A new principle of traveling wave differential protection on series-capacitor-compensated transmission lines

Traveling wave differential protection has the ability,in theory,to entirely eliminate the effects of distributed capacitive current,but it cannot be applied on series-capacitor-compensated lines directly.In this paper,unbalanced output of conventional forward and reverse traveling wave differential currents under normal operating conditions and external faults was analyzed.A new type of traveling wave differential current was defined by combining forward and reverse traveling wave differential currents.Expressions of the defined differential current when internal and external faults occur were deduced.On this basis,a new principle of traveling wave module differential protection on series-capacitor-compensated lines was proposed,and characteristics of module differential current under different faults were analyzed.The priniciple is immune to line distributed capacity,series capacitor positions,and presence or absence of MOV breakovers.The validity of this scheme was verified by PSACD simulations.

±800kV云广直流输电线路保护的仿真及分析

建立包含控制系统阀控制层的±800kV云广直流输电系统仿真模型,对其以电量变化率为基础的行波保护作为主保护、电流差动保护作为后备保护的直流输电线路保护进行仿真,全面检测其保护动作特性。分析指出:电压变化率判据往往无法检出高阻接地故障,且受雷击干扰、冲击电晕和谐波的影响;电流差动保护是针对直流线路高阻故障的后备保护,它采用线路两侧电流差值的幅值为动作量,为避开区外交流侧故障和采样数据波动,最长延时会达到1.1s,在此阶段若阀组保护动作,将导致该极停运。建议采用"保护原理冗余"设计,即配置2套可互为补充的不同原理的保护系统。

基于小波变换的行波差动保护

行波差动保护在原理上具有灵敏可靠及良好的选择性等优点,而且不受分布电容电流、母线结构、过渡电阻、电流互感器饱和等因素的影响。但传统的行波差动保护要求实时传送所有高速采样数据,目前的通信手段难以胜任;若降低采样频率,则保护的灵敏度和可靠性将会降低。文中在对行波的小波分析的基础上,提出了基于小波变换的行波差动保护原理和算法。新的保护仅利用行波故障信息中的关键信息——行波波头信息,显著减少了数据通信量,使之能够适应现有的通信手段,同时提高了保护的灵敏度和可靠性。分析和仿真表明该保护动作快速、灵敏、可靠,可作为超(特)高压输电线路主保护。

特高压带并联电抗器线路的行波差动保护

传统的行波差动保护无法应用于带并联电抗器特/超高压输电线路,为此给出了一种新的行波差流表达式,并据此提出一种具有轻微比例制动特性的行波差动保护实用方案。该方案能够有效地躲过各种运行工况和区外故障引起的暂态不平衡差流,同时在区内高阻故障时能够保持很高的灵敏度。理论及EMTP仿真计算表明:该方法灵敏度高,动作速度快,对装置采样和通讯速率没有过高的要求,能够在现有技术条件下实现,具有较高的实用价值。

基于贝瑞隆模型的半波长交流输电线路电流差动保护原理

半波长交流输电线路输送距离长、电压等级高,传统继电保护方案不能满足要求。文章考虑线路分布参数特性,采用均匀传输线特性方程,结合对称分量法,对半波长线路区内外故障特征进行了理论分析,仿真实验表明理论推导结果与实际情况基本相符。根据半波长线路的故障特性,文中提出一种基于贝瑞隆线路模型的适用于半波长交流输电线路的电流差动保护新策略,并应用电磁暂态仿真软件PSCAD进行了时域仿真实验,实验结果表明在各种短路故障情况下,线路发生区内短路时两侧差动电流的幅值均远大于发生区外短路时两侧差动电流的幅值,继电保护能够可靠动作。

波形比较法变压器差动保护原理

本文提出一种变压器差动保护的新原理。该原理的思路是：通过面积比较的方法，将测量到的一周波变压器差流分成两段等长度的波形，由这两段波形的相关系数和方差构成鉴别励磁涌流的判据。该原理在本质上是涌流波形的形状、大小和变化率等多种特征量的综合鉴别。仿真计算和模拟试验的结果表明，本文的原理可以采用分相制动，能够快速切除合闸时的内部故障，并且受ＣＴ饱和的影响小，因而兼有二次谐波制动原理和间断角原理的优点。保护的动作速度一般在１５ｍｓ以内。

