性结构暂态全光纤电流互感器。测试结果表明,全光纤电流互感器在-40~70℃全温度范围内准确度达到0.2级。

就地化分布式变压器保护方案研究

提出了一种适合就地化变压器保护的有主分布式环形网络及其同步方案,按断路器配置保护子机,变压器本体子机兼作保护主机,直接采用常规采样、常规跳闸模式,对外连接全部采用预制的航空插头。主变本体子机利用IEEE 1588网络对时协议实现各侧子机模拟量的同步采集,各侧子机采样数据发送到主变本体子机,由主变本体子机完成全部保护及MMS通信等功能。保护动作后,主变本体子机发出GOOSE跳闸命令,各侧子机收到GOOSE命令后跳开本侧开关。此方案可以使110 k V及以上电压等级变电站所有保护装置满足就地化安装的要求,取消保护小室,减少新建变电站占地面积。

新一代智能变电站控制保护一体化智能终端研究与开发

适应新一代智能变电站对二次设备功能一体化的要求,对集成保护控制功能的智能变电站一体化智能终端进行研究。结合间隔层和过程层二次设备的工程配置,对一体化智能终端的接口标准化、功能整合、信息共享、整装置的即插即用、软硬件集成以及可靠性设计等进行研究。依托新一代智能变电站层次化保护系统体系架构,提出一种实现间隔功能自治的一体化装置设计方案。采用多CPU信息融合与高速交互技术,在一套装置中集成了合并单元、智能终端、测控和保护装置的功能。基于紧凑型设计原则开发了适用于220 k V线路间隔的智能变电站控制保护一体化智能终端样机。通过测试验证,表明方案能减少二次设备数量,简化智能变电站系统架构。

特高压输电线路保护故障测距的应用研究

皖电东送淮南至上海特高压交流输电示范工程中采用双回线同杆并架工程方案。同杆并架双回线由于存在线间互感,导致线路保护中阶段式距离保护在阻抗测量方面存在问题,实际应用中可采用缩短保护范围的定值整定方法。但基于单回线测量阻抗原理的常规输电线路故障测距同样受互感的影响,特高压输电线路在故障时非常严重的暂态过程会给故障测距带来较大误差。建模仿真分析了线间互感及特高压输电线路的暂态过程对常规故障测距的影响,提出采用基于负序故障分量的分布参数双端测距原理的总体实现方案,从工程应用的角度出发测距方案采用单回线的信息,方案考虑特高压输电线路故障特征及满足故障测距原理的需要,提出基于"海明窗"级联式数字滤波器的故障测距算法,通过RTDS/Matlab建立皖电东送特高压输电线路仿真模型。仿真结果表明,所提出的测距方案不受同杆互感的影响、不受过渡电阻的影响,有效克服了特高压输电线路故障时暂态过程对测距算法的影响。

微电网系统控制器的研发及实际应用

介绍了微电网概念的出现背景、研究现状和国家电网公司河南微电网示范系统的总体框架。微电网系统控制器在该试点工程中承担微电网和大电网的联结控制作用,结合相应的二次设备完成微电网并网到离网,离网到并网的平滑过渡。该装置主要完成的功能包括:孤岛检测功能、自动同期并网功能和保护测控功能。总结提炼了该装置的实现原理及相关判据。最后,在依托该项目的成果的基础上,提出了今后的研究重点和难点。

一种应用于第三代智能变电站主设备就地模块的研究及开发

为解决智能变电站"三层两网"系统架构中过程层产品数量多,影响大,配置复杂及出现故障影响范围广等问题,对当前的智能变电站"三层两网"的架构进行分析,给出了第三代智能变电站的"两层一网"的系统架构设计。结合"两层一网"对过程层主设备就地模块关键技术进行研究,提出了一种基于"两层一网"系统架构下的第三代智能变电站的主设备就地模块设计方案,方案中的主设备就地模块替代了原过程层的合并单元、智能终端,同一次设备同体安装就地化设计。同时给出主设备就地模块的免配置方案、环网物理链路监视、多路SV级联数据自动切换等关键技术及其软硬件架构设计。经权威机构检测,完全满足IEC 61850标准,功能简单,性能优良,可靠性高,实现了一次设备智能化,减轻了运维负担,提高系统的可靠性,有广泛推广的现实意义。

利用站域信息的智能变电站变压器后备保护方案

采用复压过流原理的变压器后备保护方案存在灵敏度不足、整定配合复杂、故障切除延时过长等问题。提出在智能变电站中采用主后备分离模式的变压器保护配置方案。单独配置的后备保护,利用站域共享信息,以方向比较原理为基础确定故障位置,实现对变压器内部故障、中低压母线故障、死区故障和断路器失灵的后备保护功能。对于不对称故障采用负序、零序方向元件,对于三相故障采用基于正序电流幅值相位比较的方向元件。通过在PSCAD中建立典型的110 k V变电站模型,对于各种故障类型进行仿真,验证了所研究的后备保护方案的有效性。

