六相输电线路的相差纵联保护研究

六相输电线路能有效地提高电网功率传输密度,在国外得到了充分的重视.该文提出一种针对六相输电线路的相差保护方案,该方案利用六序故障分量中的半正序、半零序和半负序电流分量不受系统阻抗变化影响的优点,取3者之和作为六相输电线路相差保护的操作电流进行两侧电流比相.由于本方案的电流操作量为稳态量,因此在故障期间该方案一直有效.理论分析和仿真结果都表明,该方案除具有普通相差保护不受系统振荡影响的优点外,还能有效克服传统相差保护易受负荷电流和大过渡电阻影响的缺点,并且大大提高相差保护的灵敏度,可用作六相输电线路的主保护.     

正序电压电流补偿的方向元件

提出了一种基于正序电压电流补偿的方向元件,可用于高压输电线路纵联方向主保护。给出了补偿阻抗的确定方法,在经过合适的阻抗补偿后,该方向元件能够反应系统全相及非全相状态下各种不对称故障,不受系统振荡的影响,在启动元件启动后整个过程能长期投入运行。对于线路发生三相短路的解决办法是补偿加入电压电流的正序故障分量。用电力系统动态模拟试验的故障录波数据对该方向元件进行验证,结果表明,该方向元件能有效、可靠地判断出故障方向。     

适用于半波长输电线路的快速方向纵联保护方法

基于工频故障分量和序分量的功率方向元件利用背侧阻抗特征可以准确识别线路正、反向故障,但由于半波长输电线路波过程的折反射时间很长,因此常规方向元件在保护启动后无法快速、准确判别反向故障。为此,提出了一种适用于半波长输电线路的新型故障分量方向保护方法。该方法利用半波长输电线路反向故障初期电压相间差故障分量和电流相间差故障分量的幅值相位关系,在线路两端分别计算反向识别系数;通过反向识别系数的大小来实现反向故障的识别。同时,采用工频故障分量方向元件和负序方向元件作为判定正向故障的辅助判据,与新方法一起构成了半波长输电线路快速方向纵联保护方案。该方案采用基于反向识别系数的快速动作逻辑,利用保护对反向故障的快速识别实现区内故障的快速动作。PSCAD/EMTDC仿真表明,所提方法可以准确识别线路正向故障和反向故障,实现半波长输电线路全线速动。     

基于故障分量虚拟阻抗的线路差动保护原理

针对传统纵联保护的不足,提出了一种基于故障分量虚拟阻抗的线路差动保护原理。考虑分布参数的影响,利用线路两端故障分量推导线路中任意点处的电压、电流故障序分量,并将二者之比定义为虚拟阻抗。取线路中点处各序的电流故障分量和虚拟阻抗构成保护判据,识别各种类型的故障。仿真结果表明,该判据能准确识别各种类型的故障,灵敏度和可靠性较高,且不受故障位置、过渡电阻、负荷电流、分布电容及信息同步的影响。     

基于正序阻抗幅值比的风电场送出线路纵联保护

针对风电场送出线路纵联保护在数据延时传输及异常采样数据下保护性能不佳的问题,提出了基于正序阻抗幅值比的纵联保护。通过分析风电系统送出线路发生区内外故障时正序阻抗幅值特征,得出区内外故障下双端正序阻抗幅值差异比特征不同。引入综合层次聚类(balanced iterative reducing and clustering using hierarchies, BIRCH)方法剔除正序阻抗幅值序列中异常采样数据,形成不含异常采样数据的故障时间序列聚类特征,并结合双端正序阻抗幅值差异比特征,构造不受数据延时传输影响的纵联保护判据。仿真结果表明,所提出的纵联保护不受系统运行工况、故障类型、数据延时传输及异常采样数据的影响。在过渡电阻达到150  时,所提出的纵联保护仍能正确判别故障方向,具有较强的抗噪性能,适用于含风电接入的弱馈型电力系统。     

