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特高压输电线路继电保护原理与技术研究
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摘要
特高压输电线路故障暂态过程非常严重,给继电保护带来了很多新的问题,还有一些问题至今没能得到很好的解决。论文从全面分析特高压输电线路的故障暂态过程着手,对适用于特高压线路的保护实用方案进行研究,同时探索滤波精度更高的保护算法和性能更好的保护方案。论文的主要工作包括以下几个方面:
     论文通过运算法对特高压线路故障时的暂态过程进行全面分析,提出了一种能够直观的估计暂态过程中暂态特征的估算方法,能较准确的对暂态特征进行定量分析,为更好的认识暂态过程和研究保护特性以及滤波算法提供了基础。
     针对目前应用的距离保护算法和保护方案应用于特高压输电线路时存在暂态超越的问题,论文提出了两种基于半波傅氏的平滑算法:半波傅氏累计平滑算法和半波傅氏半周平滑算法。在此基础上提出了能够防止特高压线路暂态超越的距离保护实用方案,并通过对两种特高压输电线路仿真系统的暂态超越情况进行全面仿真,得到了保护实用方案的算法组合和对应的门槛参数。仿真表明,采用本文提出的两种平滑算法相配合构成保护方案,效果优于传统方案。论文提出的距离保护方案已在实际的高压微机线路保护装置中获得应用,取得了较好的运行效果。
     为提高距离保护范围和动作速度,论文对主频模型的最小二乘算法进行了探讨,提出了一种实时估算主频的方法;在此基础上,提出了一种自适应距离保护方案,该方案能有效的降低区外故障超越程度,较大的增加保护范围,同时提高区内故障动作速度。
     为更好地认识继电保护滤波算法并提高其滤波能力,论文对由正交滤波器对构成的相量算法进行了系统地阐述;并以窗函数系数为参变量,推导了基于正余弦滤波器对的相量算法的通用离散时域算式和最大幅频特性。论文以发电机匝间保护为例,针对继电保护对某些典型特征谐波的滤波要求,提出了搜寻最佳窗函数系数的设计方法,使得算法在有效滤除特征谐波的同时能够兼顾对其他非特征谐波的抑制。
     论文在分析同杆双回线路不同零序电流补偿系数(K值)的取值方法及其对保护动作范围影响的基础上,对特高压1000kV皖电东送工程同杆双回线路沿线各点故障的保护测量阻抗进行了仿真分析,给出了特高压1000kV皖电东送工程距离保护的实际整定方案,即接地距离Ⅰ段和Ⅱ段的零序电流补偿系数统一采用高定值,能够在保证距离Ⅰ段安全性的前提下兼顾距离Ⅱ段的灵敏性。
The serious fault transient process of UHV transmission line brings many new problems to relay protection, some of which haven't yet be solved well so far. By comprehensive and systematic researches on the fault process, practical scheme of relay protection for UHV line is studied, and meantime filtering algorithm and protection scheme with better performance are discussed in this thesis.The main contents are shown as follows.
     By studying on main frequency component of the transient noise during the fault, a novel estimation method is presented in this thesis, which can accurately and quantitatively analyse the transient characteristic of UHV line, and provides base for researching the performance of protection scheme and filtering algorithm.
     Aiming at the problem of transient overreach while applying the traditional algorithm and scheme of distance protection for UHV line, two novel smooth algorithms based on Half Fourier algorithm are put forward to mend the extent of overreach. A practical scheme for preventing transient overreach of distance protection for UHV transmission line is presented and the corresponding threshold parameters are obtained by comprehensive simulation. The protection scheme presented in this thesis has been adopted in the microcomputer protection equipment for high voltage transmission line, and the operating result is satisfactory.
     To improve the range and operating speed of distance protection, the thesis discusses the least square algorithm with the model of main frequency and presents a real time estimation method of main frequency. Based on this, a novel self adapting scheme of distance protection is presented, which can effectively reduce the extent of transient overreach for external fault, increase the protection range and meantime quicken the operating speed for internal fault.
