高壓直流輸電線路行波保護(hù)判據(jù)的研究

1、高壓直流輸電線路行波保護(hù)判據(jù)的研究摘要：目前，國內(nèi)外投運(yùn)的行波保護(hù)普遍存在著可靠性差的問題。針對該問題，本文簡要分析了實(shí)際工程中行波保護(hù)存在的缺陷。同時，在使用ETD暫態(tài)仿真軟件對各種直流線路故障進(jìn)展仿真計算的根底上，本文對目前國際上具有代表性的兩種行波保護(hù)判劇進(jìn)展了比照性分析與研究；并提出了基于小波變換的行波方向保護(hù)新原理，進(jìn)步了行波保護(hù)的可靠性。關(guān)鍵詞：高壓直流行波保護(hù)ETD小波變換1引言隨著我國電力事業(yè)的蓬勃開展，將越來越多地采用高壓直流輸電作為長間隔 輸送電能方式。目前，我國已有多項(xiàng)直流輸電工程投運(yùn)，舉世矚目的三峽工程也已經(jīng)開場投運(yùn)。因此，如何保證直流線路的平安穩(wěn)定運(yùn)行，提供一種高速可

2、靠的線路保護(hù)方案，就成為一個急待解決的直流輸電技術(shù)問題。由于行波保護(hù)具有超高速動作性能，同時可以克制傳統(tǒng)工頻量保護(hù)易受電流互感器飽和、系統(tǒng)振蕩和長線分布電容等影響的缺點(diǎn)，目前，世界上廣泛采用了行波保護(hù)作為高壓直流線路保護(hù)的主保護(hù)。然而，目前國內(nèi)外所投運(yùn)的行波保護(hù)普遍存在著可靠性不高的問題。因此，有必要對現(xiàn)有行波保護(hù)開展進(jìn)一步的研究，使行波保護(hù)在實(shí)際工程中可以具有更高的可靠性和抗干擾性能。2工程中行波保護(hù)存在的問題國內(nèi)外相關(guān)資料顯示，目前所投運(yùn)的行波保護(hù)普遍存在著受擾動容易誤動的問題。分析其原因，主要有以下幾點(diǎn)：1)行波保護(hù)判據(jù)中多采用電流、電壓值的瞬時值，在計算時，詳細(xì)所選擇的計算點(diǎn)的值將直接

3、影響判別式輸出的值，因此，由噪聲等干擾引起的數(shù)據(jù)采樣值的波動很容易影響計算點(diǎn)的值，從而引起判別式誤動作。2)由于線路使用的耦合電容分壓式電壓互感器，傳變暫態(tài)信號的才能較差，使得二次側(cè)獲取的行波電壓信號誤差較大。3)換相故障、交流側(cè)故障等都可能引起直流線路上出現(xiàn)交流分量的暫態(tài)分量，以及電力線路上由雷擊、開關(guān)分合、空線合閘等所造成的干擾，都和暫態(tài)行波有相似之處，從而影響行波的識別。4)當(dāng)接地電阻較大時(100以上)，行波保護(hù)不易區(qū)分逆變側(cè)平波電抗器正反向故障。這是由于在接地電阻較小時，平波電抗器線路側(cè)(正向)故障時的行波波頭幅值和陡度都較大，而在逆變器側(cè)(反向)故障時，由于受到平波電抗器的平滑作用

4、，行波波頭的幅值和陡度都較大地減小了，從而得以正確區(qū)分；然而，當(dāng)正向經(jīng)高阻接地時，正向行波波頭的幅值和陡度都減小，以致與反向故障時(金屬性接地)所傳播到整流側(cè)的行波波頭相混淆，從而無法區(qū)分。3行波保護(hù)判據(jù)的研究作者首先建立了基于交直流電磁暫態(tài)仿真軟件ETD的高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型，并在仿真模型上構(gòu)造各種類型的直流線路區(qū)內(nèi)外故障，以獲取HVD系統(tǒng)的運(yùn)行特性以及故障數(shù)據(jù)；在此根底上對實(shí)際工程中廣泛采用的行波保護(hù)判據(jù)(ABB公司和SIEENS公司)進(jìn)展了比照性分析研究，并提出了基于小波變換的行波方向保護(hù)新原理。本文以天廣(天生橋廣州)直流輸電工程為仿真模型，其主要運(yùn)行參數(shù)為：1800，18kA，5

