平行多回线路故障仿真及故障性质判定方法研究

1、平行多回线路故障仿真及故障性质判定方法研究 天津大学硕士学位论文平行多回线路故障仿真及故障性质判定方法的研究姓名:陈莉申请学位级别:硕士专业:电力系统及其自动化指导教师:李永丽200906011摘要同塔多回输电线路作为一种占用输电走廊窄、输送容量大的输电技术在我国超高压电网中得到了越来越多的应用。同塔多回输电线路的自动重合闸大多沿用单回线的常规重合闸方式,因此不可避免的会出现重合于永久性故障相的情况。对同塔多回输电线而言,当重合于不同回线永久性跨线故障时,可能导致重合的不同回线全部跳闸,重合闸闭锁,这将对系统运行的稳定性造成极大的危害。针对常规自动重合闸的上述缺陷,国内学着提出单回线自适应自动重合闸的概念,即在重合前对跳开相故障性质预先判断,瞬时性故障时允许重合闸,永久性故障时则闭锁重合闸,从而避免了重合于永久性故障给系统带来的不利影响。如果能在同塔多回输电线路自动重合闸之前准确判定故障性质,将对提高系统供电可靠性和运行的安全稳定行方面做出巨大的贡献。同塔多回输电线路除本回线间的耦合作用外,还存在不同回线间的耦合作用。本文通过对同塔四回线杆塔结构和线路架设方案的了解,研究了其线路参数的

2、特征,并提出了同塔四回输电线路通用解耦方法,具有明确的物理意义,为同塔四回线故障分析及新继电保护原理的研究奠定了理论基础。编程计算及软件仿真也验证了该方法的正确性,同塔多回输电线路结构复杂,故障种类繁多,故障相电压变化复杂。本文给出了同塔四回输电线路电容耦合电压和电磁耦合电压的计算方法,并通过仿真验证了其正确性;对各种瞬时性及永久性故障相电压进行分析,得出其故障相电压变化特点,为四回线故障性质判定做了前期准备。同塔四回输电线路发生故障后,只跳开故障相,自动重合闸之前需判定故障性质。本文在充分研究同塔四回线故障相电压的基础上,利用四回线解耦算法及均匀传输线方程计算线路故障点处的电压,由于故障点电压对故障性质反映最明确,且受线路运行状态的影响最小,可以用来判别故障性质。理论分析和仿真验证均表明此方法具有较高的可靠性。针对不换位同塔四回线路,对故障点电压判定方法进行了深入研究,并根据实际线路对判据做出简化及修正,使其可以快速准确的判定不换位四回线故障性质。自适应重合闸关键词:同塔多回线同塔四回线故障性质判定方法均匀传输线解耦算法2?. ? , ,?, . ,“ 一. ,. . . , ? .

3、 , . , .丌., . ., ,?.,.3 . . .;:.;4独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得苤盗盘鲎或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学?作:琵、翻黼期:矽年石月;日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解墨洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权苤鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明学位论文作者签名:翩虢赫角,莉签字日期:矽年乡月岁日签字日期:妒耳乡月弓目/5第一章绪论第一章绪论.引言由于电力需要的不断增长和线路走廊限制,同塔多回输电技术在国内外已得到广泛应用。国内外同塔多回输电技术的研究和运行实践表明,采用同塔多回输电是电网建设中解决输电走廊紧张、节省土地资源、降低电力建

