A fast boundary protection for an AC transmission line connected to an LCCHVDC inverter station

For AC transmission lines connected to an LCC-HVDC inverter station,commutation failure can lead to the wrong operation of traditional protection.To solve the problem,this paper proposes a fast protection scheme using transient information from one end of the AC line.The boundary frequency characteristics of the AC line connected to LCC-HVDC inverter are analyzed first.This reveals the existence of significant attenuation on both high frequency signals and some specific frequency signals.Based on the boundary characteristics,a novel boundary protection principle utilizing a backward traveling wave is then proposed.A PSCAD/EMTDC simulation model of a±800 kV LCC-HVDC and 500 kV AC transmission system is established,and different fault cases are simulated.The simulation results prove that the novel protection principle is immune to commutation failure,fault resistance and fault type.

常规直流逆变站交流送出线路距离保护适应性分析与对策

常规直流逆变站交流送出线路故障通常会引发换相失败,存在故障电压和电流波形畸变等问题,可能导致工频相量距离保护性能劣化。首先,分析了工程中广泛应用的正序电压极化距离保护在常规直流逆变站交流送出线路中的适应性,分析结果表明,当逆变站运行于单回交流出线工况时,传统正序电压极化距离保护不再适用;然后,基于交流线路的RL模型,提出了基于波形相关系数的时域距离元件,可以不受逆变站非线性输出特性的影响,并针对时域距离元件存在的出口近区故障方向判别问题,利用电流畸变程度判断故障方向;最后,通过仿真验证了时域距离保护方案的有效性。

500 kV交流架空输电线路雷电性能及防护措施

[目的]雷击是造成500 kV交流输电线路故障和停电事故的主要原因,开展输电线路防雷评估对于系统的稳定运行有着极为重要的意义。[方法]依托我国某在建500 kV交流输电线路工程,根据线路基本参数等信息,通过电磁暂态程序(Electro-Magnetic Transient Program,EMTP)和改进的电气几何模型法(Electro-Geometric Model,EGM),对线路的绕击、反击耐雷性能进行了仿真研究,计算了线路的雷击跳闸(闪络)率,按照线路雷击风险划分原则确定线路杆塔的雷击风险等级,结合邻近已投运线路的实际运行数据,针对雷击风险较高的杆塔提出了雷击防护措施,并通过计算进一步验证了措施的有效性。[结果]仿真结果表明,安装线路避雷器是有效的雷击防护措施,它们可大幅降低杆塔的雷击跳闸率,提升线路耐雷性能。在采取雷击防护措施后,全线无雷击风险等级为IV级的杆塔,全线平均雷击跳闸率下降至I级的安全水平,满足《架空输电线路防雷技术导则》(Q/CSG 1107002—2018)要求。[结论]文章所提的雷击风险评估方法和防雷措施选择流程是正确并有效的,对500 kV交流架空输电线路防雷设计具有一定的工程应用价值与参考意义。

500kV受电通道工程对高压天然气管道造成的干扰研究

新建500kV受电通道工程与已建高压天然气管道存在多处交叉及长距离并行,为保证管道的安全运行,降低交流杂散电流对管道干扰影响,采用数值模拟方法,构建高压交流输电线路对管道交流干扰的计算模型,模拟计算了输电线路在常态运行以及故障运行状态下对管道的干扰影响,并根据相关标准要求,对管道受交流干扰程度进行分析评价。结果显示,当输电线路稳态运行时,交流电压及交流电流密度均超出相关标准要求,交流干扰程度判断为“强”,应采取交流干扰防护措施。针对超出交流干扰标准要求限值的管段,利用水平式锌带与深井式锌带相结合的方式,采用数值模拟技术防护方案进行设计,实现了高压交流输电线路对埋地钢质管道的交流干扰防护,保障了管道长期安全运行。借助数值模拟技术对管道交流干扰进行分析评价以及干扰防护设计,为今后其他类似工程问题提供了借鉴和参考。

