輸電線路行波電流極性比較式縱聯保護方案研究

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保護方案研究

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行波電流與電容式電壓互感器高壓側暫態行波電流的行波縱聯保護方案.對暫態行波電流的α模量求取小波變換模極大值以確定極性.比較測量端主電路及電容器分支電路暫態行波電流的初始極性,以判斷行波浪涌方向；并通過交換線路兩端的故障方向信息識別線路內部故障.分析了該行波電流極性比較式保護方案的影響因素.ATP仿真表明保護方案切實可行,具有較強的實用性.

輸電線路；行波；極性比較；縱聯保護

高壓輸電線路是電力系統的命脈,它擔負著傳輸電能的重任,同時也是電力系統中最容易發生故障的環節.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破壞程度,減小對用戶的影響.基于故障暫態量的行波保護在動作速度上較現存的基于工頻電氣量的保護有了明顯提高,能很好地適應超高壓線路的故障切除要求［1-8］.

文獻［9］通過比較行波電壓與行波電流之間的極性確定故障方向,文獻［10］通過比較線路兩端行波電流的初始極性識別區內、外故障.前者需要用到行波電壓信號,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行波信號,因而難以獲得實際應用.對于后者,由于在線路各端只檢測行波電流信號,沒有方向性,因而當線路反方向故障時,行波保護裝置也會啟動并向對方發信,這無疑降低了保護系統的整體可靠性.

本文對線路及電容式電壓互感器高壓側的暫態行波電流的α模量進行小波變換并進行小波變換模極大值極性的對比,實現行波縱聯保護.

1 行波電流極性比較式保護方案

當電網中某線路發生故障時,由于故障點電壓的突變,將產生由故障點向線路兩端傳播的暫態行波,如圖1所示,其中線路MN為被分析對象,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示意圖

無論線路MN內部或外部發生故障,當故障暫態行波信號到達該線路兩端時,將同時在主電路以及電容器分支電路中產生行波電流信號.根據圖1中給定的電流參考方向,可以得出以下結論：

(1)對于內部故障(如F1點故障),當故障行波浪涌到達線路MN任一端時,在主電路以及電容器分支電路中產生的行波電流信號之間具有反極性關系.

(2)對于外部故障(如F2和F3點故障),當故障行波浪涌到達離故障點最近的線路MN一端時,在該端主電路以及電容器分支電路中產生的行波電流信號之間具有同極性關系；當故障行波浪涌到達離故障點最遠的線路MN一端時,在該端主電路以及電容器分支電路中產生的行波電流信號之間具有反極性關系.

(3)對于內部故障(如F1點故障),故障初始行波浪涌到達線路MN兩端時在主電路中產生的行波電流信號之間具有同極性關系.

(4)對于外部故障(如F2和F3點故障),故障初始行波浪涌到達線路MN兩端時在主電路中產生的行波電流信號之間具有反極性關系.

根據上述分析,可以得到行波電流極性比較式縱聯保護方法.首先通過在線路兩端分別比較故障產生的線路暫態行波電流與電容式電壓互感器高壓側暫態行波電流之間的初始極性確定故障方向,然后通過交換線路兩端的故障方向信息識別線路內部故障.也可以通過比較故障初始行波浪涌到達線路兩端時產生的線路暫態行波電流之間的初始極性識別線路內部故障.

2 小波變換及模量選取

2.1 小波變換的奇異點檢測原理

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

小波變換的模極大值點與暫態行波的突變點是一一對應的.小波模極大值的幅值表示信號的變化強度,極性表示信號的變化方向.這就使對暫態行波信號突變點的分析轉化為了對信號的小波變換模極大值的分析.

2.2 模量選取

采用克拉克變換對測得電流進行解耦后得到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象.

線路發生A相單相接地短路時,β模量的值將為零；而線路發生BC兩相金屬性直接短路時,α模量將為零.由于BC兩相金屬性直接短路的概率遠低于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改變α模量的組合等方法得以解決［15-16］,因此本文選擇暫態行波電流的α模分量進行小波變換及模極大值的求取.

3 仿真分析

按照圖1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Δt=1μs,故障發生時刻t=0.02s.

假設MN線路發生A相接地故障,即區內故障,故障點距離M端50km,過渡電阻為50Ω,故障初始電壓角為90°.對M、N端主電路及CVT分支電路的故障三相電流進行解耦后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,可判斷為內部故障.

MP、NQ線路A相單相接地故障的仿真結果如圖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近端時相同,遠端時相反,可判斷為外部故障,并可確定故障區段.

圖2 各主電路及CVT電路三相電流、α模量及極大值圖

圖3 區外故障仿真結果（MP）

圖4 區外故障仿真結果（NQ）

4 影響因素分析

4.1 接地電阻

發生內部故障時,不同接地電阻的小波變換模極大值見表1.由表1可知,接地電阻只影響小波變換模極大值的幅值,對其極性并沒有影響.故接地電阻對本方案判斷結果影響不大.

表1 不同接地電阻仿真結果對比

4.2 故障初始電壓角

表2 不同故障初始角仿真結果對比

4.3 故障點位置

發生內部故障時,不同故障點位置的小波變換模極大值見表3.由表3可知故障點位置只影響小波變換模極大值的幅值,對其極性并沒有影響,對本方案判斷結果影響不大.

表3 不同故障點位置仿真結果對比

5 結束語

本文提出高壓線路行波電流極性比較式縱聯保護方案,通過對線路兩端主電路及電容器分支電路的暫態行波電流進行極性比較,判斷出線路內部故障.方案不直接利用電壓行波信號,具有較強的實用性,易獲得推廣應用.

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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