基于分布参数模型线路保护及故障测距

论文摘要

针对现有高压输电线路故障测距方法存在着一些如原理上有伪根存在的可能、两端数据同步匹配问题和测距精度与测距速度之间存在此消彼长的矛盾等不足,文章在引入参考点与故障点相匹配的思想基础上构建了一新的测距函数。利用该测距函数相位特性可实现对N(N≥2)端输电线路和同杆双回线进行故障定位。1、双端线路上该测距函数与双曲正切函数(或双曲正弦函数)具有相同相位特性,利用所选参考点与故障点相匹配时测距函数过零这一特征进行定位。该方法原理上不存在伪根,运算量小,具有良好的快速性。2、该测距函数在T型线路的故障支路和正常支路上分别具有不同相位特性,利用正常支路上所选参考点与故障点相匹配时测距函数过零这一特征进行定位。该方法打破了传统先判断故障支路再故障定位的模式,无需事先判别故障支路即可测距。该方法无测距死区,较好的克服了传统方法在T节点附近有测距死区的不足。该方法不存在伪根,对非线性电阻故障具有良好的适用性。3、鉴于现有多端故障测距方法存在的缺陷,诸如采用未能真实反映实际情况的线路集中参数模型,在T节点附近高阻短路故障时有测距死区,算法过于复杂不易实现,受系统运行方式的影响等,在T节点附近发生高阻短路故障时,无法正确判别故障支路。针对该缺陷,文章提出一种N端输电线路同步故障测距新算法。首先,由离参考端最远的母线推算离参考端最近的T节点的电压、电流,在该T节点和参考端之间利用双端测距算法求出故障距离：基于该故障距离的分布特点将原N端输电线路的故障测距问题转化为一个T型线路的故障测距问题。然后,利用文章提出的T型线路故障测距新算法进行测距。该方法无测距死区,克服了传统方法在T节点附近有测距死区的不足,测距精度受过渡电阻、故障类型和负荷电流的影响很小4、现有同杆双回线非同步故障定位方法存在着需要通过移动数据来同步匹配两侧信息。针对这一不足,文章提出一种基于双曲正切函数相位特性同杆双回线非同步故障定位新原理。根据所取参考点与故障点相匹配时双曲正切函数相位过零这特征进行定位。该方法理论证明了非同步故障时可利用对侧反向正序电流相位来同步校正该侧反向正序电流相位,无需通过数据移动来同步匹配两侧信息。由于只采用双端电流量,在原理上避免了电压互感器传变特性的影响,且理论上证明了该方法测距精度不受电流互感器特性的影响。原理上不存在伪根问题,对非线性电阻故障具有良好的适用性。由于故障点与T接点位置关系未知,所以应用于传统双端线路的分布电容电流补偿方法不能直接应用于T型输电线路的全电流差动保护中,因此,目前所提出的工频稳态量差动保护在原理上仍受分布电容电流的影响,为了避免保护误动,定值要躲开分布电容电流,从而降低了保护的抗过渡电阻能力。针对这一问题,文章提出一种基于分布参数模型的T型输电线路电流差动保护新原理,该方法将原为三端线路电流差动保护问题转化为2个原理相似的双端线路电流差动保护问题,并数学分析了这种转化的正确性。与传统T型线路全电流差动保护相比,新保护判据不受分布电容电流的影响,适用于T型高压输电线路。采用保护安装处零序电流相位来估算故障支路电流相位的估算误差是零序电抗继电器及其改进型阻抗继电器难以直接应用于特高压交流输电线路上的主要因素。针对该问题,经分析得出观测点处的负序电流可以很好地模拟单相接地短路时故障支路负序电流的相位信息。在此基础上,提出一种可适用于特高压交流输电线路的单相接地阻抗继电器。该保护在特高压交流输电线路单相接地时具有较强的抗过渡电阻能力和稳定的保护范围以及较高的动作灵敏性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景和意义
• 1.1.1 输电线路故障测距技术的研究背景和意义
• 1.1.2 T型高压线路电流差动保护的研究背景和意义
• 1.1.3 零序电抗器的研究背景和意义
• 1.2 输电线路故障测距的研究现状
• 1.2.1 故障分析法
• 1.2.2 行波测距法
• 1.2.3 智能测距法
• 1.3 T型高压输电线路电流差动保护的研究现状
• 1.3.1 故障分量电流差动保护
• 1.3.2 全电流差动保护
• 1.4 零序电抗器的研究现状
• 1.5 本论文所作主要工作
• 第二章 高压输电线路相位测距法
• 2.1 引言
• 2.2 基于双曲正切函数相位特性高压故障线路相位测距法
• 2.2.1 测距原理
• 2.2.2 测距算法
• 2.2.3 仿真验证
• 2.2.4 小结
• 2.3 基于双曲正弦函数相位特性高压故障线路相位测距法
• 2.3.1 基于分布参数模型负序电流分配系数
• 2.3.2 测距原理及算法
• 2.3.3 仿真验证
• 2.3.4 小结
• 第三章 N（N≥3）端输电线路故障定位新方法
• 3.1 基于测距函数相位特性T型输电线路相位测距法
• 3.1.1 引言
• 3.1.2 测距基本原理
• 3.1.3 测距算法及分析
• 3.1.4 仿真验证
• 3.1.5 小结
• 3 .2 N端输电线路故障定位新算法
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 线路Pκ+1PK之间故障时的理论推导
• 3.2.3 线路KPκ之间故障时的理论推导
• 3.2.4 N端输电线路故障定位算法
• 3.2.5 仿真验证
• 3.2.6 小结
• 第四章 基于双曲正切函数相位特性同杆双回线路非同步故障定位研究
• 4.1 引言
• 4.2 双回线分布参数模型及其相序变换
• 4.3 非同步故障定位基本原理
• 4.4 非同步故障定位算法
• 4.5 仿真验证
• 4.5.1 均匀传输线路模型
• 4.5.2 不均匀传输线路模型
• 4.6 小结
• 第五章 基于分布参数模型T型线路电流差动保护
• 5.1 引言
• 5.2 双端线路故障的理论推导
• 5.3 T型输电线路差动保护新原理
• 5.3.1 线路PR内部故障
• 5.3.2 线路SP内部故障
• 5.3.3 线路TP内部故障
• 5.4 仿真结果比较
• 5.5 小结
• 第六章 适用于特高压交流输电线路的单相接地阻抗继电器
• 6.1 引言
• 6.2 测量电压理论推导
• 6.3 传统零序电抗继电器在特高压交流输电线路上的适用性分析
• 6.3.1 传统零序电抗继电器的缺陷
• 6.3.2 改进型阻抗继电器的缺陷
• 6.4 适用于特高压交流输电线路的改进型单相接地阻抗继电器
• 6.5 仿真比较
• 6.5.1 送电端四种继电器动作特性
• 6.5.2 受电端四种继电器动作特性
• 6.5.3 动作灵敏性分析
• 6.6 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况