实用高压直流输电线路故障测距方法

( 7)
对于 F 点有 ( 8) U R F (x ) = U I F (x ) 式 ( 7) 中 Z C 为波阻抗, 式 ( 8) 中 U R F 为从 R 侧 折算出的 F 点的电压, U I F 为从 I 侧折算出的 F 点 的电压。 实际计算中对 ( 8) 式将以某一初值和步长 进 行迭代求解, 直到 ‖U R F - U I F ‖ < Ε( Ε为任 意小数) , 此时 x 即为故障距离。 常规量测距根据由直流线路保护启动的故障 录波中数据进行计算, 在金属回线和大地回线的运 行方式下, 直流线路保护的启动方式不同, 正常情 况下常规量测距还可以作为行波测距的后备, 验证 测距结果并防止行波测距装置误启动。 这种方法不 受故障类型、 过渡电阻等影响, 具有较好实用性。
x = v
式中 Z l 为单位长度线路阻抗。 由式 ( 5) 可解得故障距离
x = U R - U I + I IZ l
( IR + I I ) Z l
( 6)
( 2)
式 ( 6) 是 M 、 N 两端电气量同步时的计算公 式。 实际线路两端的保护装置或录波器采样数据往 往不同步。 为消去不同步采样的影响, 引入不同步 角, 同时考虑到电压和电流互感器的误差, 事先通 过计算确定两端不同步的时间差, 在计算中以其中 一侧 ( 如整流侧) 为基准将另一侧的测量值进行修 正后再代入式 ( 6) 计算。
第 20 卷 第 5 期 电力系统及其自动化学报 Vol . 20 N o. 5 2008 年 10 月 P roceedings of the CSU 2EPSA O ct. 2008
实用高压直流输电线路故障测距方法
翟永昌
( 中国南方电网超高压输电公司广州局, 广州 510405)
际中可以用集中参数表示。 在图 1 的高压直流输电 系统中对于故障点 F 有
UF = UR IR x Z l I I (l x)Zl UF = UI -
1. 1 双端量行波测距原理
[ 1, 2 ]
( 5)
设 v 为行波波速, 故障行波波头到达整流侧 R 点的时刻为 tR , 到达逆变侧 I 点的时刻为 tI , 故障时 刻为 t, 在 R 点对于故障行波有 ( 1) x = v ( tR - t) 在 I 点对于故障行波有 l - x = v ( t I - t) 由式 ( 1) 、 式 ( 2) 可推得
Practica l Fault L oca tion M ethod of HVDC Power Tran sm iss ion L ine
ZHA I Yong 2chang (CSG EHV Pow er T ran sm ission Com p any, GZ B u reau, Guangzhou 510405, Ch ina )
行波保护原理: 计算电压的变化率和电压变 化的幅值、 电流变化的幅值, 如果超过了整定值, 线 路跳闸信号就会在换流站的极控中启动直流线路 故障恢复顺序 (DC line fau lt recovery sequence ) , 并启动故障录波, 换流站移相来给换流阀去游离, 并在去游离后重启系统。 低电压保护、 直流线路差 动保护是行波保护的后备保护。 行波保护在两站失 去通讯的情况下仍能正常工作, 这有利于克服行波 测距过于依赖通讯系统的不足。 低电压保护是通过 一个低电压定值和直流线路电压的变化率来对线 路故障进行检测, 在两站失去通讯时仍能正常工 作。 纵差保护是通过比较来自整流站和逆变站的直 流电流来检测线路故障, 由于所需的电流通过两站 之间远程控制线路传输, 故失去通讯时该保护被闭 锁。 横差保护是通过比较一个站内两极的直流线路 电流来识别故障, 属于后备保护, 只适用于单极金 属回线方式。 常规量故障测距是利用故障后直流线 路保护启动录波开始至直流电压电流为零这一段 时间的录波数据进行计算, 同时又要躲过故障暂态 行波的影响。
line,W FPDL ) 、 低电压保护 ( 27d u d t) 、 线路横差保 ( ) ( 护 87DCL T 和线路纵差保护 87DCLL ) , 每套直
流线路保护配置见图 2 所示。
图 2 直流线路保护配置 F ig. 2 DC l in e protection conf igura tion
2. 3 直流线路保护启动故障录波
对直流线路故障的检测, 一般以电流的暂态分
・72・
电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报 第 20 卷
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量或电压的变化量来识别。 贵广直流工程所设计使 用的直流线路保护采取 “三取二” 原则, 每套配置: 行波保护 ( travelling w ave fron t p ro tect ion in DC
2. 2 基于分布参数常规测距[ 6 ]
2
( tR -
tI ) +
l
2
( 3)
要准确地测距关键在于准确捕捉行波波头。 传 统的电流互感器有很好的高频响应特性, 它能传输 高达 100 kH z 以上的高频信号, 能满足暂态行波测 距的要求. 所以一般目前大多利用电流行波。 1. 2 单端量行波测距原理[ 1, 2 ] 设 v 为行波波速, 故障时刻为 t, R 侧的行波波 头经故障点反射后到达 R 侧的时刻为 tR , 则故障距 离为 ( tR - t) v ( 4) x = 2 1. 3 小波变换识别波头[ 3, 4 ] 小波变换具有多分辨率分析的特点, 在时频两 域都具有表征信号局部特征的能力。 采用多分辨分 析的信号分解算法, 可将信号在时间和频率不同的 尺度上进行分解, 观察信号在各个尺度上的表现, 提取所需的特征。 M a lla t 分解算法就是用低通滤波 器和高通滤波器对信号进行滤波, 从而将信号分解 成了不同频率通道成分, 实现数字信号滤波。 电流行波信号是一种具有突变性质的非平稳 变化的信号, 突变点标志着行波到达检测点。 捕捉 行波波头实际上就是检测其突变点, 小波变换是一 个非常有效的工具。 对高压直流输电的电流行波可 采用三次 B 样条函数作为小波函数, 通过 M a lla t 分解算法施行二进小波变换, 来捕捉行波波头。 通 过 EM TDC ( elect ro m agnet ic t ran sien t in DC system ) 仿真, 并用上述小波变换方法可知行波测 距相对误差小于 0. 05% 。