     To know the algorithms of relay protection better and advance their filtering capability, phasor algorithms composed with a pair of orthogonal filters are systematicly expounded. By regarding the coefficient of window function as the independent variable, the universal discrete time-domain expression and maximum amplitude frequency characteristic of the phasor algorithm based on the orthogonal Sine and Cosine filters are deduced. According to the filtering demand for some characteristic harmonic in relay protection, the thesis presents a design method of searching for the optimal coefficient of window function by taking the interturn protection of generator as an example, which makes the algorithm can efficiently filter the characteristic harmonic as well as suppress other noncharacteristic harmonic components.
     Based on analyzing different selection methods for the zero-sequence current compensation factor and their influences on the operating range of protection, the measured impedance along the line is simulated and analysed when the fault occurs in the UHV1000kV Huainan-Shanghai project with double-circuit parallel line on the same pole. Basd on this, the practical setting scheme of distance protection for the UHV1000kV Huainan-Shanghai project is presented in this thesis; that is to say, the zero-sequence current compensation factors of both zone Ⅰ and Ⅱ protection are set to the high value, which ensures not only the security for zone Ⅰ protection but also the sensitivity for zone Ⅱ protection of distance relay.
引文
[1]Akke M, Thorp J S. Algorithm for fast transmission line protection[J]. IEEE Transactions on Power Delivery,1998,13(1):66-72.
    [2]Berglund R O, Mittelstadt W A, Shelton M L, et al. One-Cycle Fault Interruption at 500 kV:System Benefits and Breaker Design[J]. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems,1974, PAS-93(5):1240-1251.
    [3]葛耀中.新型继电保护与故障测距原理与技术[M].西安:西安交通大学出版社,1996.
    [4]韩祯祥,吴国炎.电力系统分析[M].杭州:浙江大学出版社,1992.
    [5]罗四倍,张保会,曹瑞峰,等.基于中值滤波的超高速暂态量方向元件[J].中国电机工程学报,1998,1(9):66-72.
    [6]贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京:中国电力出版社,1991.
    [7]陈德树.计算机继电保护原理与技术[M].北京:中国电力出版社,1998.
    [8]朱声石.高压电网继电保护原理与技术[M].北京:中国电力出版社,2005.
    [9]张举.微型机继电保护原理[M].北京:中国水利水电出版社,2004.
    [10]Johns A T. New ultra-high-speed directional comparison technique for the protection of e.h.v. transmission lines[J]. Generation, Transmission and Distribution, IEE Proceedings C,1980,127(4):228-239.
    [11]Thorp J S, Phadke A G, Horowitz S H, et al. Some application of phasor measurements to adaptive protection[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 1988,2(3):791-798.
    [12]张保会,尹项根.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2005.
    [13]Paris L. Future of UHV transmission lines[J]. IEEE Spectrum,1969,6(9):44-51.
    [14]Nichols D K, Booker J R, Larzelere W. Testing and commissioningof modular UHV AC outdor test system[J]. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems,1984,103(7):1916-1922.
    [15]Yamada N. Selection of target voltage UHV AC transmission[J]. Energy Developments in Japan(Chicago),1983,6(1):21-30.
    [16]Friedlander, Gordon D. UHV:onward and upward[J]. IEEE,1977,14(2):56-65.
    [17]CIGRE WG38-04 & TF30.04.04, Electric power transmission at voltage of 1000kV AC or ±600 kV and above, part 1 and 2[R]. Paris:CIGRE Session, Report 38-12,1988.
    [18]Scherer H N, Vassell G S. Transmission of electric power at ultra-high voltages: Current status and future prospects[J]. Proceedings of the IEEE,1985,73(8): 1252-1278.
    [19]郭宝甫,张建国,赵应兵,等.750kV并联电抗器新原理的匝间短路及单相接地保护研制[J].继电器,2005(19):10-13.
    [20]李斌,李永丽,贺家李.750 kV线路保护与并联电抗器动作的研究[J].电力系统自动化,2005(11):40-44.
    [21]孙瑜.西北750kV输变电工程投运翻开电网建设新篇章[J].电力设备,2005(10):102-103.
    [22]李九虎,郑玉平,陈松林,等.750kV系统继电保护研究[J].中国电力,2006,39(1):7-10.
    [23]张健康,粟小华,李怀强,等.西北750 kV示范工程继电保护应用[J].电力系统自动化,2006,30(18):83-88.
