特高压输电线的分相电流相位差动保护
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摘要
国家发展改革委员会和国家电网公司已决定建设我国第一条“晋东南-南阳-荆门”1000kV的特高压交流输电线路示范工程,并将于2008年投入运行。这对我国电力系统的发展起着重要作用,是我国电力工业发展新的里程碑。为了保证特高压电网运行的稳定性,要求研制新的性能优良工作可靠的继电保护装置。
电流相位差动保护具有不受系统振荡影响、在非全相状态下能正常工作、结构简单、不用电压量等巨大优点,但无选相功能。受线路分布电容电流影响大,不能用于长距离特高压输电线路。本文提出了基于输电线贝瑞隆法的特高压长线路分相电流相位差动保护新原理。此原理完全消除了线路分布电容电流对分相电流差动保护的影响,保护灵敏度得以极大提高。贝瑞隆模型是一种比较精确的输电线路模型,它反映了输电线路内部无故障时两端电压电流之间的关系,而线路内部故障时,相当于在故障点增加了一个节点,这种关系被破坏。本文提出利用这一差别区分线路内部和外部故障,构成一种新的差动保护原理。这种新的保护原理自动地考虑了电容电流地影响,不再需要进行电容电流补偿。详细介绍了利用贝瑞隆模型计算输电线路故障的方法,推导了实现分相电流相位差动纵联保护的判据,综合分析了各种故障状态下保护的动作情况,解决了各种故障下的故障判别以及特高压线路上的大电容电流影响等问题。还提出了用于故障后1～2个周波的基于电流故障分量的分相电流相位差动保护新原理,大大提高了保护承受过渡电阻的能力和动作速度。用ATP和MATLAB仿真证明了该原理的正确性和用于特高压输电线的优越性。
The National Development and Reform Commission (NDRC) and State GridCorporation of China (SGCC) had decided to construct the first UHV transmissionlineofAC 1000kVfrom Jin-southeast toNanyangandthentoJingmen,andit willgointoactionin2008. Itwillpromotethedevelopmentofpowersystemofthenation. Inorder to ensure the UHV transmission lines running stability, a new high-poweredrelayprotectiondevicewithhighreliabilitymustberesearchedanddeveloped.
Current phasedifferential protectionwill not beaffectedbypowerswingandtwophase operation condition of transmission line. It is more simple in structure withoutneed of voltage information. But it will seriouslybe affected bydistributed capacitivecurrent of transmission line, and it does not possess Phase Selection function. So thatcurrent phase differential protection can not be used on long UHV transmission lines.SoanovelprincipleofphasesegregatedcurrentphasedifferentialprotectionforUHVtransmissionlinesbasedonBergeronmodelisproposedforthefirsttimeinthispaper.The proposed principle will not be affected by distributed capacitive current and ismore sensitive and reliable than traditional current phase differential protection.Bergeron model is an accurate transmission line model, it is a de-coupled method ofcomputing voltage and current of two points on transmission lines in their normaloperation condition including outside faults of the line. When there are some innerfaultsintherangeoftransmissionline,themodel willbenottrue.Thisdiscriminationcanbeusedtoidentifywhetherthereisfaultinthetransmissionlineornot.Thenovelprinciple has considered the influence of distributed capacitive current, so it does notneed capacitive current compensation. In this paper, method of fault analysis oftransmission lines based on Bergeron model and analysis of protection operation incase of various types of faults are introduced. The paper has also proposed anothernew principle of phase segregated current phase differential protection based on faultcomponent during 1~2 periods after fault inception to improve the ability of bearingtransition resistance. Simulation results by ATP and MATLAB proved that theprincipleiscorrectandhasbestperformanceswhenusedonUHVtransmissionlines.
电流相位差动保护具有不受系统振荡影响、在非全相状态下能正常工作、结构简单、不用电压量等巨大优点,但无选相功能。受线路分布电容电流影响大,不能用于长距离特高压输电线路。本文提出了基于输电线贝瑞隆法的特高压长线路分相电流相位差动保护新原理。此原理完全消除了线路分布电容电流对分相电流差动保护的影响,保护灵敏度得以极大提高。贝瑞隆模型是一种比较精确的输电线路模型,它反映了输电线路内部无故障时两端电压电流之间的关系,而线路内部故障时,相当于在故障点增加了一个节点,这种关系被破坏。本文提出利用这一差别区分线路内部和外部故障,构成一种新的差动保护原理。这种新的保护原理自动地考虑了电容电流地影响,不再需要进行电容电流补偿。详细介绍了利用贝瑞隆模型计算输电线路故障的方法,推导了实现分相电流相位差动纵联保护的判据,综合分析了各种故障状态下保护的动作情况,解决了各种故障下的故障判别以及特高压线路上的大电容电流影响等问题。还提出了用于故障后1～2个周波的基于电流故障分量的分相电流相位差动保护新原理,大大提高了保护承受过渡电阻的能力和动作速度。用ATP和MATLAB仿真证明了该原理的正确性和用于特高压输电线的优越性。
The National Development and Reform Commission (NDRC) and State GridCorporation of China (SGCC) had decided to construct the first UHV transmissionlineofAC 1000kVfrom Jin-southeast toNanyangandthentoJingmen,andit willgointoactionin2008. Itwillpromotethedevelopmentofpowersystemofthenation. Inorder to ensure the UHV transmission lines running stability, a new high-poweredrelayprotectiondevicewithhighreliabilitymustberesearchedanddeveloped.
