基于变压器功率因数对励磁涌流和内部故障电流的识别

针对变压器采用纵差动保护会受到励磁涌流的影响而误动作,以及励磁涌流和内部故障时的短路电流的区分问题,提出一种根据变压器两侧三相瞬时功率因数的变化关系来识别励磁涌流和内部故障的方法.该方法简单、便捷,从能量的角度进一步揭示了变压器励磁涌流与内部故障电流本质不同.     

基于电流故障分量比相法的变压器后备保护

针对传统变压器高压侧后备保护在低压侧发生故障时灵敏度不足的问题．文中提出了一种基于电流故障分量比相法的变压器后备保护方案。方案以信息集成为基础,利用集成保护信息冗余的特点,通过比较各侧变压器和线路的电流故障分量相位,判断其故障位置。方案不但提高了后备保护的灵敏性,而且缩短了后备保护的动作时间。经simulink仿真,证明了方案的可行性。     

Application of Haar functions for transmission line and transformer differential protection

The development of algorithms, based on Haar functions, for extracting the desired frequency components from transient power-system relaying signals is presented. The applications of these algorithms to impedance detection in transmission line protection and to harmonic restraint in transformer differential protection are discussed. For transmission line protection, three modes of application of the Haar algorithms are described: a full-cycle window algorithm, an approximate full-cycle window algorithm, and a half-cycle window algorithm. For power transformer differential protection, the combined second and fifth harmonic magnitude of the differential current is compared with that of fundamental to arrive at a trip decision. The proposed line protection algorithms are evaluated, under different fault conditions, using realistic relaying signals obtained from transient analysis conducted on a model 400 kV, 3-phase system. The transformer differential protection algorithms are also evaluated using a variety of simulated inrush and internal fault signals.     

快速识别转换性故障的变压器差动保护新判据

电流互感器饱和是影响变压器差动保护可靠性的重要因素之一.传统的带比率制动特性的变压器差动保护在一定程度上提高了防止区外故障时保护误动的能力,但是如何及时处理区外转区内故障时保护的快速开放成为新的问题.文中提出一种简单的解除闭锁的方法,具体做法是,在选定的计算区域,利用变压器两侧电流综合负序分量的最大值与差动电流的综合负序分量进行比较,不仅能准确识别区内、区外故障,而且对于转换性故障也具有较好的识别能力.ATP仿真实验验证了该方法的有效性.     

平行双回线路故障分量电流平衡保护研究

传统的平行双回线路电流平衡保护存在灵敏度低、受过渡电阻影响大等缺点,难以满足高压平行双回线路的要求。该文给出了基于故障分量的电流平衡保护启动判据和选线判据。利用叠加原理和六序故障分量法分析了过渡电阻对选线判据的影响,给出了各种故障情况下两回线故障相故障分量电流幅值之比的表达式。给出了相继动作区故障时的电流平衡保护方案。理论分析和EMTP仿真表明,基于故障分量的选线判据几乎不受过渡电阻和负荷电流的影响,灵敏度得到了提高,可直接应用于目前微机保护装置。     

小电流接地故障无功功率分析及选线新方法

对于谐振接地系统的单相接地故障,由于现场普遍存在电压互感器(PT)和电流互感器(CT)极性反接的现象,当仅仅利用故障的暂态无功功率方向进行选线时极易发生误选。分析了PT、CT极性反接对故障暂态和工频无功功率的影响,提出一种利用故障的工频无功功率对暂态无功功率进行修正再选线的新方法。即:修正后的暂态无功功率为负值的线路为故障线路,如果所有出线修正后的暂态无功功率都是正值则为母线接地。该方法可以忽略PT和CT的极性反接影响,扩大了选线适用范围。仿真和现场的数据证明了该方法的可行性。     

输电线路虚拟有功功率差动保护

有功功率差动保护在消除线路分布电容影响、应对高阻故障等方面独具优势,但近处金属性故障时的性能缺陷限制了其实际应用。为解决此问题,文中依据叠加原理,提出了虚拟有功功率的概念,并对内、外部故障时线路两端虚拟有功功率的特征进行了分析。以此为基础,提出了分相虚拟有功功率差动保护动作判据,并对其动作特性进行了定性分析。借助PSCAD搭建500kV输电线路模型,全面仿真和评估了不同故障位置、故障类型、过渡电阻、无功元件调整、非同步数据等多种因素对保护方案的影响。理论分析及仿真结果表明,该保护方案可准确辨别故障区间且近处金属性故障无死区,耐过渡电阻能力较强,数据交换量少,同步要求低,无需电容补偿措施。     

