高压直流输电线路行波保护判据的研究

中国电力科学研究院有限公司完成直流互感器暂态试验系列设备试验,标志着该系列设备研制成功,填补了直流互感器暂态试验检测设备的空白。  相对于交流输电系统,直流输电系统对控制保护信号的响应速度、频带宽度要求更高,意味着对直流互感器的暂态特性要求更高。对于直流互感器暂态特性及试验,国际电工委员会(IEC)和我国电力行业均制定了相应规定。但由于缺少相应试验检测设备,直流互感器暂态特性试验无法正常开展,为直流输电系统安全稳定运行埋下了隐患。  直流互感器主要用于测量直流大电流,也在整流系统中用作电流反馈、控制和保护元件。与分流器(见电流表)比较,它的电能损耗低并具有隔离作用。常用的直流电流互感器的线路如图。图中A与B是两个相同但各自独立的铁心。直流大电流I1流过两个初级绕组(即图中的穿通导线,相当于初级N1=1匝),两铁心上的次级绕组均为N2匝,以相反极性串接,由正弦波交流电源供电。  中国电科院研制的直流互感器暂态试验系列设备包括直流电流、电压互感器阶跃响应测试系统,直流电流、电压互感器宽频特性试验系统。其中,直流电流互感器阶跃响应测试系统的阶跃试验电流幅值达3000安、脉宽大于10毫秒、上升时间小于10微秒,有效解决直流电流互感器阶跃响应试验难题。  另外,直流电压互感器阶跃响应测试系统的阶跃试验电压幅值达200千伏、脉宽大于10毫秒、上升时间小于10微秒,可用于直流电压互感器阶跃响应试验;直流电流互感器宽频特性试验系统的宽频试验电流幅值达600安、频率范围为50~3000赫兹,为直流电流互感器宽频特性试验提供设备;直流电压互感器宽频特性试验系统的宽频试验电压幅值达10千伏、频率范围为50~3000赫兹,可应用于直流电压互感器宽频特性试验。
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澳门新蒲京娱乐诚,摘要:目前,国内外投运的行波保护普遍存在着可靠性差的问题。针对该问题,本文简要分析了实际工程中行波保护存在的缺陷。同时,在使用EMTDC暂态仿真软件对各种直流线路故障进行仿真计算的基础上,本文对目前国际上具有代表性的两种行波保护判剧进行了对比性分析与研究;并提出了基于小波变换的行波方向保护新原理,提高了行波保护的可靠性。关键词:高压直流
行波保护 EMTDC 小波变换

1 引言
随着我国电力事业的蓬勃发展,将越来越多地采用高压直流输电作为长距离输送电能方式。目前,我国已有多项直流输电工程投运,举世瞩目的三峡工程也已经开始投运。因此,如何保证直流线路的安全稳定运行,提供一种高速可靠的线路保护方案,就成为一个急待解决的直流输电技术问题。
由于行波保护具有超高速动作性能,同时能够克服传统工频量保护易受电流互感器饱和、系统振荡和长线分布电容等影响的缺点,目前,世界上广泛采用了行波保护作为高压直流线路保护的主保护。然而,目前国内外所投运的行波保护普遍存在着可靠性不高的问题。因此,有必要对现有行波保护开展进一步的研究,使行波保护在实际工程中能够具有更高的可靠性和抗干扰性能。
2 工程中行波保护存在的问题
国内外相关资料显示,目前所投运的行波保护普遍存在着受扰动容易误动的问题。分析其原因,主要有以下几点:
1)行波保护判据中多采用电流、电压值的瞬时值,在计算时,具体所选择的计算点的值将直接影响判别式输出的值,因此,由噪声等干扰引起的数据采样值的波动很容易影响计算点的值,从而引起判别式误动作。
2)由于线路使用的耦合电容分压式电压互感器,传变暂态信号的能力较差,使得二次侧获取的行波电压信号误差较大。
3)换相故障、交流侧故障等都可能引起直流线
路上出现交流分量的暂态分量,以及电力线路上由雷击、开关分合、空线合闸等所造成的干扰,都和暂态行波有相似之处,从而影响行波的识别。
4)当接地电阻较大时(100Ω以上),行波保护不易区分逆变侧平波电抗器正反向故障。这是由于在接地电阻较小时,平波电抗器线路侧(正向)故障时的行波波头幅值和陡度都较大,而在逆变器侧(反向)故障时,由于受到平波电抗器的平滑作用,行波波头的幅值和陡度都较大地减小了,从而得以正确区分;然而,当正向经高阻接地时,正向行波波头的幅值和陡度都减小,以至与反向故障时(金属性接地)所传播到整流侧的行波波头相混淆,从而无法区分。
3 行波保护判据的研究
作者首先建立了基于交直流电磁暂态仿真软件EMTDC的高压直流输电系统仿真模型,并在仿真模型上构造各种类型的直流线路区内外故障,以获取HVDC系统的运行特性以及故障数据;在此基础上对实际工程中广泛采用的行波保护判据(ABB公司和SIEMENS公司)进行了对比性分析研究,并提出了基于小波变换的行波方向保护新原理。
本文以天广(天生桥—广州)直流输电工程为仿真模型,其主要运行参数为:1800
MW,1.8 kA,500kV,12脉波,双极双桥。如图1所示。