基于序分量综合阻抗的母线保护原理

提出了母线正序故障分量综合阻抗、负序综合阻抗和零序综合阻抗的概念,通过分析母线区内、外故障时3种综合阻抗的特征,分别利用阻抗幅值和相角构成了基于正序故障分量综合阻抗、负序综合阻抗以及零序综合阻抗的母线保护原理。3种保护原理在母线区内、外故障时特征明显,判据简单、易整定,而且原理本身不受3/2断路器接线的母线区内故障汲出电流以及过渡电阻的影响。当母线区外故障电流互感器(TA)饱和时,利用各个序分量综合阻抗相角所构成的TA饱和识别判据能够可靠地将母线保护闭锁,从而避免保护误动;当母线区内发生故障有TA饱和时,保护性能不受影响,能够可靠地快速动作。基于正序故障分量综合阻抗的母线保护原理可以反映各种类型的母线故障,对于最严重的三相短路故障可以快速切除;基于负序、零序综合阻抗的母线保护原理则可以在故障后长期应用,不受系统振荡的影响,而且对于高阻接地故障依然能灵敏动作。3种保护原理可构成完整的母线保护方案。EMTP仿真结果验证了新原理的有效性和可行性。     

基于线模电流故障分量的高压直流输电线路纵联保护方案

针对现有高压直流输电线路纵联保护受分布电容影响大,动作速度慢从而导致系统闭锁这一问题,提出了一种不受分布电容影响的高压直流输电线路方向纵联保护方案。通过分析模电流传输特性得到线模电流具有受分布电容影响小的特点。基于输电线路线模阻抗推导了区内和区外故障下线路两侧测点电流幅值特征,从而利用整流侧和逆变侧测点线模电流故障分量幅值比的差异作为保护判据,构建了区内外故障识别方案,并通过理论分析为保护阈值选取提供了依据。仿真结果表明,所提保护方案能够可靠识别区内外故障,保护动作不受分布电容影响,对采样和通信要求不高,并具有较强的耐过渡电阻能力和抗噪性。     

强磁弱电环境下序分量方向的综合判据及其仿真

在强磁弱电环境下的纵联零序方向保护有可能误动。考虑到双回线互感一般仅对零序分量产生明显影响,同时注意到系统中各站点间的负序转移阻抗远小于零序转移阻抗,单相接地故障时负序电压通常大于零序电压这一特点,提出了基于负序分量补偿的方向保护综合判据。判据进行了周密的实用化考虑,利用故障后负序电压与电流的相位关系来判别故障反方向,在深入分析判据动作特性及灵敏度的基础上,按照故障特征的差异逐步提高灵敏度,综合构成了较完善的纵联接地方向保护方案。实例验证与仿真结果均表明,由该负序分量把关的纵联零序方向保护在强磁弱电环境下,能够可靠判别故障方向,并具有良好的可靠性与选择性,从而有效改善了纵联接地保护的性能。     

基于补偿电压故障分量的纵联方向保护原理与仿真研究

根据负序、零序、正序突变量及相间突变量等在故障分量叠加网络中的分布情况,该文提出了基于上述各种故障分量的一系列方向保护判据.这些判据利用故障后母线电压故障分量与补偿电压故障分量幅值的相互关系来判别故障点的方向.根据各判据的特点,从实用化角度考虑,提出了基于补偿电压故障分量的综合纵联方向保护原理.并按照故障发展的不同时段分别投入不同的保护判据,综合构成了完善的纵联方向保护方案.文中还进一步分析了该系列判据的动作特性以及灵敏度问题.仿真结果表明,由该系列方向保护判据构成的纵联方向保护具有原理简单可靠、动作速度快、灵敏度高、容易实现等优点,能适应于系统中各种复杂故障工况,如：故障发展、复故障、弱馈、高阻接地、非全相以及系统振荡等.     