    [24]李瑞生,索南加乐.750 kV输电线路的特殊问题及其对线路保护的影响[J].继电器,2006,34(3):1-4.
    [25]黄莹,粟小华.750 kV官亭-兰州东输变电示范工程主变保护配置、整定及应用原则探讨[J].继电器,2006,34(18):15-17.
    [26]关于抓紧开展交流特高压试验示范工程二次系统工作的通知[J].国家电网公司,2006.
    [27]曾庆禹.1000kV特高压输电系统输电能力研究[J].电网技术,2012(2):1-6.
    [28]刘振亚.特高压电网[M].北京:中国经济出版社,2005.
    [29]伍志荣,陈江波,李璿.特高压交流试验基地1000kV变压器选型及试验[J].高电压技术,2007(11):10-14.
    [30]舒印彪,刘泽洪,袁骏,等.2005年国家电网公司特高压输电论证工作综述[J].电网技术,2006,30(5):1-8.
    [31]Daochun H, Yinbiao S, Jiangjun R, et al. Ultra High Voltage Transmission in China:Developments, Current Status and Future Prospects[J]. Proceedings of the IEEE,2009,97(3):555-583.
    [32]Daochun H, Jiangjun R, Shifeng Y. Overview of the recent developments of ultra high voltage AC transmission in China[C]. IEEE Power and Energy Society General Meeting-Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century,2008:1-9.
    [33]Yinbiao S, Daochun H, Jiangjun R, et al. Construction of UHV Demonstration and Test Projects in China[C]. Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference,2009:1-7.
    [34]Gayvoronsky A, Ovsyannikov A, Karasjuk K V. The lightning-surge proofness of UHV overhead lines[C].In The third Russian-Korean International Symposium on Science and Technology, Novosibirsk:1999, Vol.2:765-768.
    [35]柴济民,郑玉平,吴通华.交流1000kV特高压输电线路距离保护特殊问题[J].电力系统自动化,2007(12):55-60.
    [36]董俊,束洪春,司大军,等.特高压远距离大容量云电送粤中的稳定问题研究[J].电网技术,2006(24):10-15.
    [37]董新洲,苏斌,薄志谦,等.特高压输电线路继电保护特殊问题的研究[J].电力系统自动化,2004(22):19-22.
    [38]郭剑波.影响特高压交流输电发展的主要因素分析[J].中国电力,1998(8):33-35.
    [39]舒印彪,张文亮,周孝信,等.特高压同步电网安全性评估[J].中国电机工程学报,2007(34):1-6.
    [40]张晋华,刘云,印永华,等.特高压交/直流电网仿真技术研究[J].电网技术,2007(23):1-5.
    [41]贺家李,李永丽,郭征,等.特高压输电线继电保护配置方案(一)特高压输 电线的结构与运行特点[J].电力系统自动化,2002,26(23):1-6.
    [42]贺家李,李永丽,李斌,等.特高压输电线继电保护配置方案(二)保护配置方案[J].电力系统自动化,2002,26(24):1-6.
    [43]舒印彪,胡毅.交流特高压输电线路关键技术的研究及应用[J].中国电机工程学报,2007,27(36):1-7.
    [44]易辉,熊幼京.1000kV交流特高压输电线路运行特性分析[J].电网技术,2006,30(15):1-7.
    [45]张武军,何奔腾,沈冰.特高压带并联电抗器线路的行波差动保护[J].中国电机工程学报,2007,27(10):56-61.
    [46]周浩,余宇红.我国发展特高压输电中一些重要问题的讨论[J].电网技术,2005,29(12):1-9.
    [47]许正亚.输电线路新型距离保护[M].北京:中国水利水电出版社,2002.
    [48]张哲,陈德树.新型微机距离保护的研究[J].中国电机工程学报,1994,14(6):35-40.
    [49]苗世洪.超高压输电线路继电保护原理和相关技术研究[D].武汉:华中科技大学,2003.
    [50]葛耀中.继电保护技术的新进展[J].继电器,1998,26(1):1-7.
    [51]李斌,李永丽,贺家李.特高压长线路电容电流对距离保护的影响[J].天津大学学报,2006,39:83-87.
