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

1、隨著智能電網(wǎng)國家戰(zhàn)略的推進(jìn)，我國電網(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阻斷，將會在交直流系統(tǒng)間引起連鎖演變的復(fù)雜事故過程。繼電保護(hù)作為電力系統(tǒng)安全防護(hù)的第一道防線，其可靠迅速的動作對于遏制事故擴(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、過程；為了滿足遠(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。這些問題使得現(xiàn)有繼電保護(hù)難以滿足復(fù)雜大電網(wǎng)的安全防護(hù)要求，導(dǎo)致保護(hù)誤動、拒動事故頻發(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)過程及繼電保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)開展研究工作。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)行元件的差動保護(hù)造成誤動隱患。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)涌流及其對差動保護(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，并通過數(shù)字仿真進(jìn)行了驗(yàn)證。開展了和應(yīng)涌流動模試驗(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)涌流識別方法，以提高差動保護(hù)在復(fù)雜和應(yīng)涌流期間的可靠性。由于和應(yīng)涌流、勵磁涌流等因素的影響，電網(wǎng)一次電流暫態(tài)過程更加復(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，該平臺可根據(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)過程，并通過選配所開發(fā)的TPY級、PR級和P級等不同類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)特性及差動保護(hù)動作性能的分析評估，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，基于磁動勢等值原理、采用多類型工業(yè)實(shí)用的電流互感器構(gòu)建了電流互感器物理模型，通過動模試驗(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)、輸電線路和變壓器差動保護(hù)誤動事件開展研究，分析了變壓器勵磁涌流、和應(yīng)涌流以及互感器飽和等因素對差動保護(hù)的影響，揭示了穿越性勵磁涌流導(dǎo)致的互感器飽和是引起差動保護(hù)誤動的主要原因。通過研究表明，目前現(xiàn)場普遍使用的互感器飽和識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別判據(jù)，以防止差動保護(hù)在相鄰變

7、壓器空投期間誤動。⑶提出了一種串補(bǔ)線路邊界保護(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，利用等傳變原理解決了 CVT暫態(tài)過程以及線路分布電容對測距精度的影響，能夠根據(jù)測距結(jié)果的波動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)電容之間的相對位置關(guān)系，從而克服距離保護(hù)的超越誤動問題，實(shí)現(xiàn)串補(bǔ)線路的單端量全線快速保護(hù)。⑷結(jié)合某省級交直流電網(wǎng)實(shí)際情況，圍繞交流系統(tǒng)發(fā)生的短路故障、勵磁涌流