利用波前信息的直流输电线路超高速保护原理

高压直流输电对继电保护的快速动作提出要求。直流输电线路发生故障后,故障点电气量产生大量高频信号并向线路两端传播,受到输电线路参数频变特性的影响,保护测得的故障高频信号中包含故障信息。基于输电线路参数频变特性和故障点行波宽频特性分析了行波波前包含的故障信息,得出了故障零模电流行波波前形状变化程度与故障距离有关,故障零模电流行波波前幅值和过渡电阻有关的结论,据此提出了一种利用波形相关系数的直流输电线路超高速保护原理。仿真验证了该原理的快速性、可靠性和高耐过渡电阻能力。

同塔双回线零序电压补偿分析

零序电压补偿能够解决单回线系统中零序电压灵敏度不足的问题,但会对同塔双回线系统中健全线的零序方向元件造成不利的影响。通过对比分析不同连接方式下补偿前后健全线零序电压和电流的相位关系,得出了零序电压补偿对于健全线零序方向元件的影响。即单端电气连接且弱磁强电的情况下,原先判出反向故障的一侧零序方向元件会误判为正向故障;其他情况下,原先判出正向故障的一侧仍判为正向故障,原先判出反向故障的一侧不启动。PSCAD仿真结果验证了理论分析的正确性。

基于高性能FPGA的合并单元设计与实现

介绍了在合并单元功能实现中FPGA高实时性、高精度、高可靠性的应用,重点介绍了采用FPGA实现合并单元点对点SV报文收发的方法,通过FPGA实现合并单元时间同步及守时的原理及方法。在点对点SV报文收发过程中,FPGA控制DM9000C,将接收到的SV报文放在FIFO中缓存,并通过内部定时器对接收的报文打时标,在SV报文接收的间隙,FPGA配合CPU精确地控制SV报文的发送时间,保证其离散性控制在100 ns以内。在对时状态下,通过FPGA解析B码和和1588对时信息,保持合并单元的时间同步,并采用跟随算法记录秒脉冲时间间隔。在丢失外部同步信号时,FPGA时间同步模块无缝切换到守时状态,并能在长时间内保证合并单元的守时精度。

减小电压暂降深度及持续时间的单相重合闸时序方案

为了减轻单相重合闸重合失败时敏感负荷的电压暂降深度及持续时间,提出一种单相重合闸时序方案。当线路发生单相接地故障且两侧保护动作跳开故障相断路器,利用故障分量概念构建故障附加状态网络,在线路两端分别接入附加电源,计算敏感负荷节点的故障分量电压。依据敏感负荷节点故障分量电压幅值大小确定重合闸时序,幅值小的一侧先重合。线路先重合侧重合后,后重合侧利用线路电压幅值大小判别是否开放重合闸。PSCAD/EMTDC仿真结果表明该方法不受过渡电阻和故障位置的影响,能够改善敏感负荷的电压电能质量。

利用相电流突变防止零序方向元件误动的方法

弱电强磁情况下相邻回线间互感是造成零序方向元件误动的根本原因。文中分析了零序方向元件正确工作的条件,对比了零序方向元件正确动作与误动作情况下该回线电气量的特征差异,得出了误动线路的三相电流具有相同突变的故障特征。在此基础上利用模型误差识别三相电流相同突变特征,提出了一种防止零序方向元件误动的方法。通过PSCAD建立同塔双回线路模型进行仿真验证,仿真结果表明:文中方法能够可靠闭锁相邻回线短路、断线情况下健全线路的零序方向元件,不会闭锁该线路故障情况下的零序方向元件。所述方法具有识别弱电强磁环境下相邻回线互感的能力,提高了零序方向元件的适应性,具有实用价值。

面向应用的在线定制式就地化保护选配功能设计

介绍了国家电网推出高压电网继电保护装置标准化设计规范的初衷,分析了因标准化设计而衍生的选配功能。介绍了目前广泛采用的基于离线文件管理的选配功能方案设计,提出了该方案在应用于就地化保护时所带来的工程应用和管理方面的新问题。给出了基于远程定值整定模式的在线定制式选配功能实现方案,并结合保护装置的具体设计分别从人机交互模块定制、保护功能模块定制、通信建模定制、数据与量值的定制、在线重构过程中的特殊处理等几个方面对在线定制系统的功能设计进行了详细论述。最后论述了在线定制式选配系统相对于离线式配置文件在测试和管理方面的优势,并给出了该定制系统具体的测试方案。