第 5 期 翟永昌: 实用高压直流输电线路故障测距方法
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2 基于直流线路故障录波的常规量测距
方法
2. 1 基于集中参数常规测距[ 5 ]
在高压架空输电线较短时, 输电线路在工程实
图 1 高压直流输电系统 F ig. 1 HVDC power tran sm ission system
① 收稿日期: 2008208205; 修回日期: 2008209206
线路两端精确的对时, 受通讯干扰较大, 线路首末 端还会出现死区。 为此提出了行波测距和常规测距 相结合的高压直流输电线路综合测距方法。
1 基于行波理论的故障测距
现在的高压直流输电系统都装有基于行波理 论的双端量测距的线路测距装置, 线路两端需要有 良好的数据交换通道和时间同步设备如全球定位 系统 ( g loba l po sition system , GPS ) 。 图 1 为高压直 流输电系统图, 线路两端的故障测距装置分别装设 在整流站和逆变站中, 图 1 中省略了换流站内的平 波电抗器。
高压直流输电线路大都距离长, 经过地区地 形复杂, 气候多变, 以南方电网西电东送高压直流 输电通道为例, 输电线路经过了很多森林、 山地和 河流, 其长度都在 850 km 以上, 这种情况下进行快 速准确的测距, 有利于迅速找出故障点, 可以节省 大量的人力物力, 尽快排除故障恢复供电, 保证南 方电网交直流并联运行系统的安全稳定。 目前的测距方法从原理上分为阻抗法、 故障分 析法、 行波法等, 常用的比较精确的高压输电线路 故障测距方法, 根据数据来源的不同分为行波测 距、 常规量测距等。 常规测距受运行方式、 线路参数 的精确度等影响较大, 行波测距精度高, 但依赖于
①
摘要: 高压直流输电线路行波测距一般精度较高, 但由于行波测距装置本身和行波测距的死区等原因, 使得 有些高压直流输电线路故障无法得到定位, 针对现有高压直流输电线路行波测距的不足提出了单端、 双端行 波测距和常规量测距相结合的综合测距方法, 依据现有的故障录波数据实现常规量测距。 以500 kV 贵广直流 工程为例, 说明了行波测距失败的实际情况, 并分析了其中的原因, 验证了综合测距方案的有效性, 并分析了 故障行波波头检测部分、 高压直流分压器和高压直流分流器的组成原理。 关键词: 高压直流输电; 行波测距; 故障录波; 小波 中图分类号: TM 8 文献标志码: A 文章编号: 100328930 ( 2008) 0520070204
在高压架空输电线较长时, 要取得精确的测距 结果, 输电线要以分布参数表示, 考虑分布电容的 影响。 由长线传输方程知, 对于图 1 线路上任一点 的电压方程为
U x = U R ch Χ x U x = U I ch Χ x (l Z C I R sh Χ x x) Z C I I sh Χ( l x)
Abstract: T he accu racy of travelling w ave loca tion m ethod on HVDC ( h igh vo ltage direct cu rren t ) pow er tran sm ission line is h igh. Som e line fau lt cou ld no t be loca ted a t the sam e ti m e becau se of the loca tion equ ipm en t fau lt o r travelling w ave loca tion m ethod b lind a rea. T he in tegra tive fau lt loca tion p lan w h ich un ites the single term ina l, dua l term ina ls travelling w ave loca tion m ethod and traditiona l fau lt loca tion m ethod is p u t fo rw a rd to fetch up the deficiency of the dua l term ina ls travelling w ave app roach and rea lize the traditiona l fau lt loca tion ba sed on the da ta of tran sien t fau lt reco rder. T he ca se of travelling w ave fau lt loca tion defea ted ha s been enum era ted in the 500 kV Gu i2Guang HVDC p ro ject, and the cau sa tion is exp la ined. T he in tegra tive fau lt loca tion p lan is va lida ted in the HVDC p ro ject. T he structu re of the defecting fau lt travelling w ave head p a rts, the cu rren t tran sfo rm er and the vo ltage tran sfo rm er in HVDC p ro ject is ana lyzed. Key words: HVDC pow er tran sm ission; travelling w ave fau lt loca tion; tran sien t fau lt reco rder; w avelet