4、设投资和提高输送容量的有效手段,具有明显的经济效益和社会效益。电力系统运行经验表明,架空线路故障大都是瞬时性故障,例如,由雷电引起的绝缘子闪络,大风引起的碰线,通过鸟类以及树枝等物掉落在导线上引起的短路等,当继电保护迅速动作断开故障线路继电器后,电弧即行熄灭,故障点的绝缘强度重新恢复。此时,如果将断开的线路继电器再合上,就能恢复正常供电。与此相对应的另一类故障是永久性故障,例如,由于线路倒杆、断线、绝缘子击穿或损坏等引起的故障,在线路被断开后,它们是仍然存在的。这时,即使再合上电源,由于故障依然存在,线路还要被继电保护再次断开,因而不能恢复正常供电。在故障线路断开后,电力系统采用自动重合闸装置将断路器重新合闸,使系统在最短的时间内恢复正常运行状态,保证系统的安全供电。根据运行资料的。统计,自动重合闸的成功率一般在%之间采用自动重合闸技术极大地提高了系统安全供电和稳定运行的可靠程度,有显著的经济效益。但重合于永久故障对系统稳定和电器设备造成的危害是巨大的:系统在较短的时间内连续两次受到短路冲击,可能会因此而失去稳定:断路器由于要连续两次切断短路电流,工作条件可能会因此而恶化。为解决以上问

5、题,我国学者提出自适应重合闸的概念【】,即线路发生故障跳闸后,先判断故障为瞬时性故障还是永久性故障。若为瞬时性故障,则对断路器进行重合;若为永久性故障,则退出自动重合闸程序,不对断路器进行重合。自适应重合闸能在线识别出故障是瞬时性的还是永久性的,从而克服了传统重合闸可能盲目重合于永久故障的缺点,防止给系统造成不必要的冲击,进一步提高了系统的安全稳定运行。同塔多回输电线路顾名思议是指在一个杆塔上架设两回或多回线路,同塔多回线路可以是同一电压等级【】,也可以是不同电压等级【】。同塔多回输电线路一般作为发电厂向系统送电的主要通道,或者是向大城市符合中心送电的重要联络线,负担着传输大容量功率的任务。与单回输电线相比较,同塔多回输电线不同回线间距离较近,除发生单回线故障外,还可能发生不同回线间的跨线故障;同6第一章绪论时,同塔多回输电线路不仅存在单回线内的相间耦合作用,还存在不同回线间的线问耦合作用,使得其故障后电气特征更复杂。因此,对同塔多回输电线故障仿真的研究是了解同塔多回线故障特点的重要手段之一。由于同塔多回输电线在电力系统中的重要性,当其发生故障后,重合闸重合于永久故障对系统稳定性的危害

6、将比单回线更为严重,如果能够对瞬时故障相进行成功地识别并重合,那么对于保留系统的传输能力,提高系统的稳定性和供电可靠性都是十分有利的。因此需要对同塔多回输电线故障性质进行判定,准确区分瞬时性故障和永久性故障。.同塔多回输电线路及其故障性质判断方法的研究现状同塔多回输电线路是电网建设中解决输电走廊紧张、节省土地资源、降低电力建设投资和提高输送容量的有效手段,具有明显的经济效益和社会效益,在国内外己得到广泛应用。下面对国内外同塔多回线路应用情况做简单介绍:德国应用情况【:考虑到土地狭小,为有效利用线路走廊,德国政府规定凡新建线路必须同塔架设两回以上。在现场应用中,同塔四回输电线路为常规线路,最多可达到同塔六回线路。不同电压等级的输电线可架设在同一杆塔上,例如,由两回、一回和一回线路组成的同塔四回输电线路。导线一般采用三角排列和水平排列。为满足系统容量不断扩大的发展要求,导线截面积一般选的较大。和线路一般采用双分裂,最大导线截面为。日本应用情况:日本是一个入口众多,土地资源稀缺的国家,其输电线路多采用同塔多回线路。日本同塔多回输电线路最多为八回,以上多数为四回,以上多数为双回输电。日本同塔多