特高压直流线路保护研究现状分析

文中以特高压直流输电线路保护为对象,分析了国内外实际工程应用中继电保护技术和原理存在的问题。行波保护作为现有特高压直流线路的主保护优势明显,但存在耐过渡电阻能力有限、对采样频率要求高等问题。微分欠压保护作为行波保护的冗余保护,缺点类似行波保护,同时缺乏整定依据等。低电压保护在耐过渡电阻能力方面较强,但其选择性较差,动作速度不够快。电流纵差保护选择性好,但由于受到线路分布电容的影响且动作时间长。文中通过梳理当前特高压直流输电线路继电保护技术进展以及存在的问题,并提出利用边界元件、特征频率、控制与保护结合等进一步的研究思路和技术展望。

行波特性分析及行波差动保护技术挑战与展望

行波差动保护以行波电气量构成,具有两个特点:行波是电压和电流的组合电气量,天然地包含了分布电容电流;行波是运动电磁场,传输时延是运动的必然属性。因此行波差动保护与电压等级、分布电容电流和线路长度无关。行波差动保护可以按照暂态电气量构成,也可以按照稳态电气量构成,前者动作速度快,后者抗干扰能力强。行波差动保护可以应用于交流线路,也可以应用于直流线路。文中首先综述了国内外行波差动保护技术的研究现状,然后系统地总结了行波特性,接着指出了行波差动保护实际应用面临的挑战,最后重点分析了行波差动保护在特高压交流输电线路、直流输电线路和半波长交流输电线路上的应用,并展望了行波差动保护的发展前景。

串联电容补偿线路行波差动保护的研究

指出传统行波差动保护应用于串联电容补偿线路时存在的问题。串联补偿电容破坏了输电线路的均匀性,但从保护安装处至串补安装点之间的线路仍然是均匀传输线,满足行波传播方程,在此基础上提出新的适用于串补线路的行波差动算法,并推导出区内外故障新算法下故障相和非故障相动作电流的表达式。在区外故障或者是区内串补安装点故障情况下,理论上新算法完全不受电容电流的影响,实现了差动保护安全性和灵敏性的统一。EMTP数字仿真验证了新算法的正确性。

柔性直流输电网线路保护配置方案

受限于直流断路器开断能力,柔性直流电网的线路保护需要具有极快的动作速度。提出了柔性直流电网线路保护配置方案：主保护采用单端量保护原理以满足动作速度的要求,同时需要采取适当的解耦措施和故障选极方法,以及雷击、噪声等干扰的识别方法,以保证保护的可靠性;后备保护采用灵敏性较高的双端纵联保护原理,包括行波差动保护和基于无功能量的方向保护,在时序上与主保护配合,同时在直流侧故障时要能够先于交流侧保护动作。比较分析了柔直电网线路保护和传统直流线路保护、交流线路保护配置方案的异同,对于我国在建的柔直电网具有重要参考价值。

特高压带并联电抗器线路的行波差动保护

由于并联电抗器两侧的电流发生变化,传统的行波差动保护无法应用于带并联电抗器的输电线路。针对这个问题,文中将基于小波变换的行波差动保护应用于带并联电抗器的线路,深入分析了带并联电抗器线路上的波过程和并联电抗器对基于小波变换的波头提取算法的影响,结果表明并联电抗器不影响行波波头大小,对波头的提取造成的误差极小,因而基于小波变换的行波差动保护能够适用于带并联电抗器的输电线路。EMTP仿真验证了该保护在带并联电抗器的输电线路上具有优良性能。

T接线路行波差动保护

由于传统的行波差动保护无法应用于T接输电线路,文中研究了一种新的行波差流表达式,理论推导了其在区内故障时的差流特征。为有效躲过线路空充等各种运行工况和区外故障引起的暂态不平衡行波差流,引入电流行波制动量,提出一种具有轻微比例制动特性的行波差动保护实用方案,在区内高阻故障时能够保持很高的灵敏度。理论分析及EMTP仿真计算表明,该方案灵敏度高,动作速度快,对装置采样和通信速率没有过高的要求,能够在现有技术条件下实现,具有较高的实用价值。

基于误差估计的变压器励磁涌流识别原理

提出了一种利用波形特征来区分励磁涌流和内部故障新方法。该方法利用励磁涌流为具有间断角的尖顶波这一特征,通过比较半个周期时间窗内的实际波形与两个不同频率的参考波型的相似程度来区分励磁涌流和区内故障。动模实验表明:该方法能够快速切除各种情况下的变压器内部故障,保护动作速度达 10～13ms。

