构网控制目标下系统故障特征及保护性能

分析了构网目标下的典型同步控制及故障穿越策略,提出了构网型变流器在故障分析时的等效电路。在此基础上,在相量平面分析了含构网型变流器系统稳态运行及各类故障工况下的电气量特征,指出构网控制目标下的故障特征与传统同步机系统的异同。重点针对当前电网中主流配置的电流差动保护与距离保护开展构网控制目标下的动作性能评估,并通过构建PSCAD仿真模型验证理论研究结果。分析表明,相比于传统跟网型控制,构网变流器控制技术通过模拟同步发电机的基本特性,为系统中的继电保护创造了一个相对良好的运行环境,有利于提高保护整体动作性能。

适用于严苛正序助增系数计算的故障位置快速选取方法

针对相间距离保护整定计算中严苛正序助增系数对应故障位置的选取效率较低及精度不足的问题,提出适用于严苛正序助增系数计算的故障位置快速选取方法。首先,基于节点阻抗矩阵及矩阵元素的修改公式,推导了正序助增系数表达式,整理得到13类正序助增系数随故障位置移动的可能变化趋势。然后,通过研究正序助增系数随故障位置移动的变化规律,得到5条严苛正序助增系数对应故障位置的选取判据,提出一种适用于各类复杂网络结构的故障位置快速选取方法。最后,通过IEEE多节点标准测试系统验证了所提方法的有效性。故障位置选取精度高于规程选取方法,选取效率高于多点选取方法。

应对变电站二次直流失电的超高压输电线路相间保护方案

变电站二次直流失电会导致本站继电保护装置等设备失去供电电源而无法动作,本站出线发生故障时需要依靠上级变电站的远后备保护进行切除。针对变电站二次直流失电情况下超高压输电线路发生相间短路故障时保护远后备灵敏度不足的问题,提出了一种应对变电站二次直流失电的超高压输电线路相间保护方案。首先,根据超高压电网相间故障时负序电流的自然分布特性,探讨了反时限负序过流保护的远后备应用可行性和相间距离保护的补充特性,确定了相间故障远后备保护的构成思路。接着,研究了助增系数和负序电流对反时限负序过流保护整定时间定值的影响,讨论了临界助增系数的确定方法和反时限负序过流保护的时间定值整定方法。然后,提出了反时限负序过流保护为主、相间距离保护为辅的应对变电站二次直流失电的超高压输电线路相间保护方案。最后,以IEEE 39节点系统和某实际500 kV电网作为仿真算例,对所提方案的有效性进行验证。

基于高阻接地距离继电器的零序电流保护选择性提升方案

交流线路零序电流保护最末一段均采用300 A定值,存在无序跳闸风险。因此,文中提出了基于零序电抗线和非故障相极化的高阻接地距离继电器原理。继电器采用先选相、后测量的技术路线,选相元件将零序电抗线与非故障相极化方法相结合,构成多种组合判据,以分工完成选相。由于保护安装处零序电流与故障点零序电流存在相位差异,单相接地故障的故障相和相间接地故障的超前相的零序电抗线在故障点位于整定点附近时存在混叠区。区内近端、低阻单相接地故障时非故障相工作电压大幅变化,不利于区分混叠区的两类故障,故将选相元件分为低阻模块和高阻模块。低阻模块采用下偏的零序电抗线,用于识别近端、低阻故障;经低阻模块辅助后,高阻模块只需针对性处置故障点位于整定点附近的故障,可有效区分两类故障。选相完成后,通过非故障相极化的方法获得故障前工作电压,从而确定继电器的动作特性。高阻距离继电器的耐过渡电阻能力远超规程要求,提高了接地后备保护对高阻接地故障的选择性。

距离保护在双馈风电机组接入系统的应用分析

新能源的大规模接入对系统内传统继电保护的影响已经显现,部分地区继电保护在近区故障时灵敏性与可靠性下降。聚焦距离保护在双馈风电机组接入系统中的应用,对跟随型逆变器的双馈风电机组的故障特性进行分析。在假设风电机组电动势不变的情况下,通过叠加原理计算系统等值阻抗,并将电压相位突变转化为系统等值阻抗变化问题,进而分析正序电压极化阻抗继电器的行为。分别针对联络线上风电场侧和系统侧的阻抗继电器展开研究,结果表明,故障时双馈风电机组系统的等效阻抗变化会导致阻抗圆灵敏角偏移,从而使得风电场侧距离保护在正向故障时可能出现区外误动区内拒动的情况,系统侧距离保护在反向故障时可能存在误动的风险。此外,联络线上发生故障,系统等值阻抗的变化还可能导致无故障相邻线路的误动。最后,参照现场接线图搭建仿真模型,对风电场侧、系统侧和负荷侧的快速距离保护进行验证,试验结果与之前的分析结论一致。

