交流与柔直线路继电保护新原理及动作机制研究

发布时间：2020-10-22 03:20

　　 随着智能电网国家战略与全球能源互联网发展战略的不断推进,电力资源将实现更大范围内的调配。为解决日益严峻的环境问题,随着大规模清洁能源接入,我国正在形成交直流互联电网,充分发挥各自优势,相互支撑的交直流混联电网。输电线路作为电流传导的介质和能量传输的通道,是电网中的重要组成部分之一,线路安全对于电力系统至关重要。同塔双回线路与柔性直流线路分别为交流系统和直流系统中的重要输电方式之一,且随着输电走廊减少和柔性直流技术的日益完善,二者在电网中的应用范围将更为广泛。然而目前同塔双回线路和柔性直流线路保护速动性、可靠性和动作机制仍有待提高和优化。因此本文围绕同塔双回线路和柔性直流线路,在分析二者故障后电气量变化特性的基础上提出了新型线路保护判据,并针对同塔双回线跳合闸机制和交直流互联系统线路保护相互影响及协调配合等保护动作机制进行了研究,主要研究内容包括:(1)针对同塔双回线路各回线之间自互感作用较为复杂,短路故障种类较多,现有选相及保护方法在跨线故障及线路末端故障时性能存在缺陷的问题,分别提出了同塔双回线路整体化选相方法及阻抗横差比线路保护方法。不同于传统选相方法两回线单独进行故障选相,本文所提选相方法利用同名相电流和及母线电压进行故障选相,选相结果不区分故障回线,提高了故障选相结果准确度;在整体化选相结果基础上定义了一种计及线路自互感的测量阻抗,并利用同名相测量阻抗横差比值构造同塔双回线路保护判据,仅利用单侧电气量不依赖通信且有较强带过渡电阻能力,理论分析与数字及动模仿真均验证了其可行性。(2)重新定义同塔双回线路准三相运行并从多方面论证了其故障后短时运行的优势及可行性,在此基础上提出了基于同塔双回线路准三相运行的改进跳合闸机制。对于全程同塔双回线路,故障后通过最少的跳合闸操作尽量使其进入准三相运行,从而降低线路两侧系统电气联系被完全切除的可能性,减少重合闸操作时重合于永久性故障对系统造成二次冲击的概率。在动作机制方面优化了继电保护性能。从保护架构的角度,对同塔双回线路整体化保护的实现前提进行了研究,并提出了整体化保护的分立配置方法。(3)为满足柔性直流输电系统对线路保护速动性的较高要求,提出了基于横差电流的VSC-HVDC柔性直流系统线路保护方法。受限于现阶段直流断路器技术水平,目前运行的柔性直流线路大多未配置直流断路器。为降低线路故障发生的概率,目前投运的柔性直流工程均使用电缆作为输电线路,此时的故障威胁主要来自于柔直线路单极短路。利用直流线路区内区外故障后线路结构对称性之间差异导致的横差电流变化特性,构造出基于极电流横差比判据的线路保护方法,可实现对交流故障、直流母线故障与直流线路故障的精确区分。此判据不依赖于通信通道,理论及仿真结果均证明了其极高的速动性及较强的带过渡电阻能力。(4)随着直流断路器技术水平的不断提高以及柔性直流架空线路的发展和应用,针对线路单极及极间故障,提出了基于限流电抗器测量功率的线路保护方法。在深入分析短路初始阶段电气量变化机理的基础上,从能量转移的角度出发,通过研究线路区内与区外故障后限流电抗器测量功率的差异,实现对故障位置的准确区分。此保护判据不依赖于通信通道,且线路末端故障时保护判据仍具有极高灵敏性。(5)针对柔性直流系统与交流系统联系日益紧密,系统之间电磁耦合不断增强的情况,对某一系统内部故障后其所关联的另一系统线路保护性能进行了研究。并初步探讨交直流系统线路保护的协调配合及动作机制。详细分析了直流线路故障后交流系统电气量的变化规律及机理。对直流系统故障后交流线路常用继电保护的动作性能进行研究和分析,并给出相应防误动措施。同时研究了交流系统故障后直流线路电气量变化规律。以目前直流线路普遍配置的行波保护为例,分析了交流故障后直流线路行波保护的动作性能并提出相应防误动措施。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM77
【部分图文】：

线路全长150km，电压等级500kV，同塔双回线路仿真模型如图2-11 所示：图 2-11 同塔双回线路仿真模型Fig 2-11 The simulation model of double circuit lines on the same tower

动模实验模型实物图如图2-18 所示：第一回线第二回线1A1C1B2A2B2C(a) (b)图 2-18 同塔双回线路动模实验实物图Fig 2-18 The model of double circuit lines on the same tower in dynamic physical simulation

图 3-1 同塔双回线路准三相运行线路模型结构图cture of double circuit lines on the same tower used for the research of Quasoperation相运行状态中传输功率研究
【参考文献】

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本文编号：2851021