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。

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。

基于形态综合算法的行波差动保护方案

在对传统行波差动保护研究的基础上,提出了一种新的行波差动保护方案,仅利用线路两端初始方向行波波头信息构成保护动作判据。利用多分辨形态梯度变换提取波头模极大值,同时设计了一种新型形态滤波器对信号进行前置滤波,从而组成了形态综合算法。EMTP仿真验证了所提出算法的正确性与可靠性。

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。

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。

行波差动保护不平衡差流分析及实用方案

行波差动保护从原理上消除电容电流的影响,在超(特)高压远距离输电线路保护中具有突出的优势。然而行波差动保护在应用时,即使线路内部无故障也会产生一定的不平衡差流。从理论上分析了不平衡差流的4方面来源及其影响因素,即线路电阻模型误差、插值截断误差、两侧数据同步对时误差及空模分量与地模分量波速不一致等因素,提出了一种行波差动保护的实用方案,并对滤波技术及采样率进行分析。仿真验证表明,该方案灵敏度高,动作速度快,选相跳闸能力强,具有良好的应用前景。

超(特)高压输电线路高速行波差动保护

提出了一种行波电流差动保护的新算法,首先利用形态学交替混合滤波器去除行波信号中的噪声,并提取方向电流行波波头对应的时间,然后计算从方向电流行波起始时间开始数十微秒内方向电流行波波形的积分值,将输电线路两端的同向电流行波积分值的差值作为行波电流差动保护的动作依据。当被保护线路外部短路故障时上述差值很小,而被保护线路内部短路故障时该差值很大,从而明显地区分出内部和外部故障。该算法由于只利用了行波起始部分数十微秒内的信号,其动作时间主要决定于线路两端的通信时间,因此一般动作时间只有几毫秒。分析和仿真表明该算法动作速度快、可靠性高,可以作为超(特)高压输电线路的主保护。

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。

双极高压直流输电线路行波差动保护原理及方案

针对现时保护方案的不足,提出了双极高压直流输电系统直流线路行波差动保护原理和方案。该方案利用直流线路两端反行波的1模分量构造行波差动保护判据,其中行波差动量和制动量分别利用线路整流侧反行波和逆变侧传播来的反行波间的差量及二者之和构成,并利用整流侧电流的零模分量来判断双极运行时的故障线路。仿真结果表明,所提出的保护判据具有更高的灵敏度、可靠性和安全性,最大抗过渡电阻能力提高到500?,并且在各种故障情况下都能够正确动作。

电力线路行波差动保护与电流差动保护的比较研究

线路电流差动保护的基础是线路的RL集中参数模型和电荷连续性。行波差动保护的基础是线路的分布参数模型和行波传输不变性。针对两类差动保护在电力线路上的应用进行了详细的理论和仿真对比研究。指出二者的根本区别在于行波差动保护考虑了线路的分布参数特性和空间传播特性,而电流差动保护把线路看成节点,完全忽略了分布参数特性和空间传播特性,差动电流是行波差动电流的退化形式。对于特高压长距离输电线路,行波差动保护相比于电流差动保护有明显的性能优势。对于高压和超高压输电线路,行波差动保护和电流差动保护性能无显著差别,电流差动保护可以胜任该类线路。

同杆并架双回线路行波差动保护

同杆并架双回线两回路间存在耦合,基于解耦变换,推导了行波差动保护应用于同杆双回线的差流表达式,详细分析了区内简单故障与跨线故障时两回路的各相差流特征,研究表明,同杆双回线中区内金属性故障时,由于波速不一致,在健全相引起的不平衡差流较相同长度的单回线更严重,为此提出了相应的措施,给出了行波差动保护在同杆双回线路中的实用方案。EMTP仿真验证表明,该方案灵敏度高,动作速度快,能在现有光纤通道基础上实现,具有较高的实用价值。

