Measured Impedance and Threshold Value of Electrode Line Impedance Supervision Based Protection in HVDC Transmission System

At present,electrode line impedance supervision(ELIS)based protection is widely used to detect faults on grounding electrode lines,which are indispensable elements of high-voltage direct current(HVDC)systems.The existing theoretical analysis of measured impedance is based on lumped line model and the threshold value is generally set according to engineering experience,which have caused the dead zone problem and even accidents.Therefore,a study on measured impedance of ELIS-based protection and its threshold value selection method is carried out to solve this problem.In this study,the expressions of measured impedance under normal operation and fault conditions are deduced based on rigorous and accurate line model.Based on the expressions,the characteristics of the measured impedance are calculated and analyzed.With the characteristics of the measured impedance,the applicability of the protection with the traditional threshold value is further discussed and the distribution of the dead zone can be located.Then,the method to calculate the threshold value of ELIS-based protection is proposed.With a proper threshold value selected by the proposed method,the dead zone of ELIS-based protection is effectively eliminated,and the protection can identify all types of faults even with large transition resistances.Case studies on PSCAD/EMTDC have been conducted to verify the conclusion.

基于复频率信号注入的直流接地极线路故障测距方法

在直流输电系统接地极线路配备阻抗监视系统的背景下,可利用高频测量阻抗特性实现故障距离的精确计算。然而,分析发现直流系统接地极线路在不同故障条件下可能产生相同的高频测量阻抗,这意味着测量阻抗与故障距离间不是一一映射关系,由单一测量阻抗难以得到准确的故障距离。文中分析了高频测量阻抗的重合特性随注入信号变化的特征,提出了基于复频率信号注入的故障测距方法,并给出了复频率的选定策略。该方法改进了基于高频测量阻抗幅相特性的接地极线路故障测距方法,实现了故障位置的准确计算。最后,通过仿真算例充分验证了所提测距方法的可行性和精确性。

基于模量网络分析的接地极线路故障定位新算法

针对直流接地极线路发生远距离、高阻接地故障时,现有故障定位算法精度低的问题,提出了一种基于模量网络分析的接地极线路故障定位新算法。基于线路的分布参数模型,建立了故障后接地极线路故障模量网络,在此基础上利用接地极线路量测端的电压、电流量计算沿线的电压、电流分布,进而得到故障点处的测量阻抗,根据故障点处测量阻抗虚部最小的特点进行故障定位。大量仿真结果表明,该算法可实现接地极线路全长范围内的准确定位,且不受故障位置和分布电容的影响,具有较高的故障定位精度。

基于谐波测量阻抗偏差的接地极线路保护新方法

针对目前特高压直流输电系统接地极线路保护存在死区的问题,提出了一种基于谐波测量阻抗偏差的接地极线路保护新方法。在不同故障工况下推导了接地极线路的谐波测量阻抗表达式,利用阻抗表达式分析了正常运行工况与故障工况下谐波测量阻抗的偏差特性。在此基础上,提出了基于谐波测量阻抗偏差的接地极线路故障保护判据。利用PSCAD/EMTDC进行仿真验证,仿真结果表明,所提保护方法较传统保护方法可有效检测到接地极线路发生的各种故障,耐受过渡电阻能力强,且不存在保护死区。

特高压直流输电系统接地极引线阻抗监视策略

为提升特高压直流输电系统接地极引线的故障识别性能,提出一种新的接地极引线阻抗监视策略。对输电线路的全频带阻抗—距离特性进行了理论分析,以此为基础提出了基于高频信号注入的接地极引线阻抗监视策略,并给出了注入信号频率选择原则及故障告警判据。研究表明:若接地极引线长度超过注入信号的1/2波长,金属性接地故障时,阻抗监视装置测量阻抗的虚部随故障距离呈周期性变化,加大了判据整定的难度。因此注入信号频率的选择应保证金属性故障时,线路阻抗随故障距离的增加而单调变化,同时最大的故障阻抗模值应小于线路正常运行时的阻抗,且留有一定裕度。PSCAD仿真验证了该策略的有效性。

基于高频测量阻抗幅相特性的接地极双回跨线故障测距方法

接地极线路阻抗监视系统测得的高频测量阻抗具有显著的非线性变化特征,不能直接用于故障测距,文章分析了高频测量阻抗的幅值和相角随故障距离的变化特征,基于故障情况下测量阻抗变化量的幅值和相角周期特性,构建了幅值–相角数值表,实现对故障区段的判定。在此基础上,根据短区段相角值的近似线性单调特性,提出了基于区段边界相角值的故障测距方法,实现了基于接地极线路高频测量阻抗幅值–相角特性的双回线故障测距。仿真验证了所提测距方法在多种工况下的有效性和准确性,能够显著降低高压直流输电系统接地极线路的故障检修难度。

特高压直流输电系统接地极线路保护性能分析

接地极线路保护是特高压直流输电系统中重要的保护之一,现场运行情况表明目前的接地极线路保护存在缺陷。介绍了接地极线路保护的配置情况,并从原理上对接地极线路保护的性能进行了分析。最后,针对目前接地极线路保护存在的问题,从保护策略和故障隔离两方面提出了相关建议。

