高壓直流輸電線路單端暫態量保護研究

《高壓直流輸電線路單端暫態量保護研究》是依託西安交通大學，由張保會擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高壓直流輸電線路單端暫態量保護研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張保會
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

高壓直流輸電線路越來越多，現有的快速保護難於快速、準確區分線路區內外故障，且整定困難、動作正確率低，需要針對直流輸電線路的特點研究專用保護的原理與裝置。本項目根據直流輸電線路兩端安裝平波電抗器和直流濾波器組形成天然高頻邊界的特點，研究利用暫態分量的超高壓直流輸電線路單端全線速動保護的原理與算法。分析高頻邊界特性，研究利用線路內部短路與外部短路時高頻成分、強度的差異實現區內外短路的區分，研究提取這些差異的小波、數學形態學和格線曲線等算法，提出使用線路單端的暫態量實現全線故障快速動作的保護新原理和判據；設計整套單端暫態量保護的實現方案，通過實際交直流系統的數值仿真和現場實錄數據的驗證，為裝置的研製奠定基礎。

結題摘要

高壓直流輸電工程在我國西電東送和全國聯網工程中具有十分重要的作用，而現有的線路主保護難於快速、準確區分線路區內外故障，且整定困難、動作正確率低，需要針對直流輸電線路的特點研究專用保護的原理與裝置。本項目根據直流輸電線路兩端安裝平波電抗器和直流濾波器組形成天然高頻“邊界”的特點，研究利用單端暫態量的高壓直流輸電線路單端全線速動保護的原理與算法。具體工作如下：在PSCAD/EMTDC電磁暫態仿真軟體下建立了詳細的直流輸電系統仿真模型，包括雷電流放電模型、兩種絕緣子串閃絡模型、避雷器模型、桿塔模型；分析了直流輸電線路邊界幅頻特性隨平波電抗器、直流濾波器組結構形式、參數大小、安裝位置等因素變化的規律； 設計了一套由啟動元件、邊界元件、雷擊干擾判別元件、故障極判別元件構成的高壓直流輸電線路單端暫態量保護新原理與實現方案；使用電壓梯度來構成保護的啟動判據，進而提出了基於改進梯度算法的啟動元件；利用高頻暫態分量在穿越由直流濾波器組與平波電抗器所構成的直流輸電線路固有邊界時會發生明顯衰減的特性，提出了基於多種信號處理方法的邊界元件；針對各種雷擊情形以及線路接地短路故障，進行了大量的時域暫態特徵分析，提出了雷擊干擾的識別算法；利用故障後健全極上暫態信號分量的大小要遠小於故障極的特點，提出了故障極判別元件；根據現有直流輸電工程控制保護平台硬體條件及軟體環境，在原有暫態量保護方案的基礎上，重新設計了適用於現有的工業級直流控制保護系統的保護算法及整體動作方案，完善了保護工作邏輯。新的保護方案包括：啟動元件、邊界元件、雷擊干擾判別元件、方向元件、故障極判別元件，並開發了直流輸電線路單端暫態量保護裝置。利用糯扎渡±800kV直流輸電工程，寧東-山東±660kV直流輸電工程與及三-滬±500kV直流輸電工程對保護裝置進行了RTDS閉環仿真測試，驗證了直流輸電線路單端暫態量保護裝置的速動性、可靠性、靈敏性以及選擇性；證明了保護裝置在不同直流工程上都具有較強的適應性，並且無需更換門檻值。此外，通過與現有線路主保護——行波保護的對比，也體現了直流輸電線路單端暫態量保護裝置在全線耐過渡電阻能力、動作速度以及抗雷擊干擾方面上的優越性。