基于电流变化量相似性的海上风电场交流送出线路纵联保护

交流送出线路是海上风电经柔直并网的重要组成部分。该线路故障时,呈现出明显区别同步机电源的故障特征,使得传统纵联保护难以满足可靠性与灵敏性的要求。结合故障后交流送出线路两侧电流变化量的特点,提出一种利用电流变化量相似性的纵联保护原理。以Kendall算法为基础,对交流送出线路内、外部故障时风场侧与柔直侧电流变化量的相关性进行定性分析,提出基于线路两侧电流变化量相关系数的保护判据。利用EMTP-RV仿真软件搭建了海上风电柔直并网系统模型。通过对故障类型、过渡电阻、分布电容、噪声、采样频率、数据窗长以及控制策略的仿真分析,验证了该方法的有效性与可行性。

不依赖电源特性的交流线路单端量保护

现有交流线路保护仍基于同步机电源特性,随着新能源占比不断提升、电力电子化特征更加明显,其适应边界将逐渐减小,有必要研究不依赖电源特性的继电保护新原理。文中提出了利用行波波前故障信息实现高性能保护的原理。首先,推导了交流线路故障行波波前解析表达式,指出行波波前表达式包含工频正弦项和直流衰减项。直流衰减项的指数系数仅受故障距离影响,而两代数项的幅值系数与故障严重程度有关,由此实现了行波波前故障距离、故障严重程度信息的表征与解耦。进一步,提出了基于多点消去的波前指数系数提取算法,实现了波前故障距离信息的有效提取。在此基础上,提出了交流输电线路单端量波前保护新原理,分析了串联/并联/组合型线路边界对波前指数系数的影响。仿真验证结果表明,保护能够快速、可靠、灵敏地识别交流输电线路故障,不受故障类型和过渡电阻的影响,适用于不同的新能源及电力电子装备接入场景,且运算量小,受噪声影响小。

海上风电柔直换流站负序电流参考值选取及保护适应性分析

对于海上风电经柔性直流送出系统中的交流汇集线路,线路两侧均为电力电子换流器,故障电流受换流器控制影响呈现幅值受限且相位不定的特征,常规继电保护难以适应。针对海上模块化多电平换流器(MMC)换流站,采取负序电流抑制与负序电流注入两种控制策略,分析了电流差动保护的适应性。当海上MMC换流站采取负序电流注入的控制策略时,电流差动保护可靠性与负序电流参考值大小密切相关,因此以提升差动保护可靠性为目标,提出了海上换流站负序控制电流参考值的确定原则,并进一步考虑负序电流参考值大小对交流汇集线路过电压的影响,最终确定了负序电流参考值的最佳选取范围。最后,在PSCAD/EMTDC中构建了相应的电磁暂态仿真模型,验证了所提负序电流注入及负序电流控制参考值选取原则的有效性和可行性。

输电线路对天然气管道的交流干扰防护措施

埋地油气管道交流干扰腐蚀风险日趋严重,交流腐蚀导致管道失效的事故也多次发生。本文以受输电线路交流干扰的埋地高压天然气管道为研究对象,根据交流感应电压、直测交流电流确定试片的扩散电阻,按照交流电流密度限值计算对应的交流电压限值作为缓解交流腐蚀风险的参考值,然后运用CDEGS软件建立埋地管道交流干扰仿真模型,设计降低交流腐蚀风险的缓解方案。方案实施后的交流电流密度检测结果明显降低,管道腐蚀风险得到缓解,并分析了缓解效果的影响因素,为受伴行输电线路影响的埋地管道交流干扰腐蚀防护治理提供参考。

1000kV交流特高压线路带电作业安全防护研究

为确保1000 kV交流特高压输电线路带电作业的安全进行,进行了安全防护研究。根据1000kV交流特高压线路电压等级高、空间场强大的特点,研制了1000kV带电作业屏蔽服,并按照标准对屏蔽服的衣料和成品性能进行了测试。根据线路实际,进行了登塔过程中人体不同部位的电场强度和等电位时人体不同部位的电场强度及流经人体电流的测量,并进行了进入等电位拉弧试验和脉冲电流测量。研究结果表明,研制的屏蔽服满足带电作业安全防护要求,带电作业时作业人员应穿戴全套屏蔽服,进出等电位时应使用电位转移棒。

