超高压智能线路保护重大关键技术研究

摘要

随着电力系统向超/特高压发展和智能化变电站的广泛建设，同时电力系统的短路容量越来越大、暂态问题日益突出等情况导致电流互感器等设备工作条件愈加恶化，使得超高压线路的继电保护出现了许多新特点、遇到了许多新问题。论文针对电力系统线路保护最近几年出现的新问题，从理论和应用上加以深入分析，提出了相应的解决方法和策略，从而有效地提高线路保护的技术性能，适应新的智能电网发展的要求，为电力系统安全生产运行提供了可靠保证。
　　论文首先针对线路继电保护的应用现状，结合微机保护硬软件集成度比较高、可应用多重保护的特点，提出了在微机保护上采用“四重化保护”的标准配置方式，从而实现真正意义上的满足线路保护要求的微机保护。
　　针对智能数字变电站的特点，分析了数据同步技术之于智能变电站继电保护的重要性，提出了在同站供继电保护使用的同步数据应采用合并单元和IED延时的综合方法，而站间同步只能采用计算线路传输延时的同步方法;得出线路保护的采样同步由于存在差拍效应会使得保护数据误差增大的结论，提出了提高采样速率以减少对保护影响的措施;对数字化无源电流互感器对继电保护安全性的影响进行了深入分析，提出了防范保护误动的措施。
　　针对电力系统同杆多回线的零序互感问题，提出了能适应不同线路长度、不同电压等级、两回及两回以上同感线路的互感计算新办法，提高了计算速度，为提高线路零序电流保护的整定计算精度提供了保证。同时针对系统中多起由同杆多回线引发的保护误动事件进行深入分析，通过对线路之间零序弱馈影响分析，找到了零序方向纵联误动的原因，进而提出了通过故障类型辅助判别及采用故障前电压作为参考相位相量的改进方法，有效地避免了零序方向纵联保护的误动。
　　论文对电网凸现的线路差动保护在区外故障时非故障相误动的现象进行了分析，提出了串流是影响差动保护正确工作的原因，提出了串流形成过程的二个阶段，得出了串流完全是励磁电流从而容易引起非故障相CT饱和的特点;分析了串流波形的特征，提出了与串流阶段性特征相适应的时间自适应的全周面积差动保护算法。该算法不会影响区内故障的保护灵敏度，对串流问题具有很好的抑制能力，同时对区外故障切除时的暂态误动行为也具有较好的防止作用。
　　针对线路距离保护的振荡闭锁功能，针对当前振荡闭锁算法模型偏简单的问题，论文建立了准确的振荡模型，提出了电力系统非匀速振荡的特征，对系统不同电势之间的振荡提出了新的几何分析方法来分析振荡轨迹。针对不均匀振荡特点，提出了直线型短时静止阻抗振荡闭锁新方法。采用设置直线型均匀阻抗边界、惰性动作区、模糊静止阻抗测量等方法，有效地提高了距离保护对于故障和振荡的鉴别能力，提高了振荡期间出现故障时距离保护的开放能力和开放可靠性。
　　论文对超高压线路继电保护当前暴露的一些新的问题，从理论到方法上进行了深入分析，提出了改进方法和策略，并进行了实验室或动模的验证，并在生产实际中进行应用。结果表明，论文对当前继电保护关键问题的把握是准确的，提出的解决方案是行之有效的，为超特高压大电网安全生产运行提供了有力保障。

