基于故障暫態(tài)信息的高壓輸電線路相差高頻保護的研究.pdf

1、隨著我國電網規(guī)模的擴大以及西電東送戰(zhàn)略方案的提出與實施，電力系統(tǒng)對繼電保護，特別是輸電線路的繼電保護提出了更高的要求，即要求其具有更高的動作可靠性以及更短的故障切除時間。當輸電線路發(fā)生故障時，故障產生的暫態(tài)高頻信息包含了大量的故障特征信息，利用這些信息量可以設計出新的線路保護方案。但是由于故障高頻信息的范圍很廣泛，如何提取并利用其進行新原理的研究，以及解決其實用化的關鍵技術，目前仍處于探索階段。 本文基于故障暫態(tài)量信息，利用多種

2、數(shù)學工具對故障暫態(tài)信號進行信號的特征提取及特征信息的融合，從實用的角度出發(fā)，提出了一種新的線路繼電保護方案，研制出樣機并通過了動態(tài)模擬實驗驗證。主要完成的研究工作包括以下幾個方面： 1、對超高壓輸電線路故障時產生的暫態(tài)分量特性進行了分析。以超高壓輸電線路分布參數(shù)模型結構為基礎，首先利用長線方程對其進行理論分析，并根據(jù)故障疊加原理分析計算線路故障暫態(tài)過渡過程中所出現(xiàn)的暫態(tài)分量，在此基礎上，利用電磁暫態(tài)仿真程序對不同故障條件下線路出

3、現(xiàn)的故障暫態(tài)分量進行了數(shù)值計算，對這些暫態(tài)分量的大小及故障后的持續(xù)時間進行研究，仿真計算結果表明故障產生的暫態(tài)分量的頻譜范圍是很廣泛的，并且次高頻部分的含量比較大，且持續(xù)時間也相對較長，完全可以用來進行故障特征分析； 2、提出了基于故障暫態(tài)高頻電流信號的新型相差保護方案。選取故障時產生的高頻電流信號作為保護判據(jù)的分析量，根據(jù)線路區(qū)內故障時線路兩端暫態(tài)電流的方向相同，而區(qū)外故障時兩端電流方向相反的特征進行線路故障單元保護，其中線路

4、兩端故障暫態(tài)電流的相位采用利用新一代信號處理工具——小波變換(復小波)進行計算。討論了保護方案中所用到的相位差閾值及時間閾值的設定，并最終建立了明確的保護判據(jù)公式。該保護判據(jù)的性能具有動作迅速、耐受接地過渡電阻能力強及不受系統(tǒng)運行條件變化的影響等優(yōu)點； 3、對新型保護判據(jù)動作判據(jù)的可靠性進行了分析。詳細分析了新型相差保護在各種情況下的動作可靠性，對單相故障切除后，系統(tǒng)處于兩相運行方式下的保護特性進行了分析，討論了線路空載合閘以及

5、保護在線路單相重合閘時的動作可靠性，還分析了長距離輸電電容電流對保護特性的影響，對保護在某些情況下的誤動問題文章提出了相應的解決方法； 4、提出了基于故障暫態(tài)高頻電流信號的新型相差保護方案。以故障時產生的高頻電流信號作為保護判據(jù)的分析量，利用新一代信號處理工具一一復小波變換作為分析工具，提取出線路兩端的故障暫態(tài)電流信號的相位。研究表明，線路區(qū)內故障時兩端高頻電流的相位相同，而區(qū)外故障時兩端相位相反，這一明顯特征為故障識別提供了可

6、靠依據(jù)。論文對新保護方法中所用到的相位閾值及時間閾值設定進行了詳細的分析，提出了新的保護判據(jù)。由于利用故障產生的暫態(tài)電量作為故障分析依據(jù)，因而保護判據(jù)的性能具有不受系統(tǒng)運行變化影響的特點。仿真試驗表明此種保護方法在系統(tǒng)重負荷、系統(tǒng)非全相運行等條件下具有很好的保護特性，并具有很高的耐受過渡電阻的能力。此外，論文對新保護方案與傳統(tǒng)保護方法進行了對比分析，討論了新方案在各種非正常情況下的動作可靠性問題。 5、提出了一種基于故障暫態(tài)信息

7、和自諧振神經網絡結構(ARTNN)的快速故障選相方案。首先利用故障產生的暫態(tài)高頻電流分量，從能量的觀點出發(fā)，利用模量變換和小波變換得到暫態(tài)電流高頻模分量的小波能量函數(shù)值。理論分析和大量的仿真試驗均表明，模量小波能量函數(shù)與故障類型之間具有明顯的特征關系，在此基礎上，論文提出了基于故障暫態(tài)分量能量的快速選相元件，能夠在故障后4ms時間段內選出故障相。為提高選相元件的可靠性和自適應性，在分析研究各種神經網絡結構特點的基礎上，提出了基于自諧振神

8、經網絡結構和故障暫態(tài)分量的綜合型選相元件。ATP仿真試驗表明，新型選相元件具有選相準確、動作快速的優(yōu)點，而且其選相性能不受系統(tǒng)運行方式變化的影響。 6、為了實現(xiàn)論文提出的新型線路相差保護及故障選相方案，設計了一種基于數(shù)字信號處理芯片的微機線路保護裝置，并通過了動態(tài)模擬試驗驗證。該保護裝置采用32位內核16位總線結構的DSP芯片TMS320F206作為主處理器，并且采用可編程邏輯芯片CPLD進行邏輯控制，使得整個保護裝置的電路結構