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高壓直流線路縱聯保護的新方法解析

鉅大LARGE  |  點擊量:45次  |  2020年08月29日  

摘要
為克服傳統高壓直流輸電線路電流差動保護快速性差、耐受過渡電阻能力有限等問題,華北電力大學電氣與電子工程學院的研究人員戴志輝、劉寧寧、何永興、魯浩、劉媛,在2020年第9期《電工技術學報》上撰文,提出一

為克服傳統高壓直流輸電線路電流差動保護快速性差、耐受過渡電阻能力有限等問題,華北電力大學電氣與電子工程學院的研究人員戴志輝、劉寧寧、何永興、魯浩、劉媛,在2020年第9期《電工技術學報》上撰文,提出一種基于線路邊界兩側特定頻帶能量比值的縱聯保護方法。仿真結果表明,該保護方法計算量小,能夠快速識別區內、外故障,可靠地保護了線路全長,且耐過渡電阻能力強、不受分布電容影響。


高壓直流輸電(HighVoltageDirectCurrent,HVDC)在異步電網互聯以及遠距離大容量送電中應用廣泛。HVDC輸電距離一般超過1000km,沿途地理/氣候條件復雜惡劣,線路故障可能性較高,亟需探討可靠的直流線路保護。


目前直流線路一般采用行波保護為其主保護,微分欠電壓保護和電流差動保護作為后備保護。行波保護動作速度快,但在高阻接地故障時波頭檢測困難;微分欠電壓保護基于線路電壓微分和幅值構成判據,耐過渡電阻能力差;電流差動保護重要用于識別高阻接地故障,但現有判據未充分考慮線路分布電容的影響,動作速度較慢,甚至長達1.1s。


現有高壓直流線路保護分為雙端量保護和單端量保護。目前,雙端量線路保護的研究熱點重要基于行波原理和突變量分析。單端量線路保護研究熱點重要基于直流系統的邊界特性。直流輸電線路兩端均配置平波電抗器和直流濾波器,形成直流線路邊界,起到阻隔高頻量的用途,然而此類保護大多忽略直流線路對高頻量的衰減用途。


而關于特高壓直流輸電長線路,在線路末端區內故障時,尤其是末端區內高阻接地故障時,線路首端保護元件測得的高頻量,可能小于整流側近區區外金屬性接地故障時保護元件測得的高頻量,從而造成單端暫態量保護定值整定困難,甚至使其無法保護線路全長。為解決這一問題,有學者分別利用故障電流、直流電抗器壓降構成方向判別元件,與邊界元件配合實現全線保護,而此類方法的保護速動性、可靠性有所下降。


圖1雙極HVDC系統結構


對此,華北電力大學的研究人員首先分析線路邊界的阻抗頻率特性,并結合疊加原理,對直流輸電線路區內以及區外故障分量附加網絡進行研究發現:區內故障時,關于線路兩端的任意一端,其邊界線路側特定頻帶能量大于邊界閥側的值,兩者之比較大;整流端(逆變端)區外故障時,整流端(逆變端)邊界線路側特定頻帶能量小于邊界閥側的值,兩者之比較小。由此,提出基于線路邊界兩側特定頻帶能量比值的保護方法。最后,在pSCAD/EMTDC中搭建向上特高壓直流輸電工程模型,仿真分析所提保護方法的正確性。


圖2保護方法流程


大量仿真實驗表明,該保護方法能夠可靠保護線路全長,具備良好的耐過渡電阻能力;原理簡單,計算量小,且快速性遠優于常規電流差動保護;識別判據中可采用高階能量比值放大區內外故障特點差異,門檻值整定容易。


高頻分量衰減速度快,理論上采樣數據窗長度足夠小才能保留其暫態特點,而從可靠性和高頻分量易受雷電干擾角度出發,數據窗長度不宜太小,因此可綜合考慮上述因素影響,進一步探究結合防雷擊干擾策略的邊界保護方法。


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