适应于酒泉风电送出的750 kV线路纵联保护原理研究

针对酒泉大规模风电基地送出750 kV输电线路,提出了一种适用于带串补和可控电抗器输电线路的故障分量综合阻抗纵联保护新原理。通过计算线路故障分量差动电压与差动电流的比值得到综合阻抗,外部故障时,综合阻抗反映线路的并联容抗,模值很大;内部故障时,综合阻抗反映系统阻抗,模值很小,并分析指出补偿相间电容后再分相计算综合阻抗判据,可以增强健全相保护的可靠性。新原理容易整定,本身具有选相能力,不受负荷波动、电容电流的影响,不受串补电容以及可控电抗器的影响,耐受过渡电阻能力强。利用ATP以酒泉风电基地750 kV送出系统为原型进行仿真实验,结果表明该原理可靠灵敏,适应于大规模风电送出工程的需要。     

基于六序分量法的六相输电系统故障选相

六相输电是多相输电技术中最接近实用化的一种.针对其多达120种的故障,运用同正、负、零序和反正、负、零序的六序分量法分析六相系统故障,变换得到的各序分量物理含义清晰.六相系统中的同序量、反序量分别对应于双回线中的反序量、同序量,依据故障边界条件构成的复合序网得到了六相系统的序分量特征以及与六相系统兼容运行的三相系统序分量特征.在此基础上,提出一种判别六相输电系统故障类型的方法,可用作六相输电线路的选相元件动作判据.     

变压器低压侧故障远后备保护分析及解决方案

对于线路一变压器接线形式的110 kV线路保护的远后备保护,保护的范围为变压器低压侧母线处故障情况下,须考虑到由于变压器的接线组别、变压器的阻抗值等情况对线路保护元件的影响.针对变压器低压侧母线处故障时进行了详细的分析,根据故障时的正、负序电压和电流等分析,采用了不反应负荷阻抗、三相短路、系统振荡的多相补偿阻抗继电器和仅反应三相短路的上抛圆特性阻抗继电器相结合的解决方案,并进行了完整的变压器远后备保护方案的分析和Hypersim验证,不论从软件算法上、可靠性上都给予肯定,而且整定简单.便于现场运行实施.     

Analysis of simultaneous ground and phase faults on a six phasepower system

An analysis is presented of any simultaneous sustained ground and phase fault. A single algebraic equation is presented for the calculation of sequence currents following a sustained simultaneous ground and phase fault at the terminals of a six-phase generator. The equation can be simulated on a digital computer or a network analyzer for the simulation of any type of fault. The connection of sequence networks is at once indicated when the sequence currents are written in the format suggested. The variety of faults on a six-phase system is far more complicated than on a three-phase system. The generalized treatment of all faults will prove useful in evolving protective relaying schemes for six-phase power systems     

A backup wide‐area protection technique for power transmission network

This paper proposes a wide‐area backup protection technique for transmission lines using a limited number of synchronized phasor measurement units. A binary integral linear programming is used for optimal placement of phasor measurement units to achieve fault observability. The positive‐sequence voltage and current components are utilized for the detection and location of transmission lines faults. The proposed technique considers the randomness of faults on the transmission grid, different fault types, frequency fluctuations, synchronization and measurement errors, different fault inception angles, and different fault resistances, as well as various loading conditions. The proposed scheme is applied to the Western System Coordinating Council (WSCC) 9‐bus test system and the New England 39‐bus test system. Simulation results prove that the proposed protection scheme can detect and locate all transmission line faults correctly. © 2017 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

适用于带并抗的同杆双回线接地故障分相自适应重合闸策略

同杆双回线发生接地故障采用传统跳闸策略时可能会产生负序分量,传统自动重合闸方案在合闸前不判定故障性质,重合失败时将影响系统稳定性。针对该问题,提出了一种适用于带并抗的同杆双回线接地故障改进跳闸与分相自适应重合闸策略。首先,通过建立带并抗的同杆双回线各相之间的耦合模型并对其进行分析,提出了一种能够避免负序分量注入系统的改进跳闸策略。其次,分别对瞬时性故障和永久性故障情况下的故障相并联电抗器电流特征分析,提出了基于故障相并联电抗器微分栅电流的故障性质判据。最后,结合改进跳闸策略和故障性质判据,形成了适用于带并抗的同杆双回线接地故障分相自适应重合闸策略。PSCAD/EMTDC仿真验证了所提改进跳闸与分相自适应重合闸策略能够避免负序分量注入系统,以及在不同接地故障类型、故障位置和过渡电阻情况下都能保证输电线路重合成功率。     