交流特高压变电站站用变保护技术方案

特高压交流变电站站用电系统通常采用2级降压的方式,2级串联变压器的主保护差动需引接110 kV和380 V侧的CT电流。在低压侧故障时,低压侧电流有几十千安培,而折算到高压侧仅几百安培,由于两侧电流数据相差较大,给站用变的CT选型及站用变保护的配置、原理、整定带来一些问题。通过研究"皖电东送"特高压工程的淮南变电站低压侧设备配置方案和接线方式,结合实际工程情况及设备参数,分析了特高压交流变电站站用变保护的特殊问题。提出采用一套保护装置中配置双套电流转换插件及两套差动保护、后备保护的技术方案,并建立动模系统验证了该原理方案的可行性。

输电线路光差动保护初探

全光纤电流互感器是通过Faraday磁光效应测量载流导体中电流,不存在磁饱和、测量范围广、线性度好。由于载流导体中电流磁场效应可以叠加,可将输电线路差动电流测量转换为利用光学器件在光路层面直接进行Faraday磁光效应偏转角的运算,不需要繁复的对时就可直接获得线路两端电流差值,在此基础上构成光差动保护。在PSCAD中搭建光差动保护模型,仿真结果表明光差动保护测量差流能够反映实际差流变化情况,采用固定门槛值的光差动保护对区内故障具有较高的灵敏度,在区外故障时具有一定的可靠性。

1000kV特高压调压补偿变压器保护方案

对1 000kV特高压调压补偿变压器的结构和调压实现原理进行了分析,提出了一套调压补偿变压器保护配置方案;对1 000kV特高压调压变压器现场误动波形数据进行分析与研究,调压变压器保护涌流不仅二次谐波含量小于经验值,涌流间断角特征也不明显,导致差动保护误动。基于1 000kV特高压调压变压器的涌流特性,提出一种混合涌流识别方案。通过实时数字仿真系统(RTDS),验证了混合涌流识别方案适合调压补偿变压器保护配置方案。

带并联电抗器输电线路三相跳闸后的模电流频率分析

利用瞬时性和永久性故障时故障端口的边界条件,由相模变换得到了时域和复频域的复合模网络,进而分析得到了并联电抗器模电流中的低频振荡频率。理论分析及仿真表明:在两侧全跳闸之前,并联电抗器模电流中存在工频分量;两侧均跳闸后,工频分量消失。此后,若该故障为永久性,并联电抗器模电流的振荡频率与故障类型有关,可能不存在低频成分,或者含有1种甚至2种低频成分;若该故障为瞬时性且故障点已熄弧,并联电抗器各模电流仅含1种低频成分;不同故障性质下的振荡频率基本不受故障位置和过渡电阻的影响。该分析结果可用于构造基于并联电抗器模电流频率特性的三相重合闸故障性质识别判据。

基于同向量电流选相的电流平衡保护研究

针对传统平行双回线路电流平衡保护不能反应跨线故障的问题,提出了基于同向量电流选相的电流平衡保护方案。首先利用同向量电流突变量实现故障选相,并给出了两相短路与三相短路的判别方法。然后利用反向量与同向量的幅值比判别故障相是否为跨线故障。对于跨线故障相,利用单回线距离保护判别故障区域;对于单回线故障相,利用同名相电流的幅值大小进行选线跳闸。利用六序故障分量法分析了各种故障情况下的选相判据以及保护判据,并给出了保护流程。最后理论分析和ATP-EMTP仿真结果均验证了方案的正确性和有效性。该方案能够反应跨线故障,保护性能得到了改善。

基于波形系数方程识别智能变电站采样值数据失效的方法研究

通过分析智能变电站异常失效数据及电力系统故障时数据的区别,提出了一种基于波形系数方程识别智能变电站采样值数据失效的方法。通过建立故障时保护模型,选取对应保护的波形系数方程,依据波形系数方程计算的数值选取不同的阈值可快速闭锁相应差动、距离及零序保护,从而躲过电子互感器异常时造成的波形畸变。通过RTDS建立典型750k V输电线路模型进行故障数据的仿真验证,仿真验证结果表明波形系数方程识别方法可以有效识别正常故障数据,并以某次实际发生的设备异常后的数据为例验证了波形系数方程识别方法的有效性。

减小电压暂降深度的三相重合闸时序研究

为了减轻三相重合闸重合失败时敏感负荷母线处的电压暂降深度,提出一种确定三相重合闸时序的方法。当线路故障、两侧保护动作跳开三相断路器后,基于故障分量的概念构建故障附加状态网络,在线路两端分别接入附加电源,计算2种情况下敏感负荷母线的故障分量电压。依据该故障分量电压幅值大小确定重合闸时序,令幅值小的一侧为检无压侧。通过PSCAD/EMTDC软件建立IEEE 39系统进行仿真计算,并考虑了不同故障类型、故障位置及过渡电阻等因素对重合闸时序的影响,结果表明该方法能够改善敏感负荷的电压质量,并且不需要增加投资。