改进型数学形态学在超高压输电线路行波差动保护中的应用

输电线路发生故障后,采集到的信号往往带有各种噪声,有效滤除噪声对行波的干扰,提取有用的行波信号,是实现行波差动保护的关键。文中介绍了采用数学形态学滤除行波信号中的随机噪声和脉冲噪声,对故障行波电流信号进行相模变换,求取正反向行波,提取正反向行波波头信号的模极大值实现行波差动保护。在提取行波模极大值的算法中,提出了一种新的算法,使保护的速度更快,仿真研究表明该算法是可行的。

超/特高压输电线路宽频窗短时窗行波差动保护方法

行波差动保护(traveling wave differential protection,TWDP)基于分布参数线路的行波传输不变性,行波差动电流(traveling wave differential current,TWDC)天然地考虑了分布电容电流和传输时延,在超/特高压(extra-/ultra-highvoltage,EHV/UHV)输电线路保护中具有性能优势。行波差动保护在实际应用中面临2项制约:一是有限的硬件水平和通信条件,二是电容式电压互感器传变频带窄,使得现有行波差动保护只采用了窄频窗的故障行波信息,无法兼具快速性和可靠性。为此,该文提出采用宽频窗短时窗的故障行波信息,首先分析区内外故障时行波差动电流的频率分布,然后据此提出一种新型行波差动保护方法,动作快速可靠。仿真验证表明,该方法所需采样率适中,不要求实时通信,灵敏度高,具备选相跳闸能力,因此具有良好的应用前景。

带串补装置的超高压输电长线行波差动保护研究

行波差动保护基于输电长线两侧方向性行波差值判断故障,可避开电流差动保护对电容电流的补偿问题,仿真验证表明,对于带串补超高压输电长线,行波差动保护在高阻故障时灵敏度高,动作速度快,具有良好的应用前景消除容性电流的影响,从而可有效应用于带串补偿装置的超高压输电长线这类特殊结构的线路保护。

交流特高压输电线路行波差动保护研究

为了有效解决传统行波电流差动保护无法满足带高压并联电抗器特高压输电线路应用要求的问题,提出了一种新的行波差动保护方法。通过计算三相电压、三相电流暂态量,经过相模解耦变换,得到行波电流模分量;然后以线路两端初始方向电流行波波头在前数十微秒内的积分作为特征值构成新的保护动作判据。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较高的灵敏度。理论及仿真计算表明,该方法动作可靠,速度快,能够在现有的技术条件下实现,具有较高的实用价值。

超高压交流电网超高速行波差动保护研究动态

对于交流超高压电网,尤其是交流特高压交流电网,由于其担负着远距离输送巨大电能的任务,输电线路上的短路故障扰动极大地威胁着电力系统的安全稳定运行,特高压电网继电保护的动作速度越快越好,显然,要实现超高速保护,基于工频电气量原理的保护是不能完成的,人们将目光转向了基于暂态电气量的超高速继电保护领域。

串联电容补偿线路行波差动保护研究

针对传统行波差动保护的缺陷,研究了串补线路的波过程,特别是初始行波的故障特征。结果发现:不论金属氧化物避雷器(MOV)是否导通,关键的行波波头信息均不受串联电容补偿的影响。提出了基于小波变换的、仅利用行波波头信息的行波差动保护。该保护能够适用于带串联电容补偿的输电线路,动作快速、可靠。EMTP(电磁暂态计算程序)仿真证明了所提保护的正确性。

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。

半波长交流输电线路行波差动电流特性的研究

行波差动保护是一种不受分布电容电流影响的电流差动保护原理,适用于长距离超、特高压输电线路。但行波差动保护应用于半波长输电线路时,由于线路非常长,且线路参数随频率变化,传播函数随频率的增大迅速衰减到零,因此行波差动保护的时域方程不再严格成立,在区外故障时仍会有幅值较大的高频差动电流。文中从理论上分析了线路频变参数对半波长输电线路下的行波差动保护的影响,指出使用工频分量能够有效的避开线路频变参数的影响,并通过仿真进行了验证。