輸電線路行波電流極性比較式縱聯(lián)保護(hù)方案研究

路玉芹,翟 蕾

(淄博市供電公司,山東淄博255000)

輸電線路行波電流極性比較式縱聯(lián)保護(hù)方案研究

路玉芹,翟 蕾

(淄博市供電公司,山東淄博255000)

提出利用高壓輸電線路暫態(tài)行波電流與電容式電壓互感器高壓側(cè)暫態(tài)行波電流的行波縱聯(lián)保護(hù)方案.對(duì)暫態(tài)行波電流的α模量求取小波變換模極大值以確定極性.比較測(cè)量端主電路及電容器分支電路暫態(tài)行波電流的初始極性,以判斷行波浪涌方向；并通過(guò)交換線路兩端的故障方向信息識(shí)別線路內(nèi)部故障.分析了該行波電流極性比較式保護(hù)方案的影響因素.ATP仿真表明保護(hù)方案切實(shí)可行,具有較強(qiáng)的實(shí)用性.

輸電線路；行波；極性比較；縱聯(lián)保護(hù)

高壓輸電線路是電力系統(tǒng)的命脈,它擔(dān)負(fù)著傳輸電能的重任,同時(shí)也是電力系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障的環(huán)節(jié).快速切除線路中的故障,可以縮小故障范圍,減輕短路引起的電網(wǎng)破壞程度,減小對(duì)用戶的影響.基于故障暫態(tài)量的行波保護(hù)在動(dòng)作速度上較現(xiàn)存的基于工頻電氣量的保護(hù)有了明顯提高,能很好地適應(yīng)超高壓線路的故障切除要求［1-8］.

文獻(xiàn)［9］通過(guò)比較行波電壓與行波電流之間的極性確定故障方向,文獻(xiàn)［10］通過(guò)比較線路兩端行波電流的初始極性識(shí)別區(qū)內(nèi)、外故障.前者需要用到行波電壓信號(hào),而高壓線路配置的電容式電壓互感器不能有效傳變故障暫態(tài)行波信號(hào),因而難以獲得實(shí)際應(yīng)用.對(duì)于后者,由于在線路各端只檢測(cè)行波電流信號(hào),沒(méi)有方向性,因而當(dāng)線路反方向故障時(shí),行波保護(hù)裝置也會(huì)啟動(dòng)并向?qū)Ψ桨l(fā)信,這無(wú)疑降低了保護(hù)系統(tǒng)的整體可靠性.

本文對(duì)線路及電容式電壓互感器高壓側(cè)的暫態(tài)行波電流的α模量進(jìn)行小波變換并進(jìn)行小波變換模極大值極性的對(duì)比,實(shí)現(xiàn)行波縱聯(lián)保護(hù).

1 行波電流極性比較式保護(hù)方案

當(dāng)電網(wǎng)中某線路發(fā)生故障時(shí),由于故障點(diǎn)電壓的突變,將產(chǎn)生由故障點(diǎn)向線路兩端傳播的暫態(tài)行波,如圖1所示,其中線路MN為被分析對(duì)象,和分別為M端電容式電壓互感器(CVT)的主電容器和分壓電容器,和分別為N端CVT的主電容器和分壓電容器.

圖1 行波電流極性比較式保護(hù)示意圖

無(wú)論線路MN內(nèi)部或外部發(fā)生故障,當(dāng)故障暫態(tài)行波信號(hào)到達(dá)該線路兩端時(shí),將同時(shí)在主電路以及電容器分支電路中產(chǎn)生行波電流信號(hào).根據(jù)圖1中給定的電流參考方向,可以得出以下結(jié)論：

(1)對(duì)于內(nèi)部故障(如F1點(diǎn)故障),當(dāng)故障行波浪涌到達(dá)線路MN任一端時(shí),在主電路以及電容器分支電路中產(chǎn)生的行波電流信號(hào)之間具有反極性關(guān)系.

(2)對(duì)于外部故障(如F2和F3點(diǎn)故障),當(dāng)故障行波浪涌到達(dá)離故障點(diǎn)最近的線路MN一端時(shí),在該端主電路以及電容器分支電路中產(chǎn)生的行波電流信號(hào)之間具有同極性關(guān)系；當(dāng)故障行波浪涌到達(dá)離故障點(diǎn)最遠(yuǎn)的線路MN一端時(shí),在該端主電路以及電容器分支電路中產(chǎn)生的行波電流信號(hào)之間具有反極性關(guān)系.

(3)對(duì)于內(nèi)部故障(如F1點(diǎn)故障),故障初始行波浪涌到達(dá)線路MN兩端時(shí)在主電路中產(chǎn)生的行波電流信號(hào)之間具有同極性關(guān)系.

(4)對(duì)于外部故障(如F2和F3點(diǎn)故障),故障初始行波浪涌到達(dá)線路MN兩端時(shí)在主電路中產(chǎn)生的行波電流信號(hào)之間具有反極性關(guān)系.

根據(jù)上述分析,可以得到行波電流極性比較式縱聯(lián)保護(hù)方法.首先通過(guò)在線路兩端分別比較故障產(chǎn)生的線路暫態(tài)行波電流與電容式電壓互感器高壓側(cè)暫態(tài)行波電流之間的初始極性確定故障方向,然后通過(guò)交換線路兩端的故障方向信息識(shí)別線路內(nèi)部故障.也可以通過(guò)比較故障初始行波浪涌到達(dá)線路兩端時(shí)產(chǎn)生的線路暫態(tài)行波電流之間的初始極性識(shí)別線路內(nèi)部故障.

