交直流電網(wǎng)復(fù)雜暫態(tài)過(guò)程及繼電保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著智能電網(wǎng)國(guó)家戰(zhàn)略的推進(jìn)，我國(guó)電網(wǎng)正在發(fā)展成為前所未有的交直流混聯(lián)復(fù)雜電網(wǎng)，其規(guī)模迅速擴(kuò)張、結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜、技術(shù)不斷改進(jìn)、運(yùn)行靈活多變。電網(wǎng)發(fā)生的單一故障若不能及時(shí)阻斷，將會(huì)在交直流系統(tǒng)間引起連鎖演變的復(fù)雜事故過(guò)程。繼電保護(hù)作為電力系統(tǒng)安全防護(hù)的第一道防線(xiàn)，其可靠迅速的動(dòng)作對(duì)于遏制事故擴(kuò)大發(fā)展、維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。然而，由于電網(wǎng)復(fù)雜性的增加，系統(tǒng)中大量存在的變壓器、電流互感器等非線(xiàn)性鐵磁元件將產(chǎn)生和應(yīng)交互作用，并引發(fā)復(fù)雜的電磁暫態(tài)

2、過(guò)程；為了滿(mǎn)足遠(yuǎn)距離、大容量的送電需求，直流輸電、串聯(lián)補(bǔ)償?shù)刃滦洼旊娂夹g(shù)在電網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用，造成了復(fù)雜的故障模式及演變特征。這些問(wèn)題使得現(xiàn)有繼電保護(hù)難以滿(mǎn)足復(fù)雜大電網(wǎng)的安全防護(hù)要求，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)事故頻發(fā)，嚴(yán)重威脅交直流系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文以適應(yīng)智能電網(wǎng)安全防護(hù)需求為目標(biāo)，圍繞交直流電網(wǎng)復(fù)雜暫態(tài)過(guò)程及繼電保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展研究工作。變壓器空投將使得鄰近運(yùn)行變壓器發(fā)生和應(yīng)涌流，并給相鄰正常運(yùn)行元件的差動(dòng)保護(hù)造成誤動(dòng)隱患。和應(yīng)涌流以其

3、形式的多樣性、產(chǎn)生的隱蔽性和機(jī)理的復(fù)雜性而成為備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)有對(duì)和應(yīng)涌流的機(jī)理分析往往假設(shè)運(yùn)行變處于空載狀態(tài)，難以反映發(fā)變組、變電站以及直流換流站中運(yùn)行變壓器帶載運(yùn)行的真實(shí)情況。關(guān)于和應(yīng)涌流及其對(duì)差動(dòng)保護(hù)影響的研究尚待進(jìn)一步深化。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴從理論分析、數(shù)字仿真和動(dòng)模試驗(yàn)等層面研究了運(yùn)行變非空載情況下的多側(cè)涌流和應(yīng)交互作用。解析分析了運(yùn)行變帶無(wú)源負(fù)載、有源負(fù)載以及與發(fā)電機(jī)相連等情況下復(fù)雜和應(yīng)涌流的產(chǎn)生機(jī)理與

4、基本模式，并通過(guò)數(shù)字仿真進(jìn)行了驗(yàn)證。開(kāi)展了和應(yīng)涌流動(dòng)模試驗(yàn)，總結(jié)提煉了和應(yīng)涌流的影響因素與電氣特征。提出了基于站域信息共享和基于運(yùn)行變壓器飽和磁通計(jì)算的兩種不同原理的和應(yīng)涌流識(shí)別方法，以提高差動(dòng)保護(hù)在復(fù)雜和應(yīng)涌流期間的可靠性。由于和應(yīng)涌流、勵(lì)磁涌流等因素的影響，電網(wǎng)一次電流暫態(tài)過(guò)程更加復(fù)雜多樣，增加了保護(hù)用電流互感器暫態(tài)飽和特性的分析評(píng)估難度。論文構(gòu)建了一種電流互感器復(fù)雜暫態(tài)飽和特性數(shù)字仿真分析平臺(tái)，該平臺(tái)可根據(jù)實(shí)際分析需要，靈活組態(tài)模

5、擬和應(yīng)涌流、轉(zhuǎn)換性故障及重合閘等不同形式的電力系統(tǒng)復(fù)雜暫態(tài)過(guò)程，并通過(guò)選配所開(kāi)發(fā)的TPY級(jí)、PR級(jí)和P級(jí)等不同類(lèi)型電流互感器的精確數(shù)字仿真模型，能夠?qū)崿F(xiàn)電流互感器復(fù)雜暫態(tài)特性及差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作性能的分析評(píng)估，從而為電流互感器的設(shè)計(jì)選型、運(yùn)行維護(hù)與事故分析提供指導(dǎo)。此外，基于磁動(dòng)勢(shì)等值原理、采用多類(lèi)型工業(yè)實(shí)用的電流互感器構(gòu)建了電流互感器物理模型，通過(guò)動(dòng)模試驗(yàn)深化研究了電流互感器的暫態(tài)飽和特性，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果構(gòu)建了仿真平臺(tái)中的互感器精確數(shù)字仿真

6、模型。⑵結(jié)合理論分析、數(shù)字仿真以及現(xiàn)場(chǎng)錄波數(shù)據(jù)，圍繞變壓器空投導(dǎo)致相鄰正常運(yùn)行的發(fā)電機(jī)、輸電線(xiàn)路和變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)事件開(kāi)展研究，分析了變壓器勵(lì)磁涌流、和應(yīng)涌流以及互感器飽和等因素對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響，揭示了穿越性勵(lì)磁涌流導(dǎo)致的互感器飽和是引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的主要原因。通過(guò)研究表明，目前現(xiàn)場(chǎng)普遍使用的互感器飽和識(shí)別方法難以判斷由復(fù)雜涌流所引發(fā)的互感器飽和，為此針對(duì)性的提出了一種基于二次電流非周期分量的互感器飽和識(shí)別判據(jù)，以防止差動(dòng)保護(hù)在相鄰變

7、壓器空投期間誤動(dòng)。⑶提出了一種串補(bǔ)線(xiàn)路邊界保護(hù)新原理。該方法將串補(bǔ)電容作為異構(gòu)邊界，基于R-L微分方程、應(yīng)用最小二乘算法求解故障距離，利用等傳變?cè)斫鉀Q了 CVT暫態(tài)過(guò)程以及線(xiàn)路分布電容對(duì)測(cè)距精度的影響，能夠根據(jù)測(cè)距結(jié)果的波動(dòng)程度或者最小二乘算法擬合誤差的大小，有效判斷故障點(diǎn)與串補(bǔ)電容之間的相對(duì)位置關(guān)系，從而克服距離保護(hù)的超越誤動(dòng)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)串補(bǔ)線(xiàn)路的單端量全線(xiàn)快速保護(hù)。⑷結(jié)合某省級(jí)交直流電網(wǎng)實(shí)際情況，圍繞交流系統(tǒng)發(fā)生的短路故障、勵(lì)磁涌流