直驱风电场送出线路的正序电压极化距离保护适用性分析

新型电力系统发展背景下,故障特性发生深刻变化,基于同步机特性设计的继电保护面临严峻挑战。文中重点讨论了永磁直驱风机大规模交流送出线路中,以正序电压为极化电压的距离保护的适用性问题。计及并网逆变器的暂态穿越控制行为,分析了永磁直驱风机的故障特征,并重点研究了永磁直驱风机接入下以正序电压作为极化电压的线路阻抗继电器动作性能,讨论了不同穿越控制策略、不同系统工况对其动作性能的影响。研究发现,风电场侧相间继电器的可靠性会受直驱风机并网逆变器的故障穿越控制影响,且在不同无功补偿策略下表现不同:“增发无功、有功置零”的穿越方式下,相间阻抗继电器的可靠性较好;“增发无功、定有功”和“增发无功、限有功”的穿越方式下,相间阻抗继电器的可靠性会显著降低。此外“,增发无功、定有功”穿越方式下,相间阻抗继电器的可靠性还与稳定运行时的系统工况有关,风电出力越多,相间继电器可靠性越低。基于实时数字仿真系统搭建典型直驱风电场并网模型,通过大量实时仿真测试验证了理论分析的正确性。

零序电流互感器配大电阻的配电网单相接地故障检测

为了简化配电网单相接地故障检测装置的构成和增强单相接地故障特征,探索了一种基于零序电流互感器配较大负载电阻的配电网单相接地故障检测方法。分析了零序电流互感器配大负载电阻时的特性,并通过仿真和实验手段验证了其正确性。在此基础上,研究了二次侧电阻的参数选取问题,探讨了所研究方法在中性点不接地配电网用户侧分界开关单相接地保护装置和变电站单相接地选线装置中的应用,结合典型例子采用数字仿真的方法验证了其可行性,并与传统方法对比分析,结果表明所论述方法在进行单相接地选线时具有故障特征更明显的特点,在实现用户侧单相接地保护时可使电路更简单。

计及故障点两侧零序电流相位差的新能源送出线路接地故障时域距离保护研究

新能源电源故障电流呈现弱馈性、强受控性并具有大量的间谐波,导致现有工频量距离保护可靠性下降,而时域距离保护主要根据方程求解故障距离,受新能源短路电流特性影响较小。针对新能源送出线路较长时,线路分布电容对零序电流相位的影响不可忽略,进而导致故障距离的计算产生较大偏差的问题,提出了一种计及故障点两侧零序电流相位差的新能源送出线路时域距离保护改进方案。首先,计及故障点两侧零序电流相位差的影响,将过渡电阻等效为过渡阻抗。然后,通过列写故障回路方程并求解故障距离,形成保护判据。最后,基于PSCAD/EMTDC大量仿真实验,验证了所提时域距离保护方案计算故障距离的误差较小,可以较好地适用于新能源经中长距离交流线路送出的场景。

单相补偿式接地距离继电器统一形式的研究

高压输电线路最常见的故障是单相接地故障。为了提高距离继电器对单相接地故障的灵敏反应能力 ,简化继电器的表达方式 ,通过分析接地距离继电器的极化量 ,提出了单相补偿式接地距离继电器的统一形式。通过改变其中参数便可构成 1 0多种常用的单相接地距离继电器。统一形式的提出有利于继电器的原理分析 ,也为继电器的现场应用提供了灵活性 ,同时为研制新的继电器提供了基础。介绍了以统一形式为基础设计出的两种新型接地距离继电器。仿真证明 ,提出的新型接地距离继电器比现有的一些继电器具有更好的性能。

自适应接地保护的研究

电网接地保护设置是电力系统继电保护的一个重要组成部分。传统继电保护的整定值是通过离线计算得到、并且在运行中保持不变 ,这就使保护装置无法达到最佳保护效果。继电保护的自适应算法能自动适应电力系统运行方式和故障类型的变化 ,在线计算并修正保护的整定值 ,使保护装置始终处于最佳工作状态。作者论述了自适应零序速断保护和接地距离保护的基本原理和实现方案 ,并同传统继电保护进行了比较 ,同时从工程应用的角度分析了实现自适应继电保护的可能性。

虚拟仪器在实验教学中的应用

介绍了虚拟仪器技术以及虚拟仪器的硬件和软件的基本构成原理,提出将虚拟仪器技术应用于电力系统继电保护实验教学中。设计了一套继电保护虚拟仪器系统,并在此基础上对零序保护和距离保护进行了仿真实验,实验结果表明,把虚拟仪器技术应用于电力系统实验教学中具有广泛的前景,是今后一段时间的发展方向。

继电保护整定计算的简化

结合河南电网 2 2 0kV线路已实现保护微机化的实际情况 ,对规程的要求和保护的实际作用进行了论证分析 ,提出了简化继电保护整定计算的方法 :取消零序Ⅰ段、简化零序Ⅳ段计算。