基于单环定理的HVDC输电线路纵联保护方法

针对高压直流(high voltage direct current,HVDC)线路高阻接地故障时保护容易拒动的问题,提出一种基于单环定理的纵联保护方法。首先,将直流线路两侧电流突变量作为状态变量构造奇异值等价矩阵,根据单环定理进行谱分析从而实现区内外故障识别;然后,通过广义S变换提取两极电流突变量特定频段暂态能量和的比值特征进行故障选极;最后,给出了纵联保护方案。仿真验证表明,所提保护原理判据简单,易于整定,各种故障情况下均能实现快速、有选择性动作。所提方法对不良数据具有较强的免疫能力,即使在线路末端发生高阻接地等最不利于保护动作的故障情况下仍能可靠动作。     

A general treatment of phase faults on a six-phase generator

One of the problems that must be thoroughly investigated from the operational point of view is the fault analysis of a multiphase power system. The variety of faults in a six-phase system is far more complicated than in a three-phase system. This paper presents three simple algebraic equations for sequence currents, actual fault currents and post-fault terminal voltages for the most general phase(s) fault on a six-phase generator. The sequence currents, when written in the format suggested, immediately indicate the method of connecting sequence networks for the simulation of faults on a network analyser. The connections of the sequence networks for some faults not discussed in the literature so far have also been given.     

A new distance relaying algorithm based on complex differential equation for symmetrical components

This paper presents a new digital impedance measuring technique for transmission lines that combines symmetrical components and the complex differential equation of an equivalent fault loop circuit. The phase voltages and currents at the relaying point are transformed into symmetrical components using Fourier filters of short window length. Depending on fault type, an appropriate fault loop circuit is formed, signals of which are the appropriate symmetrical components, while a parameter of which is the positive sequence impedance being a geometrical measure of the distance from the relaying point to a fault. The impedance, however, is measured very fast by on-line solving the complex differential equation originated for this fault loop circuit. Consequently, this approach combines frequency domain estimation of symmetrical components (accurate filtration) and time domain measurement of positive sequence impedance (high speed response).

The presented method suits well the protection of parallel lines against high-resistance faults occurring very close to the far end of a line. A new method is proposed for detecting high-resistance faults and deciding which line out of two parallel lines actually suffers a fault.

The included EMTP test results demonstrate the efficiency of the proposed relaying algorithm.     

基于正序电流故障分量的输电线路故障检测

高压输电系统中传统后备保护定值整定困难,灵敏度易受到高阻接地、潮流转移等影响。文中提出了一种基于正序电流故障分量的输电线路故障检测算法。采用线路两端正序电流故障分量的矢量和幅值与矢量差幅值的比值作为线路的故障判断量,给出严格的公式推导,建立了故障检测的判据。理论分析了线路的故障判断量的分布特性,与本线路阻抗、两端背侧的系统等效阻抗、故障点位置的关系,证明了其与过渡电阻无关。在系统发生振荡时,将求解的故障定位值作为辅助判据。IEEE 39节点系统仿真实验表明,各类故障发生时所提算法均能够正确检测故障线路且不受故障位置、过渡电阻等影响,在非全相运行、负荷潮流转移时也能检测出故障线路,对两端数据的同步性要求不高。     

自适应和模糊推理结合的故障分类新方法

输电线上许多类型的故障伴随低阻抗故障和高阻抗故障发生,传统的保护方法不能正确地检测和分类.提出了一种基于自适应网络的模糊推理机制(ANFIS)对低阻抗故障和高阻抗故障进行故障检测和分类的新算法.算法的性能已得到韩国典型的154 kV输电线系统在各种故障条件下的测试.测试结果表明ANFIS能在半个周期内准确地检测故障和区分故障类型(包括低阻抗故障和高阻抗故障).