1000kV与500kV交流同塔四回线路带电作业电场防护仿真计算分析

1 000 kV与500 kV交流同塔四回输电线路与单一电压等级超(特)高压线路的空间电场分布具有较大区别,线路带电作业电场环境更为复杂。为此,采用工频电场的三维边界元法仿真计算分析同塔四回线路带电作业场强分布特点,建立人体模型,计算分析等电位和地电位典型作业工况下人体不同部位的电场强度特点,进而确定该特殊塔形线路带电作业人员安全防护措施。结果表明,等电位作业人员需身穿屏蔽效率为60dB的屏蔽服,并佩戴屏蔽效率不低于20 dB的屏蔽面罩,地电位作业人员穿戴常规屏蔽服或静电防护服,能够满足作业人员安全防护的要求。

1000kV交流输电线路带电作业场强测量

为确保1000kV交流下带电作业的安全及运行维护的顺利开展,研究分析强电场对带电作业人员的影响及需采取的防护措施十分重要。通过11模拟杆塔试验,在国内首次对1000kV输电线路带电作业人员在地电位和等电位两种作业方式下的体表场强进行了测量,得到了带电作业时作业人员体表场强分布规律。试验结果表明,1000kV输电线路带电作业时,等电位作业人员头顶、手尖、脚尖部位体表场强均约2000kV/m;登塔作业人员应穿戴全套屏蔽服;等电位作业人员必须加戴屏蔽面罩,加戴屏蔽面罩后,等电位作业人员面部场强最高值为137kV/m,低于人体对工频电场的感知水平。

交直流交叉跨越碰线故障分析及处理策略

电网交直流系统混联运行中交流/直流线路交叉跨越现象较为常见,较容易出现交直流线路碰线故障。文中从目前国家电网和南方电网直流输电工程针对交直流碰线故障的两种不同处理方法出发,分析其中隐藏的问题。故障无法切除的情况下南网工程采用的闭锁策略出现闭锁后直流过电压;国网工程采用的闭锁再启动逻辑策略实际上不起作用。在分析交直流碰线故障特征的基础上,提出交直流碰线故障由交流线路保护系统切除故障、直流输电控制保护系统报警的处理策略建议。问题分析及所建议处理策略均采用EMTDC仿真予以佐证,还仿真了不同闭锁策略和多线路同时碰线的情形。

特高压交流输电线路与航空中波导航台间防护距离计算

与500kV输电线路相比,1000kV特高压输电线路具有电压高、杆塔高、线路走廊宽等特点,对航空中波导航台的无线电干扰更复杂。GB6364-1986《航空无线电导航台站电磁环境要求》未对1000kV特高压输电线路与中波导航台间的防护距离作出规定,给特高压线路选址造成不确定因素。为此,分析了特高压交流输电线路对航空中波导航台的有源干扰和二次辐射产生机理,根据中波导航台的工作方式,结合中波导航台引导飞机进场着陆路轨迹,计算特高压输电线路对航空中波导航台的航线,以及远、近距导航台的有源干扰,仿真分析特高压交流输电线路二次辐射对无线电罗盘的定向误差影响。计算结果表明,从有源干扰角度考虑,取15dB的防护率,对于航线导航台,在距离天线中心38.9km内均可架设特高压输电线路;对于远近距导航台间任意点均可架设特高压输电线路;从无源干扰角度考虑,无线电罗盘定向误差≤1°,则防护距离为700m。选取两者中较大者作为防护距离的计算值,最终的防护距离还需结合试验确定。

UHV交流输电线路对调幅广播收音台防护间距

为研究特高压交流输电线路对调幅广播收音台的防护间距,通过特高压交流试验基地的实测数据,得到了特高压交流输电线路的无线电干扰水平,为有源干扰的计算提供了强有力的数据支持。利用NEC电磁计算软件,建立了特高压输电线路的实体模型,计算了无源干扰随频率、入射角度以及防护间距的变化规律,得到了特高压交流线路3种典型塔型的无源干扰水平。最后通过比较有源干扰和无源干扰影响,给出了特高压交流架空输电线路对调幅广播收音台的防护间距计算值。

