直流输电控制保护-直流线路保护

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1、高压直流输电系统控制与保护原理华南理工大学电力学院李晓华eplxh@scut.edu.cn13660204636广西平果2010.3直流线路故障雷对高与交断击地阻流线线闪接路碰络地线故障原因•极线开路将引起直流电流中断和直流过电压，引起直流线路开路的最大可能原因为直流线路倒塔和掉串。•极线间短路发生概率很小，多为直流线路跨度较大时发生风偏舞动。若直流线路跨越交流线路，还可能发生交直流导线碰线的故障。•雷电引起的或线路绝缘子污秽造成的对地闪络故障•输电线路下方明火导致闪络故障处理•直流线路发生故障后，必须使线路储存的能量全部释放，

2、线路故障处才能灭弧，因此直流线路发生短路后，控制系统将尽快将直流电流降至零通常这个过程需要10－50ms。不同的故障点、不同的控制调节性能、相对换相时刻不同的故障发生时间等，对故障电流的大小和直流电压的变化率都有不同程度的影响。不同直流线路的阻抗不同，也将使直流线路瞬间对地故障的清除时间有所不同。直流线路故障•当输电线上某点d发生故障时，根据叠加原理可将故障量分解为两部分的迭加：故障前负荷分量和故障附加分量HVDC线路短路故障过程•初始行波阶段•故障后，线路电容通过线路阻抗放电，沿线路的电场和磁场所储存的能量相互转化形成故障电流

3、行波和相应的电压行波。•其中电流行波幅值取决于线路波阻抗和故障前瞬间故障点的直流电压值。•线路对地故障点弧道电流为两侧流向故障点的行波电流之和，此电流在行波第一次反射或折射之前，不受两端换流站控制系统的控制。HVDC线路短路故障过程•暂态阶段•经过初始电压行波的来回反向和折射后，故障电流转入暂态阶段。•直流线路故障电流主要分量有：带有脉动而且幅值有变化的直流分量（强迫分量）和由直流主回路参数所确定的暂态振荡分量（自由分量）。•在此阶段，控制系统中定电流控制开始起到较显著的作用，整流侧和逆变侧分别调节使滞后触发角增大，抑制了线路两

4、端流向故障点的电流。HVDC线路短路故障过程•稳态阶段•最终，故障电流进入稳态，两侧故障电流提供的故障电流稳态值被控制到等于各定电流控制的整定值，两侧流入控制点的电流方向相反，故障点电流为两者之差，即为电流裕度。故障行波特点•输电线路为分布参数的线路，叠加在其上的故障附加分量Δu将以波的形式向线路两端传播——产生行波。•电压行波与电流行波的关系LuiZ0Δ=±ΔZ=CCC01•行波的传播速度v=LC00行波的折返射•行波来到不同波阻抗的结点时，必然发生能量的重新分配，即会在结点上发生行波的折射与反射。u+u=u2Z21f1b2f

5、u=u=au2f1f1fZ+Z12i+i=i1f1b2fZ−Z21u=u=βu1b1f1fi1f=u1f/Z1i2f=u2f/Z2i1b=−u1b/Z1Z1+Z2行波通过串联电感•直流线路上串联着平波电抗器，通过其的行波将发生幅值和波形的改变。•可求得折返射后的电压行波为2Z21/tTu=Z2−Z1u+2Z1ue−t/Tu2f=u1f(1−e)1b1f1fZ1+Z2Z1+Z2Z1+Z2均匀传输线的微分方程i(0,t)i(x,t)i(x+dx,t)i(l,t)++++u(0,t)u(x,t)u(x+dx,t)u(l,t)----0

6、xx+dxlKCL和KVL不能直接应用思路：取无限小的长度元dx研究∂u(x,t)—沿线电压增长率∂i(x,t)—沿线电流增长率∂x∂x∂u(x,t)∂i(x,t)u(x+dx,t)=u(x,t)+dxi(x+dx,t)=i(x,t)+dx∂x∂x∂u(x,t)∂i(x,t)u(x+dx,t)=u(x,t)+dxi(x+dx,t)=i(x,t)+dx∂x∂x长度元dx的集中参数电路模型Ai(x,t)R0dxL0dxA′i(x+dx,t)++G0dxu(x,t)C0dxG0dxu(x+dx,t)C0dx--BB′xxx+dx∂i(

7、x,t)u(x,t)–u(x+dx,t)=i(x,t)Rdx+Ldx00∂t∂u(x+dx,t)i(x,t)–i(x+dx,t)=u(x+dx,t)Gdx+Cdx00∂t均匀传输线的微分方程∂u(x,t)∂i(x,t)–=Ri(x,t)+L00∂x∂t∂i(x,t)∂u(x,t)–=Gu(x,t)+C00∂x∂t均匀传输线的正弦稳态γ=Z0Y0=α+jβ均匀传输线的传播系数2••U=A•••e–γx+Aeγx=U•+(x)+U•–(x)dU–212γU=0dx2••γ••I=–dU=(Ae–γx–Aeγx)ZdxZ1200Z0Z

8、0Z0Δγ=ZY=ZC均匀传输线的特性阻抗(波阻抗)00I•=1(A•e–γx–A•eγx)=I••+(x)–I–(x)Z12C直流线路保护区直流线路故障保护组直流系统保护组直流线路行波保护直流欠电压保护微分欠压保护功率反向保护直流线路纵差保护直流谐波保护再启动