2 小波變換及模量選取

2.1 小波變換的奇異點(diǎn)檢測(cè)原理

為了便于實(shí)現(xiàn)快速數(shù)值小波分析,一般將分析小波Ψs(t)的尺度參數(shù)s取為一系列二進(jìn)離散值,即s=2j,j∈Z,由此得到(R)在尺度2j和時(shí)刻t的小波變換

小波變換的模極大值點(diǎn)與暫態(tài)行波的突變點(diǎn)是一一對(duì)應(yīng)的.小波模極大值的幅值表示信號(hào)的變化強(qiáng)度,極性表示信號(hào)的變化方向.這就使對(duì)暫態(tài)行波信號(hào)突變點(diǎn)的分析轉(zhuǎn)化為了對(duì)信號(hào)的小波變換模極大值的分析.

2.2 模量選取

采用克拉克變換對(duì)測(cè)得電流進(jìn)行解耦后得到0模及α、β(線模)分量,為保證足夠的靈敏度,將線模分量作為小波分析對(duì)象.

線路發(fā)生A相單相接地短路時(shí),β模量的值將為零；而線路發(fā)生BC兩相金屬性直接短路時(shí),α模量將為零.由于BC兩相金屬性直接短路的概率遠(yuǎn)低于A相單相接地短路的概率,且B相與C相的金屬性直接短路可以通過(guò)改變?chǔ)聊Ａ康慕M合等方法得以解決［15-16］,因此本文選擇暫態(tài)行波電流的α模分量進(jìn)行小波變換及模極大值的求取.

3 仿真分析

按照?qǐng)D1所示,利用ATPDraw軟件建立220k V輸電線路仿真模型.其中MN線路為100km,MP、NQ均為40km.采樣步長(zhǎng)Δt=1μs,故障發(fā)生時(shí)刻t=0.02s.

假設(shè)MN線路發(fā)生A相接地故障,即區(qū)內(nèi)故障,故障點(diǎn)距離M端50km,過(guò)渡電阻為50Ω,故障初始電壓角為90°.對(duì)M、N端主電路及CVT分支電路的故障三相電流進(jìn)行解耦后α模及其小波變換模極大值如圖2所示.

由圖2可知,M、N主電路中行波電流極性相同,而各主電路以及電容器分支電路中行波電流極性相反,可判斷為內(nèi)部故障.

MP、NQ線路A相單相接地故障的仿真結(jié)果如圖3、4所示.可知,M、N主電路中行波電流極性相反,主電路以及電容器分支電路中行波電流極性在離故障點(diǎn)近端時(shí)相同,遠(yuǎn)端時(shí)相反,可判斷為外部故障,并可確定故障區(qū)段.

圖2 各主電路及CVT電路三相電流、α模量及極大值圖

圖3 區(qū)外故障仿真結(jié)果（MP）

圖4 區(qū)外故障仿真結(jié)果（NQ）

4 影響因素分析

4.1 接地電阻

發(fā)生內(nèi)部故障時(shí),不同接地電阻的小波變換模極大值見(jiàn)表1.由表1可知,接地電阻只影響小波變換模極大值的幅值,對(duì)其極性并沒(méi)有影響.故接地電阻對(duì)本方案判斷結(jié)果影響不大.

表1 不同接地電阻仿真結(jié)果對(duì)比

4.2 故障初始電壓角

表2 不同故障初始角仿真結(jié)果對(duì)比

4.3 故障點(diǎn)位置

發(fā)生內(nèi)部故障時(shí),不同故障點(diǎn)位置的小波變換模極大值見(jiàn)表3.由表3可知故障點(diǎn)位置只影響小波變換模極大值的幅值,對(duì)其極性并沒(méi)有影響,對(duì)本方案判斷結(jié)果影響不大.

表3 不同故障點(diǎn)位置仿真結(jié)果對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出高壓線路行波電流極性比較式縱聯(lián)保護(hù)方案,通過(guò)對(duì)線路兩端主電路及電容器分支電路的暫態(tài)行波電流進(jìn)行極性比較,判斷出線路內(nèi)部故障.方案不直接利用電壓行波信號(hào),具有較強(qiáng)的實(shí)用性,易獲得推廣應(yīng)用.

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(編輯:劉寶江)

Study on longitudinal protective scheme for transmission lines based on traveling wave current polarity comparison

LU Yu-qin,ZHAI Lei
(Bussiness Office of Sales Department,Zibo Power Supply Company,Zibo 255000,China)

A scheme of traveling wave longitudinal protection is put forward by using transient traveling wave current of high-voltage lines and CVT high-voltage terminal.The polarity of transient traveling wave current is determed by calculating the wavelet transform maximal modulus of αmodulus.The traveling wave direction is judged by comparing the initial polarity of transient traveling wave current in main circuit and CVT branch circuit,internal faults are identified by exchanging fault information on both ends of the line,and the influence factors of the traveling wave current polarity comparison protection are analyzed.ATP simulation shows that the protection scheme is feasible and has strong practicability.

transmission tines；travelling wave；polarity comparison；longitudinal protection

1672―6197(2013)01―0075―04

TM773

A

2012- 11- 16

路玉芹,女,luyq710210@163.com；通信作者：翟蕾,女,zbflower2000@sina.com