1 000kV南阳变电站110kV侧的继电保护配置

1 000kV特高压南阳变电站110kV侧低压无功补偿设备与传统超高压变电站的低压无功补偿设备相比,在设备原理、设备容量、接线方式、保护原理和控制方案方面存在较多的特殊性和创新性。介绍了大容量并联电容器组双桥差保护接线的方案;110kV新型负荷开关的应用使110kV系统的无功设备保护跳闸采用2级出口,失灵保护采用的2级失灵方案;母线死区故障采用特殊跳闸方案;特高压变电站站用变容量相对较小,针对电流互感器（current transformer, CT）配置、继电保护定值整定、系统调试等方面出现的新问题提出了解决方案。鉴于南阳站站用电系统接线方式的特殊性,提出了110 kV站用变差动保护范围的优化方案。     

基于波形非正弦度分形估计的励磁涌流识别方法

电力变压器作为输变电关键主设备,在电力系统中占有极其重要的地位,纵差保护是变压器的主保护之一,正确识别变压器励磁涌流和内部短路故障是变压器保护的关键问题。提出了一种基于波形非正弦度分形估计的励磁涌流识别方法,应用网格分形技术计算差流波形的非正弦度,利用励磁涌流波形非正弦度增大的特点,鉴别励磁涌流和故障电流。仿真结果表明,该方案能很好满足继电保护要求的有效性和可靠性。     

A protection scheme for microgrid with multiple distributed generations using superimposed reactive energy

With the growing integration of distributed generation, distribution networks have evolved toward the concept of microgrids. Microgrids can be operated in either the grid-connected mode to achieve peak shaving and power loss reduction or the islanded mode to increase the reliability and continuity of supply. These two modes of operation cause a challenge in microgrid protection, because the magnitude of fault current decreases significantly during the transition of a microgrid from the grid-connected mode to the islanded mode. This paper proposes a protection scheme for the microgrid based on superimposed reactive energy. The proposed scheme uses the Hilbert transform to calculate the superimposed reactive energy (SRE). The sequence components of superimposed current are adopted to detect fault incidents in the microgrid. The faulty phase and section are recognised by using the directional characteristics of SRE along with a threshold value. Moreover, a relay structure, which enables the proposed protection scheme, is designed. The significant feature of the proposed protection scheme is that it has the ability to protect the looped and radial microgrids against solid and high-impedance faults. To verify the efficacy of the proposed approach, extensive simulations have been carried out using the MATLAB/SIMULINK software package. The results show that the proposed scheme successfully identifies and isolates various types of fault in a microgrid and performs well with different fault resistances and fault locations.     

同相供电设备有功功率差动保护

由于隔离变压器的副边额定电流很大,且难以选择电流互感器,因此隔离变压器很难设置灵敏的电流差动保护。为了给隔离变压器、隔离变压器与潮流控制器之间的连接电缆提供灵敏的保护,并给潮流控制器提供灵敏的远后备保护,文中从理论上分析了同相供电设备的基波输入有功功率与输出有功功率相等这一特性,并基于这一特性提出了同相供电设备有功功率差动保护方案,进而对有功功率差动保护在隔离变压器空载投入、潮流控制器启动、正常运行、外部故障、内部故障等各种工况下的动作行为进行了分析。文中还对同相供电设备有功功率差动保护的整定原则作了讨论,并给出了整定实例。实验室测试和工程现场运行测试结果表明了有功功率差动保护的正确性。     

变压器功率方向保护校验方法探讨

提出变压器相间、接地功率方向保护的一种校验方法。该方法通过对电力系统变压器相间、接地故障的分析 ,结合PT、CT的接线极性 ,模拟系统故障进行整组试验 ,能够简单可靠地对变压器功率方向保护进行校验。     

基于广义瞬时功率的新型变压器保护原理

在差有功法的基础上,提出一种利用广义瞬时功率实现变压器保护的新原理。该原理通过消去变压器回路方程中直接体现主磁通的非线性项,构造了仅含漏电感和绕组电阻的二端网络。根据输入端口的广义瞬时功率直流分量的大小,来区分励磁涌流和内部故障电流。该原理避开了励磁涌流和铁损带来的不利影响,计算量小,易于工程实现。经仿真和动模试验验证,新原理能够快速、可靠的切除变压器内部故障,对空投轻微故障也有足够的灵敏度。     

