涌流工况下换流变压器零序差动保护误动对策

针对高压直流输电工程中换流变压器零序差动保护误动的案例,采用基于工程实际参数的高压直流输电仿真模型,对换流变压器外部故障切除恢复性涌流及空载合闸励磁涌流导致中性线零序电流幅值较大且衰减缓慢的现象进行了仿真分析。通过识别中性线零序电流与自产零序电流波形呈现出的相似度特征在涌流工况和区内故障时的差异,提出了基于零序电流动态时间弯曲距离的换流变压器零序差动保护新判据。经仿真算例和录波案例验证,该判据在各类区内故障时具有与传统零序差动保护相同的保护范围及抗过渡电阻能力,可以正确辨识涌流工况下电流互感器传变异常引起的虚假差动电流,进而降低零序差动保护误动风险。     

后续换相失败引发的换流变零序差动保护误动场景分析及策略

发生后续换相失败后直流接地极入地电流经地网耦合与大直流共同入侵换流变压器中性线,分析了该工况下换流变压器中性线零序电流的特征及其对换流变中性线零序电流互感器传变特性的影响,并探讨了该工况下换流变零序差动保护的误动风险.利用细化的快速傅里叶变换对零序差动电流的幅频特征进行细分,将零序差动电流在低频频带与工频频带的幅值之比作为辅助判据,识别所讨论的工况,闭锁零序差动保护.仿真结果表明,所提策略能有效防止所讨论的工况引发的换流变零序差动保护误动作.     

涌流引起换流变压器零序过电流保护误动的机理分析及对策

针对高压直流输电工程中换流变压器空载合闸及外部故障切除引起零序过电流保护误动的案例,分析了换流变压器空投和外部故障切除时励磁涌流及恢复性涌流的变化特点及其对零序电流的影响机理。采用基于工程实际参数的高压直流输电的仿真模型,对高压换流站换流变压器空投及外部故障切除导致中性线零序电流幅值较大且衰减缓慢的现象进行了仿真分析,揭示了换流变压器零序过电流保护误动的原因。利用相空间重构技术提出了基于零序电流相空间分布重心幅值变化特征的换流变压器零序过电流保护闭锁新判据,并通过仿真验证了该方案的有效性。     

采用S变换相位差及能量相对熵的换流变零序差动保护新判据

针对换流变压器零序差动保护误动现象,提出一种采用S变换相位差及能量相对熵算法的换流变零序差动保护新判据。通过分析换流变压器区内各类故障、区外故障及外部故障切除时零序电流的特点,利用零序差动保护两侧自产零序电流和中性线上零序电流的相位和能量概率分布差异进行识别。当发生区外故障时,零序差动保护两侧零序电流的波形极为相似,其相位差和能量相对熵值都基本为0。当发生区内故障时,零序差动保护两侧零序电流相位相反且波形相似度小,其相位差接近180°且能量相对熵值增大。仿真验证表明,该判据可准确迅速识别区内与区外故障,其性能不受故障类型和过渡电阻的影响,且具有一定的抗电流互感器饱和的能力。     

基于波形相关性分析的换流变压器零序差动保护方案

通过对换流变压器外部故障切除产生恢复性涌流的分析,得出换流变铁芯可能在涌流的作用下发生饱和,导致灵敏度较高的中性线TA发生偏置现象,使其测量失真导致零序差动保护误动。为此,提出一种基于波形相关性的换流变零序差动保护新方案。通过分析换流变压器区内故障、区外故障及外部故障切除时零序电流的特点,利用零序差动保护两侧自产零序电流和中性线上零序电流的波形相关性进行识别。通过合理选择电流互感器的极性,使得区外故障时,零差保护两侧的零序电流呈现"穿越性"特征,其波形相似度较高,相关系数为正值。区内故障时,两侧零序电流波形相似度较小,相关系数落入负值区。通过PSCAD/EMTDC大量仿真验证,该判据可准确识别区内与区外故障,不受恢复性涌流的影响,且具有一定的抗TA饱和的能力。     

