六相输电线的故障分析与继电保护

论文摘要

六相输电是多相输电的一种,在国外六相输电技术作为提高输电线路功率传输密度,节约线路走廊空间的重要手段得到了充分的重视,对六相输电技术的研究也取得了很大的进展。1992年,美国纽约电力和天然气公司（NYSEG）将Goudey到Oakdale之间的一条双回线路改造成了六相输电线,并且已经投入了商业运行,这标志着多相输电技术已经从理论研究向实际应用迈出了重要的一步。在我国由于耕地面积的减少和地理环境的制约,节约线路走廊占用空间,提高线路的功率传输密度已经成为电网建设需要考虑的一个重要因素,在这方面六相输电方式有着独特的优势。六相输电线路的故障分析是相当复杂的,同时国内、外对于六相输电线路继电保护的研究还是很少的,这也成为制约六相输电技术实用化的一个重要因素。本文对六相输电线路的功率传输特性和几种继电保护原理进行了深入的研究和分析,取得如下成果:（1）详细分析和研究了六相输电线路在超高压和特高压两个电压等级上的功率传输特性,研究结果表明,六相输电线路能够最大程度地利用线路的走廊空间,明显提高系统的功率传输密度,并且线路的表面电场强度,以及线路下方的工频电场和磁场强度完全可以控制在规定允许的范围内。（2）综合六相输电线路故障电流序分量的幅值和相位特征,提出了一种适用于六相输电线路的故障选相方案,该方案在各种故障情况下都能做到准确选出故障相,并且还有不受线路参数变化和接地电阻影响的优点。（3）提出了一种基于六相输电线路特有序分量,即半正序、半零序和半负序分量的纵联方向保护方案,该方案能够根据故障的特性自动选择方向判据,并且具有不受系统阻抗变化影响的优点,补充正序突变量方向判据,该方案能够判别六相输电线路上所有的故障。（4）提出了将六相输电线路特有故障电流序分量,即半正序、半零序和半负序电流分量进行线性组合,形成新的相差动保护的操作电流。基于本文所提出的操作电流的六相输电线路相差动保护具有不受线路两侧系统阻抗变化、负荷电流以及故障电阻影响等优点。（5）提出了一种适用于六相输电线路的距离保护方案,该保护由6个接地阻抗继电器和15个相间阻抗继电器组成。阻抗继电器采用四边形方向阻抗特性和R-L模型法进行故障相阻抗的测量,大量的仿真测试表明,该距离保护方案性能可靠,可以作为六相输电线路的后备保护。（6）提出了一种适用于六相输电线路的瞬时性故障判据,同时,本文还提出一种适用于六相输电线路的自适应分相重合闸方式来弥补该故障判据无法判断相间永久性故障和对称性故障的问题。本文所提出的自适应重合闸方案在最大程度上保证了线路不重合于永久性故障,并且增加了重合闸成功的概率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章绪论
• 1.1 六相输电的技术优势
• 1.2 六相输电的发展历史
• 1.3 六相输电线路继电保护的研究现状
• 1.4 本课题研究的目的和意义
• 1.5 论文的主要研究工作和内容
• 第二章六相输电线路特性的研究
• 2.1 六相输电线路的杆塔结构特点
• 2.1.1 超高压六相输电线路的杆塔结构
• 2.1.2 特高压六相输电线路的杆塔结构
• 2.1.3 六相输电线路的杆塔特点分析
• 2.2 六相输电线路的功率传输特性分析
• 2.2.1 六相输电线路的几何均距计算
• 2.2.2 超高压六相输电线路的功率传输特性
• 2.2.3 特高压六相输电线路的功率传输特性
• 2.2.4 六相输电线路功率传输特性分析
• 2.3 六相输电线路的表面场强特性
• 2.3.1 超高压六相输电线路的表面场强
• 2.3.2 特高压六相输电线路的表面场强
• 2.3.3 六相输电线路的表面场强特性分析
• 2.4 六相输电线路下工频电磁场分布特性
• 2.4.1 超高压六相输电线路的工频电磁场特性
• 2.4.2 特高压六相输电线路的工频电磁场特性
• 2.4.3 六相输电线路的工频电磁场特性分析
• 2.5 六相输电线路的不平衡性
• 2.5.1 超高压六相输电线路的不平衡系数计算
• 2.5.2 特高压六相输电线路的不平衡系数计算
• 2.5.3 六相输电线路的不平衡性分析
• 2.6 本章小结
• 第三章六相输电线路的故障分析方法
• 3.1 n相系统的对称分量法
• 3.2 六相系统的对称分量法
• 3.3 六相输电系统的故障分析方法
• 3.3.1 六相输电系统的故障分类
• 3.3.2 六相输电系统的新型对称分量表示法
• 3.3.3 六相输电系统的故障分析法
• 3.4 故障分析方法验证
• 3.5 六序分量存在性的证明
• 3.6 本章小结
• 第四章六相输电线路的故障选相方案研究
• 4.1 六相输电线路故障电流序分量的幅值和相位特征
• 4.2 六相输电线路的选相原理
• 4.3 接地电阻与参数k值对选相方案的影响
• 4.4 EMTDC 仿真验证
• 4.5 本章小结
• 第五章六相输电线路的方向纵联保护研究
• 5.1 基于六相输电线路特有故障序分量的方向判别原理
• 5.1.1 六相输电线路的特有故障序分量
• 5.1.2 基于补偿电压的方向判别原理
• 5.2 方向纵联保护方案及其特性
• 5.2.1 方向纵联保护方案
• 5.2.2 方向保护特性分析
• 5.3 EMTDC仿真验证
• 5.4 仿真结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章六相输电线路的相差动保护研究
• 6.1 现有相差动保护原理的相位特性分析
• 6.2 六相输电线路相差动保护的故障判别原理
• 6.2.1 六相输电线路相差动保护中操作电流的选择
• 6.2.2 操作电流的相位特性分析
• 6.3 六相输电线路相差动保护的特性分析
• 6.4 EMTDC仿真分析
• 6.5 仿真结果分析
• 6.6 本章小结
• 第七章六相输电线路的距离保护研究
• 7.1 六相输电线路阻抗继电器的接线方式
• 7.1.1 六相输电线路接地阻抗继电器的接线方式
• 7.1.2 六相输电线路相间阻抗继电器的接线方式
• 7.2 六相输电线路四边形特性方向阻抗继电器
• 7.2.1 四边形特性方向阻抗继电器的整定参数设置
• 7.2.2 六相输电线路四边形特性接地方向阻抗继电器
• 7.2.3 六相输电线路四边形特性相间方向阻抗继电器
• 7.2.4 六相输电线路距离保护的特性分析
• 7.3 EMTDC仿真分析
• 7.4 仿真结果分析
• 7.5 本章小结
• 第八章六相输电线路的自适应重合闸研究
• 8.1 六相输电线路断开相端电压特性
• 8.1.1 瞬时性故障时的恢复电压特性
• 8.1.2 瞬时性故障时电容耦合电压特性分析
• 8.1.3 永久性故障时电容耦合电压的特性
• 8.1.4 故障点位置对于永久性故障电压的影响
• 8.2 六相输电线路自适应重合闸方案的研究
• 8.2.1 瞬时性接地故障判据的研究
• 8.2.2 自适应分相重合闸方式
• 8.2.3 自适应重合闸流程
• 8.3 EMTDC仿真分析
• 8.4 仿真结果分析
• 8.5 本章小结
• 第九章 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和参加的科研工作
• 致谢