目录

声明

摘要

论文专用变量术语注释表

第一章 绪论

1．1 线路继电保护

1．2 继电保护发展历史

1．3 线路保护原理概述

1．4 本文的研究内容

1．5 研究意义

1．6 本文的章节和内容

第二章 超高压线路保护和面临的新问题

2．1 引言

2．2 “四重化”保护概念

2．2．1 微机保护四重化保护的原理

2．2．2 微机保护四重化实现

2．3 高压线路保护面临新的出现问题

2．3．1 数字式互感器应用对继电保护的影响

2．3．2 多回线零序互感变化对线路零序保护影响

2．3．3 弱馈线引起零序方向纵联保护误动

2．3．4 CT饱和串流引起线路差动误动分析

2．3．5 振荡闭锁对距离保护的影响分析

2．4 本章小结

第三章 数字同步和无源光纤互感器对保护影响分析

3．1 引言

3．2 传统互感器的不足

3．3 数字式互感器

3．3．1 数字式互感器的特点

3．3．2 有源式数字电流互感器

3．3．3 无源式数字互感器

3．3．4 数字式电流互感器比较

3．3．5 数字电压互感器

3．4 数字式互感器相位误差和相位差

3．5 为保护提供同步数据的同步技术

3．5．1 固有延时方式

3．5．2 1588同步

3．5．3 保护设备的数据同步

3．6 有源式电子互感器数字积分器分析

3．7 光纤电流互感器原理和结构

3．7．1 法拉第磁光效应

3．7．2 光纤电流互感器结构及特点

3．8 数字电流互感器信噪比

3．9 光纤电流互感器暂态特性分析

3．9．1 大电流暂态性能

3．9．2 交直流阶跃响应性能

3．10 光纤电流互感器精度影响因素分析

3．10．1 Verdet常数和光纤环匝数影响

3．10．2 光粒子性影响

3．10．3 温度影响

3．10．4 光学器件老化影响

3．10．5 其它影响因素

3．11 光纤电流互感器对保护影响及对策

3．11．1 数字化采样影响

3．11．2 光粒子性对保护启动环节影响

3．11．3 暂态性能影响

3．11．4 光纤挤压或弯折对保护影响

3．11．5 互感器极性混乱的影响

3．12 应用缺陷对继电保护的影响

3．13 本章小结

第四章 线路保护多回同杆零序互感计算新方法

4．1 引言

4．2 同杆多回线零序互感

4．3 不同电压等级的同杆多回线

4．4 同杆三回等值阻抗的计算

4．5 同杆架设n回线路的零序等值阻抗计算

4．6 不同电压等级，不同长度同杆理论参数计算

4．6．1 分段

4．6．2 计算线路两两之间的互感和分段

4．6．3 简化互感的影响计算

4．7 获取最大最小互感因素的软件原理实现框图

4．8 仿真和现场验证

4．9 本章小结

第五章 零序方向纵联同杆弱馈影响研究和策略

5．1 引言

5．2 零序方向纵联误动

5．3 同杆架设线路故障时电气量特征

5．4 案例分析

5．5 误动原因与运行方式的关系

5．6 新型零序方向元件

5．7 新型零序方向元件的流程及实例分析

5．8 本章小结

第六章 防止异相串流的全周面积法线路差动保护策略研究

6．1 引言

6．2 新出现的差动保护误动

6．3 CT电流相间互串效应现象

6．4 三相单CT的建模和异相cT饱和暂态分析

6．5 饱和CT电流形成串流分析

6．6 串流现象仿真

6．7 串流特征

6．8 时间自适应分段全周面积原理线路差动保护

6．8．1 全周面积法

6．8．2 分段差动原理

6．8．3 数据窗暂态中单调逼近正确值的差动保护算法

6．8．4 启动环节改进

6．9 全周面积法实现

6．10 本章小结

第七章 距离保护直线型短时静止阻抗振荡闭锁新方法

7．1 引言

7．2 距离保护dZ／dt振荡闭锁技术

7．3 振荡模型的几何建立方法

7．3．1 振荡时电压相量图

7．3．2 电压相量和阻抗平面的几何转换

7．3．3 相量方法建立的振荡模型

7．4 δ直线加速、减速时间模型的分析

7．5 δ惯性加速度时间模型

7．6 非均匀判据的危害性分析

7．6．1 两种典型的传统圆特性振荡闭锁方法

7．7 功角和时间不均匀性分析

7．7．1 稳定振荡分析

7．7．2 ΔP0＜EMEN／XΣ-P0不稳定振荡分析

7．7．3 ΔP0≥EMEN／XΣ-P0不稳定振荡分析

7．8 传统振荡闭锁方法的不足

7．9 直线型短时静止阻抗振荡闭锁新方法

7．9．1 直线型阻抗边界

7．9．2 双惰性区设立

7．9．3 振荡周期动态测量和特征

7．9．4 静止阻抗振荡闭锁方法

7．10 直线型短时静止阻抗振荡闭锁新方法实现框图

7．11 本章小结

第八章 结论与展望

8．1 论文创新性工作小结

8．2 下一步研究展望

致谢

参考文献

攻读博士研究生期间发表的论文和成果