    [52]索南加乐,刘文涛,张健康,等.基于波形系数的自适应距离保护[J].电力系统自动化,2005,29(5):38-44.
    [53]常宝波,张培荣,徐广腾.自适应相量计算方法[J].电力系统自动化,2008,32(11):53-55.
    [54]段玉倩,常宝波,贺家李,等.一种用于微机继电保护的实用滤波算法[J].电力系统自动化,2004,28(23):71-75.
    [55]李斌,李永丽,贺家李.一种提取基波分量的高精度快速滤波算法[J].电力系统自动化,2006,30(10):39-43.
    [56]张兆宁,孙雅明,鹏毛.电力系统故障暂态信号分析中基波提取的新方法[J]. 电力系统及其自动化学报,1999,11(3):58-65.
    [57]孙雅明,张兆宁,史艳红.电力系统故障暂态信号中提取基波分量的短窗积分法[J].电力系统自动化,2000,24(1):30-33.
    [58]钱可弭,李常青.电力系统微机保护算法综合性能研究[J].电力自动化设备,2005,25(5):43-45.
    [59]牟龙华,金敏.微机保护傅里叶算法分析[J].电力系统自动化,2007,31(6):91-93,102.
    [60]金福德,黄乐.傅氏算法的滤波特性分析[J].继电器,2005,33(21):50-55.
    [61]Bickford J. P., Mullineux N., Reed J. R电力系统暂态计算[M].北京:水利电力出版社,1979.
    [62]张哲,陈德树.超高压输电线路故障暂态噪声特性的研究[J].华中理工大学学报,1995(10).
    [63]黄瀛,何奔腾.基于高频噪声主频估计的自适应最小二乘算法[J].中国电机工程学报,2004,24(7):68-73.
    [64]黄瀛.电力系统继电保护快速滤波算法研究[D].博士学位论文,杭州:浙江大学,2004.
    [65]索南加乐,谢静,刘东,等.克服距离保护暂态超越的新方法[J].电力系统自动化,2006,30(10):52-57.
    [66]施静辉,索南加乐,等.电容式电压互感器暂态特性对距离保护影响的研究[J].西安交通大学学报,2003,37(4):415-419.
    [67]梅德冬,王文雄,何奔腾,等.电容式电压互感器暂态噪声的研究[J].继电器,2003(6):19-22.
    [68]张延鹏,李一泉,何奔腾.一种消除CVT暂态超越的新方法[J].继电器,2005,22(13):1-5.
    [69]苏文辉,李钢.一种能滤去衰减直流分量的改进全波傅氏算法[J].电力系统自动化,2002,26(23):42-44.
    [70]李永丽,陈超英,贺家李.一种基于半波傅里叶算法的继电保护快速算法[J].电网技术,1996,33(13):52-55.
    [71]丁书文,张承学,龚庆武,等.半波傅氏算法的改进--一种新的微机保护交流采样快速算法[J].电力系统自动化,1999,23(5):18-20.
    [72]黄恺,孙苓生.继电保护傅氏算法中滤除直流分量的一种简便算法[J].电力系统自动化,2003,27(4):50-52.
    [73]高婧,郑建勇.一种快速滤除衰减直流分量的新型递推傅氏算法[J].电力系统及其自动化学报,2003,15(1):54-57.
    [74]Electromagnetic Transients Program Rule Book[M]. Oregon:Bonneville Power Administration,1982.
    [75]A. W. Brooks J. Distance relaying using least-squares estimates of voltage, current and impedance[C]. Proceedings of the IEEE PICA Conference,1977: 394-402.
    [76]张哲,陈德树.递推最小二乘算法在微机距离保护中的应用研究[J].电力系统自动化,1991,15:31-40.
    [77]黄瀛,何奔腾.继电保护中最小二乘算法的最佳噪声模型[J].电力系统自动化,2004,28(9):31-35.
    [78]Swift G W. The Spectra of Fault-Induced Transients[J]. Power Apparatus and Systems, IEEE Transactions on,1979, PAS-98(3):940-947.
    [79]索南加乐,宋国兵,许庆强,等.任意长度数据窗幅频特性一致的正交相量滤波器设计[J].中国电机工程学报,2003,23(6):45-49,59.