基于幅相平面的三区域差动保护方法

在幅相平面上对双端差动保护进行分析,传统的全电流差动保护灵敏性较低且与安全性存在矛盾。为使之兼具灵敏性与安全性,充分利用了不同故障时的两端电流相对幅相关系,提出将整个幅相平面划分为包含制动区、模糊区以及动作区的三区域差动保护方法,并利用短数据窗小矢量算法计算差动电流与制动电流来区分模糊区时为区外故障电流互感器(TA)饱和还是区内高阻故障。当为区内高阻故障时,保护可灵敏动作。该方法不仅解决了传统电流差动保护判据灵敏性与安全性间存在矛盾的问题,同时具有在区外转区内故障时不受TA饱和闭锁时间的影响而快速动作的优点。最后,由仿真验证了所提方案的有效性。     

A fast time–frequency transform based differential relaying scheme for UPFC based double-circuit transmission line

This paper presents a new differential relaying scheme for a mutually coupled, double circuit transmission line in presence of Unified Power Flow Controller (UPFC) in the line. The process starts at retrieving the three phase current signals at both ends of the transmission line synchronously and processing it though the time–frequency transform such as Fast Discrete S-Transform to derive the spectral energy content of the current signals. The differential spectral energy of current signals (difference between the spectral energy of the current signal at the sending and receiving ends, respectively) of the respective phases of transmission line is used to register the fault pattern. The proposed approach includes fault detection and classification along with identification of the fault section with respect to UPFC location in one of the double-circuit transmission line. The extensive test results indicate that the proposed differential relaying scheme is highly reliable in registering fault patterns in UPFC based transmission line including wide variations in operating parameters of the power network.     

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。     

变压器外部故障切除后差动保护误动原因及防止对策

针对近年来相继出现的变压器差动保护在外部故障切除后发生误动的现象,研究了电流互感器(current transformer,CT)饱和以及Y/D接线变压器补偿方式对差动保护的影响。通过理论分析与仿真研究发现,变压器外部故障切除后CT发生局部暂态饱和时,由于只传变工频周期分量,误差很小,不足以引起差动保护误动。如果变压器一侧CT发生超饱和,而另一侧CT能正确传变时,由于两侧CT传变特性不一致可能引起差动保护误动;另外变压器Y侧电流的相位补偿也容易引起差动保护误动。通过对保护误动时的动作轨迹的分析,提出利用分区延时法以防止差动保护误动。通过大量的仿真实验,证明该方法既能保证差动保护在内部故障时的速动性,也能保证在外部故障切除后不误动。     

电力变压器励磁涌流和内部故障识别新方法

区分励磁涌流和内部故障时的短路电流,是变压器差动保护的难点技术之一,虽然目前已有多种方法,但每种方法都或多或少地存在着一些问题,空载合闸误动或内部故障时拒动(或延时动作)的情况还时有发生。在引入瞬时无功功率理论的基础上,提出了一种依据变压器两侧三相差瞬时有功功率和瞬时无功功率直流分量比值的变化关系来识别变压器励磁涌流和内部故障电流的新方法。该方法不仅简便易行,而且从平均有功和平均无功的关系出发,进一步揭示了变压器励磁涌流与内部故障本质上的不同。RTDS仿真实验结果表明:该方法简单可靠,识别效果显著。     

双馈集群汇集站主变及送出线路继电保护研究

传统风电场主变、送出线路保护配置多从系统角度考虑,存在保护动作的选择性、灵敏性问题。尤其是风电集群汇集站主变、送出线路保护适应性问题亟待于进一步研究。为此,结合新疆实际电网结构,考虑双馈风电场故障电流、电压特征,理论分析故障电流频率偏移对差动保护的影响。仿真分析双馈集群风电场接入对汇集站主变相量值差动、采样值差动保护及送出线路不同类型保护的影响。依此提出双馈集群汇集站主变、送出线路保护的相应完善措施,为解决当前电网面临的实际问题提供参考。     

基于电子式互感器的变压器励磁涌流识别方法

随着电子式互感器研究的日趋成熟及智能变电站的快速推进,智能变电站已广泛采用电子式互感器获取电流及电压信号。传统的变压器保护采用励磁涌流中的二次谐波含量区分励磁涌流和故障电流,从而对差动保护进行闭锁。但在空投或故障切除后恢复供电时,变压器内部发生轻微匝间故障,受非故障相励磁涌流的影响,差动保护可能延迟动作甚至拒动。针对上述原理的缺陷,提出了二次谐波“或”闭锁原理加故障开放的励磁涌流识别方法。试验结果表明,改进方案能明显提高变压器内部故障时差动保护的动作速度。