5、00kV，12脈波，雙極雙橋。如圖1所示。31ABB行波保護(hù)判據(jù)(1)根本原理其根本原理是：當(dāng)直流線路上發(fā)生對地短路故障時，會從故障點(diǎn)產(chǎn)生向線路兩端傳播的故障行波，兩端換流站通過檢測所謂極波b(t)IDUD(式中：為直流線路的極波阻抗，ID和UD分別為整流側(cè)直流電流和直流電壓)的變化，即可檢知直流線路故障，構(gòu)成直流線路快速保護(hù)；另一方面，故障時兩個接地極母線上的過電壓吸收電容器上會分別產(chǎn)生一個沖擊電流IN1和IN2，利用該沖擊電流以及兩極直流電壓的變化即可構(gòu)成所謂地模波Gave，根據(jù)地模波的極性就能正確判斷出故障極。這里：ID1和ID2分別為極1和極2上整流側(cè)線路直流電流；UD1和UD2分別為

6、極1和極2上整流側(cè)線路直流電壓；IEL為整流側(cè)架空地極線上的電流。電流電壓的極性和方向如圖2所示。(2)仿真實(shí)例下面舉例說明該行波保護(hù)判據(jù)的詳細(xì)判別過程：以極1上距整流側(cè)480k發(fā)生100歐姆接地故障為例。圖3和圖4分別顯示了故障時的直流電流、電壓波形以及極波、地模波的波形。其中：pave1為極1上的極波；pave2為極2上的極波；ave為地模波；故障發(fā)生時刻為1600s。由圖可見，在16016s時檢測到極波pave1的變化率大于整定值，于是起動極1故障判別式；再對地模波ave自波前時刻后的10個采樣點(diǎn)進(jìn)展積分求和得Save大于整定值，因此可確定極1上直流線路發(fā)生接地故障。(3)動作性能分析1

7、)該保護(hù)對線路全長范圍內(nèi)各種故障均能識別(包括100的高阻接地故障)。2)該保護(hù)動作速度快，延時在毫秒級。3)該保護(hù)的抗干擾性能尚可，對于線路空載合閘、開關(guān)操作等不誤動，而對于2及以上的噪聲干擾易誤動。32SIEENS行波保護(hù)判據(jù)根本保護(hù)原理為：當(dāng)直流線路發(fā)生接地故障時，在向故障點(diǎn)兩端傳播行波的同時，兩端換流站檢測到的直流電壓下跌，整流側(cè)直流電流急增，逆變側(cè)直流電流急降；根據(jù)以上特點(diǎn)，可采用電壓下降率(du/dt)和行波值b(t)等計算，即可檢知線路故障，從而構(gòu)成線路保護(hù)的主保護(hù)。保護(hù)判據(jù)為：當(dāng)直流電壓下降率大于給定值時，對故障前的b(t)與故障后的b(t)差值進(jìn)展10s積分，假設(shè)此積分值大于

8、給定值，延時6s后發(fā)出行波保護(hù)動作信號。在此延時內(nèi)，假設(shè)有其它保護(hù)動作或另一極行波保護(hù)動作，那么本級行波保護(hù)將被閉鎖800s。分析其動作性能，可得出：1)該保護(hù)對線路全長范圍內(nèi)各種故障均能識別(包括100的高阻接地故障)。2)該保護(hù)的動作時延較大(大于16s)。3)該保護(hù)對于線路空載合閘、開關(guān)操作等不誤動；在有細(xì)微噪聲干擾的情況下，該判據(jù)雖然能正確檢測出故障，卻不能準(zhǔn)確判別故障時刻。33基于小波變換的行波方向保護(hù)由以上分析可見，傳統(tǒng)行波保護(hù)的主要缺點(diǎn)是不能準(zhǔn)確把握線路故障的暫態(tài)信息，因此其動作可靠性、動作速度、抗干擾性能等都受到了較大的限制。為了從根本上克制傳統(tǒng)行波保護(hù)不能準(zhǔn)確把握故障信息的缺

