特高压输电线路故障特性研究及断路器失灵保护的改进

论文摘要

我国首个特高压(UHV)交流试验示范工程——1000kV晋东南一南阳一荆门特高压输电线路工程已经于2006年8月开始正式开工建设,此工程起自1000kV晋东南变电站,经1000kV南阳开关站,止于1000kV荆门变电站;线路全长约645公里,途经山西、河南、湖北三省。随着此项特高压工程的建设,必将引起全国整个电力行业对特高压方面的关注,电网中输电线路的故障特性,也将成为特高压系统的研究热门课题,在线路及断路器的保护方面也将提出越来越高的要求。本文在研究现有特高压输电线路模型的基础上,建立了特高压长距离输电线路的故障仿真模型;利用Matlab强大的仿真和计算功能,研究特高压输电线路发生各种故障时的状态,并进行分析;再通过对断路器在分断故障电流时,能正常分断短路电流和不能分断短路电流的情况进行分析、比较;通过分析和比较,总结出断路器失灵保护可以使用的特征量,对提高断路器的失灵保护的可靠性和速动性进行研究。本文的工作如下:①在国内外学者对长线路方程求解的基础上,从多角度建立了具有分布参数特性的单相输电线路模型以及其计算方程,对等值链状模型、贝瑞隆模型和时变动态相量模型进行比较,确定等值链状模型为本次仿真的模型。②利用Matlab仿真软件对特高压系统的各种短路情况进行仿真,各种短路故障情况主要有:同一短路点三相短路、单相接地短路、两相接地短路、两相短路的比较分析;不同地点各种短路情况。对各故障状态仿真出的结果进行系统分析,结果表明:由于特高压输电线路电压等级高,输送容量大,线路长等特性,造成短路电流在短路瞬间不能突变而产生很大的衰减直流分量且衰减非常缓慢,在长线末端故障电流中含有很大的高频分量。③对电弧的理论进行研究,在Matlab软件中使用电弧模型,比较结果,并确定Schwarz电弧模型为本文特高压系统仿真所需的电弧模型。电弧暂态过程中存在的高频分量使得线路电压发生畸变,影响了线路电压量的获取精度,对继电保护设备的正确动作产生一定的影响。④对目前现有断路器失灵保护的原理和动作的情况进行介绍,提出基于电流变化量的自适应断路器失灵保护的方案。应用该保护方案,能在断路器操作失灵的情况下,自适应地加快切除线路故障时延。⑤根据提出的方案,重新建立仿真模型,并对各种故障情况进行仿真,通过仿真的结果来验证电流变化量作为特征量的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 特高压系统国内外研究及运行现状
• 1.2.1 国外研究及工程现状
• 1.2.2 国内研究及工程实施现状
• 1.2.3 失灵保护的研究和应用现状
• 1.3 本文研究目的和研究内容
• 1.3.1 本文研究目的
• 1.3.2 本文研究的主要内容
• 2 特高压输电线路模型的研究
• 2.1 引言
• 2.2 特高压输电线路模型研究
• 2.2.1 等值链状线路模型
• 2.2.2 贝瑞隆模型
• 2.2.3 时变动态相量模型
• 2.3 特高压输电线路模型的比较和选择
• 2.4 本章小结
• 3 特高压输电线路故障仿真与分析
• 3.1 引言
• 3.2 电力系统仿真软件
• 3.3 特高压输电线路短路故障分析
• 3.3.1 应用Matlab/Simulink 进行电力系统仿真分析的基本方法
• 3.3.2 电力系统短路故障的建模仿真
• 3.3.3 仿真结果及分析
• 3.4 本章小结
• 4 电弧模型的研究和使用
• 4.1 引言
• 4.2 电弧研究情况及电弧模型
• 4.2.1 电弧现象及研究的意义
• 4.2.2 电弧的特点及其研究现状
• 4.2.3 各电弧模型的情况介绍
• 4.3 基于MATLAB 软件的电弧模型仿真应用
• 4.3.1 适用于MATLAB 软件的电弧模型
• 4.3.2 电弧模型在软件中的构成
• 4.3.3 电弧模型在软件中的仿真算例
• 4.4 本章小结
• 5 特高压断路器失灵保护工作原理及改进
• 5.1 引言
• 5.2 断路器失灵保护的构成和工作原理
• 5.2.1 断路器失灵保护的构成
• 5.2.2 断路器失灵保护的工作原理和动作情况
• 5.3 关于断路器失灵保护的改进原则
• 5.3.1 对现有断路器失灵保护的评价
• 5.3.2 基于故障后电流变化量闭锁的改进方案提出
• 5.3.3 改进方案的难点和仿真验证的必要性
• 5.4 本章小结
• 6 电流变化量在失灵保护中的应用
• 6.1 引言
• 6.2 系统模型构建和假设条件
• 6.2.1 系统模型构建
• 6.2.2 本次仿真的假设条件
• 6.3 仿真结果
• 6.4 仿真结果分析
• 6.4.1 基于断路器动作过程电流差值的比较
• 6.4.2 基于断路器分闸后电流变化量的比较
• 6.5 特征量在失灵保护中的使用
• 6.5.1 特征量在断路器失灵保护中的使用
• 6.5.2 特征量的定值选定
• 6.5.3 特征量在断路器失灵保护中的可实施性
• 6.6 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录
• C 带有电弧模型仿真系统的故障仿真结果