特高压混合直流工程LCC换流阀短路保护优化研究

首先基于昆柳龙直流工程与云广直流工程控制保护系统RTDS仿真实验数据,通过对比分析阀区故障时的故障特征及换流阀短路保护的动作特性,发现传统LCC换流阀短路保护判据在特高压混合直流系统中存在误动的风险。根据特高压混合直流系统与常规直流输电系统在系统结构和运行特性上的不同,分析出传统LCC换流阀短路保护判据直接应用于特高压混合直流系统时存在的缺陷。针对这一缺陷,改进了LCC换流阀短路保护判据,并通过仿真分析验证了新判据的有效性,为特高压混合直流输电工程的送端常直阀短路保护提高了有效的解决方案。     

不同故障下特高压换流变压器差动保护动作特性分析

换流变压器作为高压直流输电系统中重要的电气设备,其继电保护对保障系统安全运行有着非常重要的作用。目前,变压器大多采用基于二次谐波制动的差动保护闭锁方案。特高压直流输电系统中换流器的非线性导致换流变压器和普通电力变压器差动保护存在差异。通过构建相应的短路电流流通路径,研究了换流变压器差动电流在区内单相接地短路故障、区内相间短路故障以及整流侧阀短路故障情况下的特点。研究结果表明,换流变发生区外故障时差动保护不会误动,但换流变发生区内故障时差动保护可能拒动。     

特高压换流变故障性涌流产生机理及其对差动保护的影响

从磁链变化角度分析特高压换流变压器(简称换流变)阀侧发生单相接地故障时由换流阀单向导通性引起的励磁涌流(定义为故障性涌流)的产生机理和变化特点。以特高压直流输电系统中某一换流变为例,分析故障性涌流对换流变差动保护动作特性的影响。研究结果表明,故障性涌流容易导致换流变区外故障转区内时差动保护误闭锁。针对该问题,进一步分析发现,由于换流阀的单向导通性使得转换性故障发生后差动电流的直流分量存在由负极性到正极性反转的特征,进而利用该特征提出换流变差动保护闭锁逻辑改进判据。仿真结果证明了所提判据的可靠性。     

基于相序差动电流特征差异的换流变压器匝间保护优化研究EI北大核心CSCD

针对实际特高压换流变压器匝间短路故障时的二次谐波制动判据持续闭锁导致差动保护动作速度较慢的问题,该文详细分析特高压换流变匝间短路故障时的保护动作行为,通过理论分析换流变压器三相的相序差动电流变化量,发现匝间短路故障时具有故障相的相序差动电流变化量幅值为非故障相的两倍且相位差为180°的特定关系,在此基础上,提出相序差动电流开放判据。此外,为防止特殊涌流工况时开放判据误闭锁,增设基于涌流间断偏移特征的识别开放判据,并进一步构造整套基于相序差动电流特征差异的换流变压器匝间保护优化方案。通过现场录波及实时数字仿真(real time digital simulation system,RTDS)仿真验证,提出的保护方法在匝间短路故障且二次谐波制动判据误闭锁时具有高快速性,对于暴露问题的实际故障,保护动作时间由56ms缩短为20ms。同时,保护在各类涌流工况时可靠不误动。该保护算法具有计算量小,对数据采样率要求不高的特点。     

换流变压器阀侧接地故障分析及保护优化

换流变是高压直流输电系统的重要组成部分。换流变阀侧自身无接地点,但直流侧有接地点,当换流变阀侧区内发生单点接地故障时,随着换流阀的导通和关断,故障电流呈现不规则的变化,换流变自身现有保护可能灵敏度偏低。极端情况下,当Y/Y接线变压器阀侧中性点发生接地故障时,换流变自身主保护无法快速动作。文中从换流变的结构及运行工况出发,定性概括了阀侧接地故障后的电流特征;分析了现有保护系统的特性;提出了基于零序差动和快速零序过流原理的换流变阀侧保护优化方案;并结合现场故障录波及实时数字仿真系统仿真波形对其进行了验证。验证结果表明,优化后判据可以有效提高换流变保护在阀侧区内单点接地故障下的灵敏度、动作速度及故障定位准确度。     

基于双端电流波形相关度识别的线路零序差动保护启动元件

对一起线路保护误动案例的分析结果表明:若某侧电流互感器在区外故障时发生轻微暂态饱和,因其电流波形畸变不明显使饱和判据失效,零序差动保护容易误动作。为解决这一问题,对三相电流互感器的暂态饱和特性进行了分析,得到了暂态饱和时间与故障角、故障电流的关系,并采用迭代方法计算出进入饱和的最小时间和使电流互感器饱和的最小全偏移故障电流。在此基础上,以两端零序电流作为识别对象对电流互感器饱和状态进行鉴别,构建了改进的零序差动保护启动元件。在电流互感器有剩磁和无剩磁工况下对各种故障进行了仿真,结果表明该启动元件可大幅提高零序差动保护动作的准确率,证明了其可行性和有效性。     

