特高压输电线路方向纵联保护

论文摘要

国家电网公司晋东南一南阳一荆门交流1000kV特高压输电示范工程已经动工,这填补了我国百万伏电压等级的空白,是我国电网技术发展新的里程碑。特高压输电线路将成为我国电网的骨架,保证特高压输电线路安全、可靠运行对于整个电网有重要意义。因此,研究适用于特高压输电线路的继电保护原理是摆在我们面前的一项紧迫任务。本文正是针对特高压输电线分布电容大、非周期分量衰减速度慢和高频分量丰富的特点,研究了适用于特高压输电线路方向纵联保护原理,最终提出了一套适用于特高压输电线路的主保护配置方案。针对负序方向元件,提出了适用于特高压输电线路的保护动作逻辑方案,给出了各种故障情况下保护的动作逻辑。采用数字式二阶RC低通滤波器结合小矢量算法和相模变换可在几个毫秒内快速求得负序电压、电流及其功率方向,用该方法实现的负序方向元件不但能正确反应各种不对称短路,还能正确反应短路瞬间只有5ms不对称状态的三相短路故障。通过对我国正在建设和未来更长的1000kV特高压输电线的仿真研究,证明了这一方法的正确性。提出了基于分布参数输电线路模型的新的补偿算法,消除了线路分布电容对负序方向元件的影响,该补偿算法对故障暂态和故障稳态具有同样的补偿效果。提出了新的适用于特高压输电线路的故障分量分相补偿式方向元件,该方向元件本身具有选相功能,无需配合选相元件,可反应全相及非全相运行情况下的各种故障。通过理论推导得出从初始行波到稳态行波过渡过程的数学公式,统一了不同阶段的故障分量信号;定义了初始行波的概念,并指出了其持续时间的影响因素,针对末端含有储能元件系统,从物理和数学两方面剖析了初始行波的功率极性;通过分析提出反射系数是时变函数,给出了在不同暂态阶段行波反射系数的变化范围。提出了适用于同杆双回输电线路的新的方向纵联保护原理。该原理利用同序负序分量实现方向比较,将双回输电线看作一个被保护单元,消除了原有基于每一回线的方向元件在双回线非同名相跨线故障时受双回线线间互感影响需将保护闭锁的缺点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的意义和背景
• 1.1.1 特高压交流输电概况
• 1.1.2 特高压输电线路的特点及对继电保护的要求
• 1.2 输电线路方向纵联保护研究的历史和现状
• 1.2.1 基于工频电气量的方向元件
• 1.2.2 基于行波波头信息的行波方向元件
• 1.2.3 基于暂态故障分量的方向元件
• 1.2.4 方向纵联保护的发展
• 1.3 本课题完成的主要工作
• 第二章 特高压输电线负序方向纵联保护
• 2.1 负序方向纵联保护
• 2.2 负序方向纵联保护动作逻辑
• 2.2.1 逻辑框图构成原理
• 2.2.2 不对称故障时保护的动作情况
• 2.2.3 对称短路时的动作情况
• 2.2.4 转换性故障的动作情况
• 2.3 负序方向元件的实现
• 2.3.1 数字式二阶RC低通滤波器
• 2.3.2 数字式狭窄带通滤波器
• 2.3.3 滤波器的频率响应和响应时间
• 2.3.4 小矢量算法
• 2.3.5 故障后全波傅氏算法的投入时间
• 2.3.6 实现方案
• 2.4 不对称故障启动元件
• 2.4.1 不对称故障启动元件的要求
• 2.4.2 不对称故障启动元件的实现
• 2.4.3 过渡电阻对不对称故障启动元件的影响
• 2.4.4 不对称故障启动元件仿真结果
• 2.5 仿真试验
• 2.5.1 负序方向纵联保护用于1000kV系统
• 2.5.2 用于我国新建1000kV示范工程
• 2.6 本章小结
• 第三章 线路分布电容对特高压输电线路负序方向纵联保护的影响
• 3.1 分布电容对负序方向保护的影响
• 3.1.1 特高压长距离输电线
• 3.1.2 双回线一回线不对称短路
• 3.2 电压电流补偿原理
• 3.2.1 贝瑞隆模型简介
• 3.2.2 外部故障
• 3.2.3 内部故障
• 3.3 结论
• 第四章 故障分量分相补偿式方向元件
• 4.1 动作判据
• 4.2 保护的动作行为分析
• 4.2.1 单相接地短路
• 4.2.2 两相短路
• 4.2.3 两相接地短路
• 4.2.4 仿真验证
• 4.3 影响保护工作的因素分析
• 4.3.1 参数设置
• 4.3.2 相关问题讨论
• 4.4 本章小结
• 第五章 输电线路的统一行波理论
• 5.1 暂态能量方向元件
• 5.2 行波折射系数和反射系数的时变性
• 5.3 从初始行波到稳态行波的过渡
• 5.4 初始行波的功率极性
• 5.4.1 从物理意义分析
• 5.4.2 用数学方法分析
• 5.4.3 仿真试验
• 5.4.4 反射系数的范围
• 5.5 本章小节
• 第六章 利用同序负序分量的同杆双回线快速保护
• 6.1 同序负序网
• 6.2 同序负序方向纵联保护
• 6.2.1 保护原理
• 6.2.2 选相元件
• 6.2.3 补偿原理
• 6.3 仿真验证
• 6.3.1 仿真模型
• 6.3.2 仿真结果
• 6.4 性能比较
• 6.5 本章小节
• 第七章 特高压输电线路主保护配置方案
• 7.1 特高压输电线路的特点及对保护的要求
• 7.2 特高压输电线保护配置
• 7.2.1 负序方向纵联保护
• 7.2.2 零序方向元件
• 7.2.3 故障分量分相补偿式方向元件
• 7.3 本章小节
• 第八章 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
• 发表的论文
• 参加的科研工作
• 申请专利
• 附录
• 致谢