基于故障暂态信息的高压输电线路相差高频保护的研究

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1、基于故障暂态信息的高压输电线路相差高频保护的研究摘要随着我国电网规模的扩大以及西电东送战略方案的提出与实施，电力系统对继电保护，特别是输电线路的继电保护提出了更高的要求，即要求其具有更高的动作可靠性以及更短的故障切除时间。当输电线路发生故障时，故障产生的暂态高频信息包含了大量的故障特征信息，利用这些信息量可以设计出新的线路保护方案。但是由于故障高频信息的范围很广泛，如何提取并利用其进行新原理的研究，以及解决其实用化的关键技术，目前仍处于探索阶段。本文基于故障暂态量信息，利用多种数学工具对故障暂态信号进行信号的特征提取及特征信息的融合，

2、从实用的角度出发，提出了一种新的线路继电保护方案，研制出样机并通过了动态模拟实验验证。主要完成的研究工作包括以下几个方面：l、对超高压输电线路故障时产生的暂态分量特性进行了分析。以超高压输电线路分布参数模型结构为基础，首先利用长线方程对其进行理论分析，并根据故障叠加原理分析计算线路故障暂态过渡过程中所出现的暂态分量，在此基础上，利用电磁暂态仿真程序对不同故障条件下线路出现的故障暂态分量进行了数值计算，对这些暂态分量的大小及故障后的持续时间进行研究，仿真计算结果表明故障产生的暂态分量的频谱范围是很广泛的，并且次高频部分的含量比较大，且持

3、续时间也相对较长，完全可以用来进行故障特征分析；2、提出了基于故障暂态高频电流信号的新型相差保护方案。选取故障时产生的高频电流信号作为保护判据的分析量，根据线路区内故障时线路两端暂态电流的方向相同，而区外故障时两端电流方向相反的特征进行线路故障单元保护，其中线路两端故障暂态电流的相位采用利用新～代信号处理工具——小波变换(复小波)进行计算。讨论了保护方案中所用到的相位差阈值及时间阂值的设定，并最终建立了明确的保护判据公式。该保护判据的性能具有动作迅速、耐受接地过渡电阻摘要能力强及不受系统运行条件变化的影响等优点；对新型保护判据动作判据

4、的可靠性进行了分析。详细分析了新型相差保护在各种情况下的动作可靠性，对单相故障切除后，系统处于两相运行方式下的保护特性进行了分析，讨论了线路空载合闸以及保护在线路单相重合闸时的动作可靠性，还分析了长距离输电电容电流对保护特性的影响，对保护在某些情况下的误动问题文章提出了相应的解决方法；提出了基于故障暂态高频电流信号的新型相差保护方案。以故障时产生的高频电流信号作为保护判据的分析量，利用新一代信号处理工具一一复小波变换作为分析工具，提取出线路两端的故障暂态电流信号的相位。研究表明，线路区内故障时两端高频电流的相位相同，而区外故障时两端相

5、位相反，这一明显特征为故障识别提供了可靠依据。论文对新保护方法中所用到的相位阈值及时间阈值设定进行了详细的分析，提出了新的保护判据。由于利用故障产生的暂态电量作为故障分析依据，因而保护判据的性能具有不受系统运行变化影响的特点。仿真试验表明此种保护方法在系统重负荷、系统非全相运行等条件下具有很好的保护特性，并具有很高的耐受过渡电阻的能力。此外，论文对新保护方案与传统保护方法进行了对比分析，讨论了新方案在各种非正常情况下的动作可靠性问题。提出了-leo基于故障暂态信息和自谐振神经网络结构(ARTNN)的快速故障选相方案。首先利用故障产生的

6、暂态高频电流分量，从能量的观点出发，利用模量变换和小波变换得到暂态电流高频模分量的小波能量函数值。理论分析和大量的仿真试验均表明，模量小波能量函数与故障类型之间具有明显的特征关系，在此基础上，论文提出了基于故障暂态分量能量的快速选相元件，能够在故障后4ms时间段内选出故障相。为提高选相元件的可靠性和自适应性，在分析研究各种神经网络结构特点的基础上，提出了基于自谐振神经网络结构和故障暂态分量的综合型选相元件。ATP仿真试验表明，新型选相元件具有选相准确、动作快速的优点，而且其选相性能不受系统运行方式变化的影响。为了实现论文提出的新型线路

7、相差保护及故障选相方案，设计了一种基于数字信号处理芯片的微机线路保护装置，并通过了动态模拟试验验证。该保护装置采用32位内核16位总线结构的DSP芯片TMS320F206作为主处理器，并且采用可编程逻辑：笛片CPLD进行逻辑控制，使得整个保护装置的电路结构设计简单可靠，同时采用外部高精度高速A／D转换器进行信号的采样，保证了信号的采样精度和速度。新型保护装置在上海交通大学动态模拟实验室进行了大量试验验证。实验结果表明：新型线路相差保护及故障选相方案能够提高故障_f-0断的可靠型、快速性和灵敏性，可以作为高压线路主保护方案的选择之一。7

8、、论文最后对整个研究工作和有待于解决的问题进行了总结。关键词：高压输电线路，纵联保护，故障选相，暂态高频分量，小波变换，神经网络，微机保护，数字信号处理器感谢下列基金的资助：国家自然科学基金(项目号：50577042)许