基于行波差动原理的线路保护实用判据

纵联电流差动保护用于长距离输电线路时,会受到分布电容电流的影响。基于输电线路的分布参数模型,分析了分布电容电流与方向电流行波传输延时的等价性,研究了传统行波差动保护的实现方式,提出一种基于行波差动原理的实用保护方案。该方案利用同侧电流的实测值和计算值构成差动判据,在获取电流计算值时,无需进行插值计算,也不需要对侧电压信息,从而减小了计算量,降低了对采样率和通信速率的要求。ATP仿真表明,该方案能够有效地消除分布电容电流的影响。

故障行波特性对光纤差动保护时延的影响分析

电力系统差动保护对保护两侧电气量数据传输的实时性提出了更高的要求,过大的时延将会影响数据的同步精度从而造成差动保护误动或拒动。在实际运用中,必须充分考虑保护通道时延问题。而在特高压远距离输电系统中电气量的时延效应不容忽视,传统的时延分析方法没有考虑到电气量的行波效应。综合考虑了自故障发生到保护完成故障判断的过程中,电气量行波和光纤信号在各个环节的时延效应。由于故障发生的位置不同和光纤通信设备之间的差异性导致了总时延的不确定性,并通过三种随机型分布的概率时延模型来反映总时延的差异,并对结果进行了比较和分析。结果表明正态分布模型更适合时延分布规律,总时延可以作为保护装置的选型优化和两侧数据同步提供依据。最后运用正态分布模型对广域保护通信结构时延与网络节点的关系进行了分析。

电流行波差动式母线保护的研究

为避免电流互感器暂态饱和的影响,研究了一种基于暂态电流行波的新型母线保护。在对母线上线路各相电流行波差动量的故障特征进行分析的基础上,为提高判别母线区内外故障的灵敏度,又引入各相电流行波的制动量,提出一种具有比率制动特性的电流行波差动式母线保护,及其基于小波变换的实用比率判据。理论分析和EMTP仿真表明该母线保护快速、灵敏、可靠,基本不受故障类型、故障过渡电阻、故障距离和故障初始角的影响。

比率制动电荷量线路差动保护

文中提出了差动电荷量和制动电荷量的概念,并分析了两者间的关系。提出了将两者作为差动量和制动量的比率制动电荷量线路差动保护判据及其整定原则,利用全波电流识别区内外故障。阐述了保护判据抗电流互感器饱和、避免电容电流影响的思路。仿真验证结果表明：区内故障时,保护判据利用故障后5~10ms内的数据能快速准确识别故障;区外故障时,判据能可靠闭锁。

水轮发电机定子接地的行波电流差动保护与故障选相

针对行波在水轮发电机定子绕组槽部和端部的传播特征,建立其分布参数的波动电路模型,提出将定子故障接地初瞬行波电流零模部分的高频分量作为故障判据进行行波差动保护,并通过接地时的电流模量特征实现故障选相。应用凯伦贝尔(Karebauer)变换对定子接地的行波信息进行模量分析,应用小波理论对零模高频部分进行提取。在Matlab 6.5中针对大型水轮发电机的参数建立定子绕组波动模型,叠加等效直流电源对其接地进行仿真,小波分解提取出的特征信号表明了将零模高频部分作为动作判据的可行性,仿真数据同时验证了故障选相原理的正确性与可行性。

行波差动保护线路参数不确定性影响

研究了线路分布电容和电感参数误差对行波差动保护的影响,分析了不平衡差流中的暂态高频成分及其衰减规律,并给出了差流中基波和各暂态高频分量幅值与电容/电感参数误差、线路长度及系统阻抗的定量关系,EMTP仿真计算验证了文中结论。

实用的半波长输电线路纵联差动保护

半波长输电线路电气特征的时空特性导致传统基于集中参数的纵联差动保护无法应用于半波长输电线路。为此，提出了一种实用的基于波动方程的半波长输电线路纵联差动保护。通过特殊的同步点数据选择，提升了动作速度，构建制动电流，提升区外故障安全性，并通过设置2段相电流差保护和零序电流差动保护，提升了保护灵敏度。开发了基于该原理的纵联差动保护装置，并搭建了基于实时数字仿真系统的特高压半波长输电线路仿真模型。仿真结果表明，通过同步点数据选择能提升保护速动性，设置的制动电流能提高区外故障安全性，设置的2段差动保护和零序差动保护能提升保护灵敏性。