基于特征谐波测量阻抗的HVDC接地极线路保护新原理

针对高压直流输电系统接地极线路高阻、远端接地故障保护灵敏度低的问题,提出一种基于特征谐波测量阻抗的高压直流输电系统接地极线路保护新原理。首先,基于接地极系统等效电路,定义线路量测端测得的特征谐波电压与入线特征谐波电流之比为接地极线路特征谐波测量阻抗,并对接地极线路故障前后特征谐波测量阻抗的特征进行理论分析与推导。随后,在此基础上构造基于特征谐波测量阻抗幅值比的故障保护判据。通过PSCAD/EMTDC搭建的仿真模型,验证不同工况下保护判据的有效性和可靠性。仿真结果表明,该文所提的原理保护范围接近线路全长,具有较强的抗过渡电阻能力,且具有一定的抗噪声干扰能力。同时,该保护原理无需增加其他的硬件设备,具有良好的适用性和实用价值。

高压直流接地极线路断线故障高频阻抗特性及阻抗监视系统适应性

基于输电线路分布式参数模型,对高压直流输电系统接地极线路断线故障下高频阻抗特性进行推导和分析。研究发现,当接地极线路长度超过高频注入信号半波长时,一旦接地极线路出现双回断线故障,首端高频测量阻抗的虚部将随故障距离呈周期性变化,但变化量超过正常运行时的阻抗值;当线路长度与注入信号半波长的整数倍接近时,线路某些特定位置发生单回断线故障,测量高频阻抗与正常运行时几乎相等,阻抗监视系统存在明显死区。为了提升阻抗监视策略的可靠性,提出了一种高频注入信号频率优化选择策略,基于线路实测参数,选择注入信号频率,消除保护策略死区。根据某实际±800 kV/8 000 MW特高压直流系统参数,搭建PSCAD电磁暂态仿真模型,仿真算例验证了分析及结论的有效性。

UHVDC接地极线路短路阻抗特性及阻抗监视系统死区研究

针对现有特高压直流接地极线路阻抗监视系统(简称阻抗监视系统)存在的拒动问题,从理论上推导了接地极线路在不同短路故障条件下的故障阻抗表达式,并验证了理论推导的正确性。在获得故障阻抗表达式的基础上,考虑不同过渡电阻、故障距离和接地极线路长度的影响,研究了接地极线路故障阻抗和正常运行时阻抗的差异规律,分析了阻抗监视系统在不同故障条件下的适应性,阐述了阻抗监视系统的拒动机理。研究结果表明,现有阻抗监视系统存在保护死区,难以正确反映高阻、远距离故障,特别是当接地极线路的长度为注入信号线模半波长的整数倍时,若单回线故障距离为注入信号四分之一线模波长的奇数倍时,阻抗监视系统将发生拒动。

特高压直流系统接地极线路阻抗监视系统适应性研究

利用输电线路分布参数模型,对特高压直流输电系统接地极线路的高频阻抗特性进行分析,推导出不同故障情况下接地极线路首端高频测量阻抗表达式。研究发现,金属性接地故障时,若接地极线路长度超过注入信号波长的 1/2,测量阻抗的虚部随故障距离呈周期性变化;当接地极线路长度接近注入信号半波长的整数倍时,接地极线路某些特殊位置发生单回金属性故障后,高频测量阻抗与正常运行时几乎相等,接地极线路阻抗监视系统存在死区。为提高阻抗监视系统可靠性,提出一种注入信号频率选择策略。该策略基于线路实测参数,通过对注入信号频率的优化,消除监视系统死区。根据某实际±800kV 特高压直流输电系统参数,利用PSCAD/EMTDC 搭建仿真模型,对接地极线路不同故障进行仿真研究,仿真结果证明了该文分析及结论的有效性。

基于注入法的改进特高压直流接地极引线保护方法

目前,特高压直流输电系统通常采用基于注入法的接地极引线保护。文中分析了传统接地极引线保护方法的特性,并在此基础上提出了一种改进接地极引线保护方法。改进保护方法包括主保护和后备保护。主保护采用高频测量阻抗横差构造单回线故障保护判据,仅利用单侧电气量,不依赖于通信;后备保护利用接地极引线末端电流方向构造保护判据,对通信的同步性与实时性要求较低。以某实际运行的±800 kV特高压直流系统为例,利用PSCAD/EMTDC对所提保护方法进行仿真验证。仿真结果表明所提改进保护方法的主保护较传统保护方法可极大缩小保护死区,在后备保护的配合下可实现全线保护。

高压直流接地极线路阻抗监视系统断线故障时动作性能评估

高压直流接地极线路阻抗监视系统用于监测接地极线路运行状态。阻抗监视系统的动作性能直接影响着对接地极线路运行状态的实时感知。通过理论分析,推导了接地极线路在双回线断线和单回线断线故障情况下,阻抗监视系统测得的阻抗结果。通过不同故障位置的阻抗结果遍历,分析了不同断线故障情况下阻抗监视系统的动作性能。分析结果显示,在单回线断线故障时,在特定的接地极线路长度下,阻抗监视系统容易发生拒动。