特高压交流输电线路带电作业现场应用试验

为了验证1000kV交流输电线路带电作业技术研究成果,并为1000kV试验示范工程开展带电作业提供实践经验,在1000kV交流特高压试验基地试验线段上进行了带电作业现场应用试验。试验对1000kV带电作业最小安全距离、最小组合间隙、绝缘工具最小有效绝缘长度、安全防护、电位转移等技术要求进行了现场应用试验研究。结果表明1000kV特高压交流输电线路开展带电作业是安全、可行的,1000kV交流输电线路带电作业技术的研究成果能有效指导带电作业的安全开展。

1000kV输电线路带电作业保护间隙的研究

为研究1000kV交流输电线路带电作业的保护间隙,确定了它的设计原则和电极结构,根据该保护间隙工频击穿、工频耐压、操作冲击放电试验的结果得出了不同海拔高度下1000kV输电线路带电作业保护间隙间隙距离的最大允许值;在11塔窗中模拟带电作业各实际工况,采用升降法对保护间隙与作业间隙的绝缘配合进行了操作冲击放电试验,验证了保护间隙对带电作业间隙的保护性能,并计算了1000kV带保护间隙带电作业的危险率。最后证明加装保护间隙不仅可提高作业的安全性,而且能有效地减小塔头尺寸。

智能电网继电保护研究的进展(一)--故障甄别新原理

利用故障暂态分量在区内故障时线路两侧功率方向相同、暂态能量大的特点,通过小波变换提取这些特征,实现超高压交流线路超高速保护、超高压母线超高速保护;利用直流输电线路端部的直流滤波器和平波电抗器对高频分量形成的阻抗边界,区内短路时高频分量远大于区外短路,使用高频能量在单端实现超高压直流线路全线超高速保护;利用中性点非直接接地系统单相接地时其暂态零序分量是工频分量几十倍并且不被补偿减小的特点,提取零序电流的高频分量,采用方向比较和幅值比较,实现了单相接地故障选线装置。给出了试验装置可以超高速(5ms内)判别故障性质的试验结果,展现了新的故障甄别原理可以满足智能电网中特高压系统对超高速切除故障的美好前景。

半波长输电线路差动电流分布特征及差动保护原理适应性研究

针对现有电容电流补偿方法不适用于半波长输电线路电流差动保护,且差动点的选取影响电流差动保护的动作性能的问题,从理论上研究了各种故障方式下半波长线路故障点位置与电流差动点变化后沿线差流的分布特征,研究结果表明,当故障点与电流差动点相差1500km时,故障相差动电流最小,电流差动保护灵敏度最低;非故障相差动电流最大,电流差动保护可靠性最低。当故障点与电流差动点一致时,故障相差动电流最大;非故障相差动电流接近0。同时对差动保护原理在半波长线路上的适应性也进行了分析,分析结果表明对于半波长线路现有电流差动保护已不能适用,除需要对差动点进行预估外,还需要定制专有的差动保护原理。

方向纵联保护对LCC-HVDC逆变侧交流线路的适应性分析

基于电压、电流故障分量的方向纵联保护原理广泛应用于交流线路的主保护。由于LCC-HVDC逆变侧交流线路具有不同于纯交流系统的故障特性,方向纵联保护能否继续适用需加以分析。首先,分析了逆变站三种不同的工作状态(未发生换相失败、发生单次换相失败、发生连续换相失败)对方向纵联保护的影响。其次,分析了逆变侧三种典型的交流出线结构(单回线单输电走廊、单回线多输电走廊、多回线输电走廊)对方向纵联保护的影响。最后,基于±800 kV天中直流系统(包括逆变侧500 kV交流出线)PSCAD仿真模型,验证了研究结论的正确性。

特高压带高压并联电抗器线路的行波差动保护研究

传统的电流差动保护无法应用于带高压并联电抗器的特高压交流输电线路,为此提出了一种新的行波差动保护方法。首先计算三相电压、三相电流暂态量,经过相模解耦变换,若得到行波电流模分量,则判断系统发生故障;然后以线路两端初始方向电流行波波头开始数十微秒内的积分作为特征值构成新的保护动作判据,以判别是区内故障还是区外故障。该判据能够有效地躲过系统正常运行和区外故障引起的暂态不平衡差流,同时对区内各种故障都有很高的灵敏度。理论及MATLAB仿真计算表明:该方法动作可靠,速度快,对采样频率、通信系统及计算机技术没有过高的要求,能够在现有的技术条件下实现,具有较高的实用价值。