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基于纵联支接阻抗的超(特)高压输电线路保护新原理研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 超(特)高压输电线路继电保护原理研究的现状

1.2.1 超(特)高压交流输电线路纵联电流差动保护原理的研究

1.2.2 超(特)高压交流输电线路其他保护原理的研究

1.3 本文的主要工作

第2章 纵联支接阻抗保护新原理

2.1 纵联支接阻抗(LTI)的定义及其计算方法

2.2 输电线路内部故障时的LTI

2.2.1 线路内部发生接地故障时的LTI

2.2.2 输电线路发生两相短路故障时故障相的LTI

2.3 输电线路内部无故障时的LTI

2.4 基于LTI的保护原理

2.5 本章小结

第3章 LTI保护原理的仿真分析

3.1 仿真模型与LTI保护判据的整定

3.1.1 仿真模型

3.1.2 LTI保护判据的整定

3.2 线路无故障时的LTI

3.3 线路内部故障时的LTI

3.3.1 线路内部发生接地故障时的LTI

3.3.2 线路内部发生两相短路故障时的LTI

3.3.3 LTI在复平面上的轨迹图

3.4 本章小结

第4章 LTI保护原理若干问题的研究

4.1 线路外部发生三相短路与两相短路故障时的LTI

4.1.1 仿真结果

4.1.2 理论分析

4.2 线路外部发生接地非对称故障时的LTI

4.2.1 仿真结果

4.2.2 理论分析

4.3 暂态过程分析

4.3.1 线路外部发生故障时的(ZLTI—Zset)

4.3.2 线路内部发生故障时的(ZLTI—Zset)

4.4 本章小结

第5章 保护方案设计

5.1 电流差动保护的仿真与分析

5.1.1 全电流差动保护

5.1.2 零序电流差动保护

5.1.3 工频故障分量电流差动保护

5.2 传统保护方案与新保护方案

5.2.1 传统保护方案

5.2.2 LTI保护原理与全差保护构成的新保护方案

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的学术成果

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摘要

作为一种主保护,全电流差动保护广泛地应用于输电线路保护中。随着输电线路电压等级的提高和送电距离的增加,分布电容电流逐渐增加,极大地影响了纵联差动保护的灵敏性和选择性。为了克服电容电流的影响,现有的许多算法提出对电容电流进行补偿,然而这些补偿算法都需要知道线路的电容参数,并且在故障暂态过程中难以精确补偿。全电流差动保护还受到负荷电流以及过渡电阻的影响,为了克服其不利影响,一种解决方法是采用不同的保护动作定值,在暂态过程中采用高保护动作定值,暂态过程结束后,采用低保护动作定值;另一种解决方法是将零序电流差动与故障电流差动保护作为全电流差动的补充,构成保护方案,以克服负荷电流及过渡电阻的不利影响。这两种解决方法也都有着各自的问题,第一种解决方法不能从根本上解决问题,第二种解决方法中的零序电流差动保护不具有选相功能,并且在线路非全相运行又发生高阻接地故障时零差保护可能会拒动,而故障分量差动保护只能在故障后的一到二周波内应用。
  针对现有线路保护存在的问题,本文提出一种基于纵联支接阻抗的保护新原理,理论分析表明,当线路内部无故障时,纵联支接阻抗近似等于线路的容抗;当线路内部发生接地故障时,故障相纵联支接阻抗近似等于线路容抗和过渡电阻的并联值,而当线路内部发生两相短路故障时,故障相的纵联支接阻抗与过渡电阻和故障点的负序等值阻抗有关,据此构成的新保护原理无需对电容电流进行补偿,不受负荷电流、系统阻抗的影响,选择性好,具有天然的选相能力,当发生高阻接地故障时,灵敏度高。
  本文对纵联支接阻抗保护在线路内部、外部发生各种故障情况时的动作行为都进行了仿真验证,仿真结果表明,在线路内部发生故障时,故障相的纵联支接阻抗随过渡电阻的变化趋势与理论分析相符,而当线路外部发生故障时,仿真结果的稳态值与理论值之间有误差,文中详细地分析了误差产生的原因并提出了解决方法;仿真结果还表明,在区外发生小过渡电阻短路故障时,暂态过程中纵联支接阻抗的波动性较大。针对此特点,提出将纵联支接阻抗保护作为全电流差动保护的补充以构成新保护方案,全电流差动保护主要用来反映线路内部发生的严重故障,而纵联支接阻抗保护主要用来反映线路内部发生的轻微故障,为了防止纵联支接阻抗保护在暂态过程中误动,提出将其在故障后20ms后投入,并且附加方向元件。
  新保护方案克服了零序电流差动保护作为全电流差动保护补充时存在的问题,动作速度快,无需为了躲过三相断路器不同时合闸而延时动作,无需额外的选相元件就能分相动作,在非全相运行线路内部发生高阻接地故障时保护仍然能够灵敏动作;新保护方案同样克服了故障分量电流差动保护作为全电流差动保护补充时存在的只能短时应用的问题。新保护方案显示了良好的应用前景。

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