9、點(diǎn)，這里采用小波算法，準(zhǔn)確提取故障特征，提出了基于小波變換的行波方向保護(hù)新原理。小波變換具有良好的時域部分化性能，使得它能在任一小時間段給出行波信號在該時刻的頻率信息，因此，可以快速準(zhǔn)確地抓住行波波頭；另一方面，小波變換的模極大值與行波信號的主要特征“突變點(diǎn)相對應(yīng)：由于信號的奇異點(diǎn)中包含著信號中最重要的信息，因此小波變換的模極大值可以刻畫故障行波信號的奇異點(diǎn)和奇異性，進(jìn)展故障檢測。此外，小波變換還有抑制噪聲的作用噪聲信號在小波變換下其能量是隨尺度的增大而變小的?；谛〔ㄗ儞Q的行波方向保護(hù)的根本原理為：采用暫態(tài)電流行波在小波變換下的模極大值是否越限作為故障判別起動元件；然后，采用基于小波變換的行

10、波極性比擬式方向保護(hù)判據(jù)來判別故障。(即根據(jù)故障電壓、電流行波從模極大值點(diǎn)的正負(fù)極性來分區(qū)內(nèi)區(qū)外故障：極性相反時為區(qū)內(nèi)故障，反之亦然。)可見，該保護(hù)原理簡單，易于實(shí)現(xiàn)。圖5為極一上距整流側(cè)240k在16000秒發(fā)生1000高阻接地，并施加10的噪聲干擾時的UD1原始信號圖及以db3小波為母小波的六個尺度的小波變換結(jié)果，其中采樣間隔為5s。可見，原始故障波形以及其在尺度d1和尺度d2下的小波變換中，噪聲干擾完全吞沒了故障行波信號，隨著尺度的增加，噪聲被抑制，而故障信號的特征更加明顯，在尺度d4和尺度d5中，行波波頭所對應(yīng)的模極大值已經(jīng)能很明顯地識別出來，其故障時間為16008s。(故障時間t16

11、000Xr/v16008，其中Xr為故障點(diǎn)距整流側(cè)的間隔 ，v為波速，近似取為光速。)保護(hù)動作性能分析：1)該保護(hù)對線路全長范圍內(nèi)各種故障均能識別(包括1000的高阻接地故障)。2)該保護(hù)抗干擾性能較好，對于線路空載合閘、開關(guān)操作等不誤動，對高達(dá)10的噪聲干擾，該判據(jù)均能正確檢測出故障。3)在高達(dá)1000的高阻接地故障情況下能正確區(qū)分逆變側(cè)正反向故障，另一方面，還能根據(jù)電流行波的模極大值點(diǎn)所對應(yīng)的時刻來進(jìn)展故障定位，有助于巡線檢修工作。4)該保護(hù)具有超高速動作特性，能在故障瞬間抓住波頭(4s內(nèi))?？梢?，基于小波變換的行波方向保護(hù)不失為一種高速可靠的行波保護(hù)方案。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.4結(jié)論通過對各種行波保護(hù)方案的研究和對現(xiàn)有行波保護(hù)存在問題的討論可以看出：傳統(tǒng)行波保護(hù)是一種快速、靈敏且動作性能較好的高壓直流線路主保護(hù)，但其可靠性卻存在著易受擾動的缺陷，究其根本原因是沒有準(zhǔn)確把握故障信息。基于小波變換的行波方向保護(hù)采用小波算法，準(zhǔn)確提取故障行波的突變信號，克制了傳統(tǒng)行波保護(hù)的缺乏，不但具有超高速的動作性能和良好的故障判別才能，還具有很高的可靠性以及良好的抗干擾性能。參考文獻(xiàn)1浙江大學(xué)發(fā)電研究室直流輸電北京：水