适应配电自动化的馈线接地保护研究

传统的基于零序电流基波、高次谐波的故障选线方法 ,测量复杂 ,可靠性不高。文中对负序电流馈线接地保护及负序电流与零序电流比较式接地保护进行了分析 ,讨论了保护判据 ,分析了保护精度 ,介绍了实现方法。该保护方法适用于各种中性点接地方式 ,便于在馈线保护中实现和在 FTU上安装。仿真分析及模拟实验表明 ,该方法能对弧光接地故障正确选线 ,抗过渡电阻能力强 。

主变压器中性点间隙击穿零序保护误动分析与建议

某地区电网110kV系统发生单相接地故障时,引起升压站110kV出线零序Ⅰ段保护越级误动作。通过故障录波图和现场勘查,发现升压站不接地变压器中性点保护间隙击穿放电是事故起因,变电站保护装置定值配合及主变压器中性点保护间隙布置方面也存在问题。对此,提出了有针对性的防误动改进措施,现场应用效果良好。

同杆双回线的六相序阻抗距离保护方案研究

指出了传统距离保护应用于同杆双回线时所存在的一些问题,如发生单回线接地故障时,由于相邻线零序电流的影响,会使测量阻抗的大小不能正确反映故障距离,导致保护拒动或超越;由于只使用单回线单侧电气量,使距离保护不能正确地反映双回线的跨线不接地故障等,提出了新型的同杆双回线的距离保护方案——基于六相序的距离保护方案,分析了六相序距离保护应用于同杆双回线时保护特性及相应的问题,并针对这些问题提出了改进方法。改进后的六相序距离保护可以很好地应用于同杆并架双回输电线路中,作为差动保护的后备保护,可以在单回线故障或跨线故障情况下正确地选择出故障线路。

同塔双回线接地距离保护零序电流补偿系数分析及整定方法改进

比较了4种典型运行方式下双回线零序补偿系数K的大小,分析了目前单、双K值整定方法的特性。分析发现:单K值整定中,当整定阻抗达到一定值时,可能导致保护误动和拒动;双K值整定针对不同段保护采用不同K值,理论上更为合理。现行双K值整定方法中,接地距离保护Ⅰ段采用的K值并非为各种运行方式下的最小K值,在双回线一端母线解列时存在误动风险,对此提出采用一回线检修运行方式下的K值和一端母线解列运行方式下的最小K值的加权平均值作为接地距离Ⅰ段零序补偿系数。仿真结果表明,改进的双K值整定方法性能优于传统单、双K值整定方法,能够兼顾接地距离保护Ⅰ段的可靠性和接地距离保护Ⅱ段的灵敏度。

超高压输电线路接地电抗继电器研究

分析了输电线路在各种运行方式情况下零序电抗继电器(即以零序电流为极化量的接地电抗继电器)的动作特性,结果表明其位于送电侧、受电侧以及线路空载时具有不同的保护性能,同时在线路出口故障时存在死区。以负序电流作为极化量,利用保护安装侧电源电压相位判定同相点,实现了接地电抗继电器的改进动作判据。新判据解决了出口高阻故障保护拒动问题,提高了受电侧或空载线路上的接地电抗继电器抗高阻故障的能力。理论分析与仿真测试验证了接地电抗继电器改进判据具有较高的可靠性与灵敏性。

接地距离继电器的误动分析及改进

分析了作为输电线路接地故障保护的接地距离继电器的动作性能;研究了在相邻线路发生接地故障且本线路无零序电流的情况下,本线路接地距离继电器误动的现象及原因,以及本线路区外相间故障时接地距离继电器受负荷电流影响发生误动的现象及原因;提出了比例特性的零序电流闭锁方案。实时数字仿真器(RTDS)仿真验证了理论分析的正确性及所述方法的有效性。

采用S变换相位差及能量相对熵的换流变零序差动保护新判据

针对换流变压器零序差动保护误动现象,提出一种采用S变换相位差及能量相对熵算法的换流变零序差动保护新判据。通过分析换流变压器区内各类故障、区外故障及外部故障切除时零序电流的特点,利用零序差动保护两侧自产零序电流和中性线上零序电流的相位和能量概率分布差异进行识别。当发生区外故障时,零序差动保护两侧零序电流的波形极为相似,其相位差和能量相对熵值都基本为0。当发生区内故障时,零序差动保护两侧零序电流相位相反且波形相似度小,其相位差接近180°且能量相对熵值增大。仿真验证表明,该判据可准确迅速识别区内与区外故障,其性能不受故障类型和过渡电阻的影响,且具有一定的抗电流互感器饱和的能力。

相间接地故障时常规选相元件动作行为分析及改进措施

针对高压线路相间接地故障时两故障相对地电阻可能不均衡的现象,通过对典型相间接地故障模型进行分析,总结出故障电流特点,并分析了此类故障情况下两种典型选相元件的动作行为。在此基础上,提出了相电流突变量的附加选相判据结合序分量的选相判据的综合选相方法。PSCAD和RTDS仿真表明两故障相对地电阻不对称的相间接地故障时,可能导致距离保护常规单独基于相间电流突变量原理和序分量原理的选相元件不正确动作,并验证了提出的综合选相方法的有效性。