7、回输电线具有线路短、输送容量大的特点。因此,其导线截面大,分裂根数多。目前,最大导线截面为 ,其次为。导线截面为 ,其次为我国应用情况【:随着我国经济的不断发展,电力需求越来越大,同塔多回输电线路在我国已得到广泛的应用。现已建成多条同塔双回线路,例如,自贡洪沟一成都龙王的同塔双回输电线路,兰州东一平?一乾县的同塔输电线路,淮南一上海的特高压同塔双回输电线路等。不同电压等级的同塔四回输电线路包括辽宁省的双回南雁线和双回水云线组成的同塔四回输电线路,无锡市已建成的/各两回的同塔四回输电线路梁锡线等,同电7第一章绪论压等级的同塔四回输电线路有深圳的同塔四回输电线路妈西线,华东电网的利港一梅里同塔四回输电线路。目前,国内对同塔双回线故障性质的判断方法已有一定的研究【,但对于同塔四回输电线故障性质的研究还处于空白。同塔多回输电线路多采用单回线故障性质判定的方法来区分瞬时性故障和永久性故障,根据所采用的故障特征可以分为下几类:基于工频耦合电压的判断方法由于线路的健全相和跳开相之间存在电容耦合作用和电磁耦合作用,在瞬时性故障时,跳开相上的电压为电容耦合电压和电磁耦合电压的叠加;而永久性故障时,跳开相

8、上的接地过渡电阻远小于线路的容抗,电容耦合电压为零,跳开相上只存在电磁耦合电压,且端电压与故障点的位置有关。根据这一特征,文献提出了电压幅值判据和补偿电压幅值判据,它们是建立在测定单相自动重合闸过程中断开相两端电压的大小来区分瞬时性故障和永久性故障的。电压幅值判据以最大负载条件下两相运行时的线路全长的电磁耦合电压作为判据整定值,其适用长度较小:补偿电压判据对电压幅值判据在长线重载情况下可能导致误判的情况进行修订,适用长度为电压幅值判据的两倍。文献提出了电压相位判据,利用电容耦合电压与电磁耦合电压的相角差来判定故障性质。文献提出了适用于同杆并架双回线的电压幅值判据,此判据结合了故障测距,但仍然受线路长度的限制。文献】和文献对同塔双回线自适应重合闸判据做了进一步研究。这几种方法原理简单明了,能够可靠的区分永久性故障和瞬时性故障,适用于不带并联电抗器的线路。对于带有并联电抗器的输电线路,故障消失后跳开相上会出现衰减的周期分量,该分量与工频耦合电压叠加,使得跳开相电压呈现“拍”的特性,因此,上述工频量的判据存在将瞬时性故障误判为永久性故障的可能性。基于衰减周期分量的判断方法超高压输电线路送电距

9、离长,分布电容大,为了抑制线路上的过电压,需要加装并联电抗器,同时为了降低单相故障时的故障恢复电压,使故障点尽快熄弧,通常在并联电抗器中心点接入中性点小电抗。当线路发生瞬时性故障时,故障点消失以后,由于储能元件的作用,跳开相上会产生衰减的周期分量,与工频量叠加呈现“拍”的现象。根据这一特征,文献提出了检测拍频的方法,文献】提出了提取衰减周期分量对故障性质进行判断的方法,这两种方法都将出现衰减周期分量作为瞬时性故障消失的依据。与工频量方法相比,该方法灵敏度高,不会将瞬时性故障误判为永久性故障。缺点是当补偿度较高时,衰减周期分量的频率接近于工频,拍频周期较长,对衰减周期分量的提取较困难;衰减周期分量完8第一章绪论全衰减后,判据失效。基于二次电弧的判断方法对于永久性故障,由于故障点可靠接地,两侧断路器跳开后故障点处的电弧很快熄灭;对于瞬时性故障,保护将故障相跳开后,故障点处的电弧要经过一端熄灭?重燃?熄灭多次反复的过程。在这一过程中,由于电弧的非线性特征将使弧道上的电压含有高频分量.根据这一特征,文献提出了基于电压谐波信号的自适应判据,当跳开相电压的谐波含量超过一定比例时,就认为发生了瞬时性故障,谐波含量突然降低,端电压突然升高的时刻则对应故障点熄弧的时刻。该判据不受系统运行状态,线路是否带有并联电抗器

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