Current phasedifferential protectionwill not beaffectedbypowerswingandtwophase operation condition of transmission line. It is more simple in structure withoutneed of voltage information. But it will seriouslybe affected bydistributed capacitivecurrent of transmission line, and it does not possess Phase Selection function. So thatcurrent phase differential protection can not be used on long UHV transmission lines.SoanovelprincipleofphasesegregatedcurrentphasedifferentialprotectionforUHVtransmissionlinesbasedonBergeronmodelisproposedforthefirsttimeinthispaper.The proposed principle will not be affected by distributed capacitive current and ismore sensitive and reliable than traditional current phase differential protection.Bergeron model is an accurate transmission line model, it is a de-coupled method ofcomputing voltage and current of two points on transmission lines in their normaloperation condition including outside faults of the line. When there are some innerfaultsintherangeoftransmissionline,themodel willbenottrue.Thisdiscriminationcanbeusedtoidentifywhetherthereisfaultinthetransmissionlineornot.Thenovelprinciple has considered the influence of distributed capacitive current, so it does notneed capacitive current compensation. In this paper, method of fault analysis oftransmission lines based on Bergeron model and analysis of protection operation incase of various types of faults are introduced. The paper has also proposed anothernew principle of phase segregated current phase differential protection based on faultcomponent during 1~2 periods after fault inception to improve the ability of bearingtransition resistance. Simulation results by ATP and MATLAB proved that theprincipleiscorrectandhasbestperformanceswhenusedonUHVtransmissionlines.
引文
[1]贺家李,宋从矩,电力系统继电保护原理(增订版),北京:中国电力出版社,2004,147～256
[2]朱声石,高压继电保护原理与技术,北京:中国电力出版社,2005,203～217
[3]贺家李,宋从矩,电力系统继电保护原理,北京:中国电力出版社,1994,125～169
[4]王梅义,蒙定中,郑奎璋等,高压电网继电保护运行技术,北京:中国电力出版社,1981,334～365
[5]马长贵,高压电网继电保护原理,北京:水利电力出版社,1988,201～225
[6]郭征,特高压长线路分相电流差动保护新原理,[博士学位论文],天津,天津大学,2004
[7]薛士敏,输电线微机自适应分相方向电流差动纵联保护,[硕士学位论文],天津,天津大学,2005
[8]张振宇,基于故障分量的方向电流差动保护,[硕士学位论文],天津,天津大学,2006
[9]汪国新,变压器快速保护新原理,[硕士学位论文],天津,天津大学,2006
[10]徐松晓,贺家李,李永丽等,特高压输电线分相电流相位差动保护的研究,继电器,已录用
[11]纪叶生,刘晓波,关于我国特高压输电中几个问题的讨论,贵州电力技术,2006,7:6～9
[12]国家电网公司,我国特高压输电技术的研究与应用,中国科技产业,2006,2,103～106
[13]舒印魁,我国特高压输电技术的发展与实施,中国电力,2005,38(11):1～8
[14]杨春明,葛耀中,马一太,相差高频保护存在问题的探讨,继电器,1997,25(5):11～14
[15]冀有党,孙刚,李保福等,高频保护载波通道运行问题的分析,电力自动化设备,1997,61:58～62
[16]冀有党,李营,曾宪国等,高频保护载波通道运行问题的分析与解决,中国电力,1997,30(8):24～27
[17]计策,张艳霞,杨钢,相差高频保护中操作元件比相动作判据的研究,电网技术,2006,30(4):55～58
[18]束洪春,司大军,陈学允,基于分布参数模型的串补线路故障测距方法研究,中国电机工程学报,2002,22(4):72-76
[19]张振宇,贺家李,汪国新等,基于故障分量的方向电流差动保护,2005,38(8):1～6
[20]王亚强,焦彦军,超高压长线路故障测距研究,华北电力大学学报,2006,33(1):20～24
[21]许庆强,索南加乐,宋国兵等,一种电流故障分量高压线路保护选相元件,电力系统自动化,2003,27(7):50～54
[22]毕见广,董新洲,郭永基,基于故障附加网络的故障分量算法,清华大学学报(自然科学版),2004,44(1):89～92
[23]李国英,MATLAB在工程设计中的应用,科技情报开发与经济,2006,16(18):222～224
[24]张卫宁(译),TMS320F28x系列DSP的CPU与外设(上),北京,清华大学出版社,2004
[25]张卫宁(译),TMS320F28x系列DSP的CPU与外设(下),北京,清华大学出版社,2004
[26]宋江鹏,李志军,马军等,TMS320F2812与液晶显示模块的接口技术,国外电子测量技术,2006,25(1):41～44
[27]刘勇,蔡延财,陈永冰,TMS320F2812 & CPLD的液晶显示的驱动设计,现代电子技术,2006,3:142～144
[28]精电蓬远公司,内藏T6963C控制驱动器图形液晶显示模块说明书:1～26
[29]于虹,王福昌,基于T6963C控制器的8051编程宏,电子工程师,2006,32(4):32～35
[30]李迎春,孙友伟,基于CS8900A的电力监控系统以太网接口设计,西安邮电学院学报,2004,9(3)
[31]黄国刚,陈明,许海岗等,基于CS8900A的工业级嵌入式网络接口实现,计测技术,2005,25(1):16～17
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