变压器间及其与电流互感器暂态交互作用分析和保护对策

交直流混联复杂电网发生扰动和故障期间,变压器之间及其与电流互感器之间将发生暂态交互作用,这一复杂暂态过程,增加了故障判断的难度,影响到继电保护正确动作。近年来,电网发生不少由于变压器空投导致相邻变压器、发电机和输电线路保护误动的事故,威胁电网安全运行。从原理分析、数字仿真以及动模试验等多个层面围绕变压器励磁涌流、和应涌流以及互感器暂态饱和开展研究,论述变压器之间及其与电流互感器暂态交互作用机理,分析电磁暂态对保护的影响,提出保护的应对措施。并讨论了一种多场景仿真平台,可用于电流互感器选型和事故分析。     

基于零序差动阻抗的输电线路保护新原理研究

针对现有的输电线路光纤纵联差动保护原理易受分布电容电流影响较大,且要求线路两端信息的严格同步的问题,研究了一种基于双侧信息的零序差动阻抗保护原理。给出了零序差动阻抗的定义为线路两端零序电压与零序电流比值之和。由理论分析可知区内故障时零序差动阻抗为两侧系统零序阻抗和的负值,阻抗位于第三象限,区外故障时零序差动阻抗为线路的阻抗,阻抗位于第一象限。根据零序差动阻抗的阻抗角构成保护判据。在PSCAD中搭建模型进行仿真实验,实验结果表明,零序差动阻抗保护原理不受对地电容电流和过渡电阻的影响,适用于带并联电抗器补偿的线路和弱馈电系统,并不要求两侧信号严格同步。     

电流互感器饱和对风电场送出线纵差保护的影响及对策

目前风电等新能源应用越来越广泛,而风电场送出线路电流互感器的配置依旧采用常规的方法进行选型计算。当风电场送出线发生故障时,由于风电场呈现出弱电源特性,且输出故障电流含有大量的非周期分量使电流互感器易发生饱和现象,从而导致送出线路纵差保护误动。利用PSCAD和Matlab软件,针对风电场送出线路电流互感器的不同饱和情况分别进行了仿真分析。为了提高纵差保护的可靠性,给出在保护中采用改进递推两点乘积算法的措施。仿真结果表明,改进递推两点乘积算法能有效避免电流互感器饱和所带来的区外故障保护误动作的问题,且计算、动作时间更快,从而提高了送出线路纵差保护的可靠性和快速性。     

基于高频信号的输电线路主动式保护

现行输电线路的故障类型和故障性质判别均依据线路中电气量的变化特征被动判断,对于某些线路运行状况,往往因缺乏主动性而造成保护误动或拒动。针对这个问题,借鉴纵差保护输电线载波通信技术,分析高频信号在输电线路各种故障时的传播特性,提出了一种基于高频信号的输电线路主动式保护。该保护通过向输电线路发射高频信号,主动判断输电线路的故障类型和故障性质。仿真验证结果表明,这种输电线路主动式保护可以准确判断出输电线路中各种类型的故障,并通过延时循环判断,可靠区分瞬时性故障和永久性故障。     

利用电流变化率极值特征的变压器涌流识别研究

为进一步提高电力变压器差动保护性能,提出一种利用电流变化率极值特征的励磁涌流识别的方法。变压器发生涌流时,三相电流波形至少存在一相以上有间断及尖顶波特性,一个工频周期内电流变化率的极大值与极小值的时间间隔小于半个周期,且不具备周期性特点。而内部故障时,故障电流变化率波形近似呈正弦特征,一个工频周期内极大值与极小值的时间间隔近似为半个周期,且具有周期性特征。利用电流变化率一方面可以削弱非周期直流分量的影响,另一方面可以凸显幅值较小的间断变化临界点的特征,构造了利用电流变化率特征的涌流识别判据及实现方案。最后利用动模试验进行验证,不同情况下的计算分析结果表明该算法原理清晰、判据简单、计算量小,在一个周波内能可靠识别出涌流与内部故障,为进一步提升和优化变压器保护性能提供了有益的理论基础。