    [80]袁宇波,陆于平,刘中平.基于相量法的短数据窗快速滤波算法[J].电力系统自动化,2004,28(3):58-63.
    [81]陈明军,毛樟梅.改进窗函数在FIR数字滤波器设计中的应用[J].继电器,2007,35(13):65-67,84.
    [82]温和.新型窗函数与改进FFT谐波分析方法及应用研究[D].博士学位论文,长沙:湖南大学,2011.
    [83]温和,滕召胜,卿柏元Hanning自卷积窗及其在谐波分析中的应用[J].电工技术学报,2009,24(2):164-169.
    [84]陈福锋,钱国明.基于同杆双回线跨线故障识别的选相方案[J].电力系统自 动化,2008,32(6):66-70.
    [85]葛耀中.新型继电保护与故障测距原理与技术[M].西安:西安交通大学出版社,1996.
    [86]俞波.超高压同杆并架双回线路微机保护的研究[D].博士学位论文,保定:华北电力大学,2002.
    [87]胡丹晖,蔡汉生,涂彩琪,等.500kV同杆并架双回线路电气特性研究[J].高电压技术,2005,31(4):21-23.
    [88]刘天斌,张月品.同塔并架线路接地距离保护零序电流补偿系数整定[J].电力系统自动化,2008,32(10):101-103.
    [89]许惠敏.多互感线路接地距离保护计算方法的探讨[J].电力系统自动化,1996,20(6):53-56.
    [90]朱景富.零序互感对线路接地距离保护的影响分析[J].电力系统保护与控制,2009,37(9):113-115.
    [91]冯博文.双回线零序互感对接地距离继电器测量阻抗的影响[J].电力系统自动化,1990,14(5):33-39.
    [92]肖伟强,蔡泽祥,刘为雄,等.同杆线路零序互感对纵联距离保护的影响[J].电力系统自动化,2009,33(3):84-88.
    [93]周庭阳,江维澄.电路原理[M].杭州:浙江大学出版社,1994.
    [94]金忆丹.复变函数与拉普拉斯变换[M].杭州:浙江大学出版社,1994.
    [95]刘乾业.并联电抗器在电力系统中的应用[J].电工技术杂志,1994,6(6):30-31.
    [96]李斌,李永丽,盛鹃,等.带并联电抗器的超高压输电线单相自适应重合闸的研究[J].中国电机工程学报,2004,24(5):56-60.
    [97]刘浩芳,王增平,徐岩,等.带并联电抗器的超/特高压输电线路单相自适应重合闸故障性质识别判据[J].电网技术,2006,30(18):29-33.
    [98]李一泉.电容式电压互感器(CVT)对超(特)高压输电线路保护影响的研究[D].博士学位论文,杭州:浙江大学,2006.
    [99]张武军.超(特)高压输电线路电流差动保护的研究[D].博士学位论文,杭 州:浙江大学,2008.
    [100]肖仕武.同步发电机定子绕组内部故障暂态仿真及其应用的研究[D].博士学位论文,保定:华北电力大学,2003.
    [101]王增平,张举,焦彦军,等.发电机保护中的三次谐波滤过器和滤波器算法[J].华北电力大学学报,2001,28(3):6-9.
    [102]张伏生,耿中行,葛耀中.电力系统谐波分析的高精度FFT算法[J].中国电机工程学报,1999(3):63-66.
    [103]奥本海姆.数字信号处理[M].石家庄:科学出版社,1975.
    [104]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京:中国电力出版社,2002.
    [105]屠黎明,刘万斌,吴济安,等.大型汽轮发电机内部短路仿真及其保护方案[J].电力系统自动化,2001,25(18):11-15.
    [106]肖仕武,刘万顺,屠黎明,等.同步发电机定子内部故障暂态过程及对保护的影响[J].电力系统自动化,2003,27(23):63-66.
    [107]袁成,邰能灵.纵向零序电压保护新方案及其应用[J].电力系统自动化,2007,31(24):47-51.
    [108]刘天斌.葛双Ⅰ、Ⅱ回线间互感对RAZFE接地距离保护动作特性的影响[J].华中电力,1995,8(1):40-44.

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