实用高压直流输电线路故障测距方法

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 l ine f ault r ecovery 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。
式 ( 7) 中 Z C 为波阻抗 , 式( 8) 中 U RF 为从 R 侧 折算出的 F 点的电压 , U IF 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 RF U IF ‖ < ( 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。 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
・பைடு நூலகம்72・
电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报 第 20 卷
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 ( t ravelling w ave fro nt prot ect ion in DC
第 20 卷 第 5 期 电力系统及其自动化学报 V ol. 20 N o . 5 2008 年 10 月 P ro ceeding s of the CSU EP SA Oct . 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)
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 : T M 8 文献标志码 : A 文 章编号 : 10038930( 2008) 050070-04
line, WFP DL ) 、 低电压保护 ( 27d u / dt ) 、 线路横差保 护 ( 87DCLT ) 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 Fig . 2 DC line protection conf iguration
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。 Mallat 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 all at 分解算法施行二进小波变换, 来捕捉行波波头。 通 过 EM T DC( elect ro mag net ic t ransient in DC sy st em) 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% 。
Abstract : T he accur acy of t rav elling wav e lo catio n m ethod on HV DC ( high v oltag e direct curr ent ) pow er tr ansmission line is high . Some line fault co uld not be lo cated at the sa me tim e because o f the lo ca tio n equipment fault or trav elling w av e location method blind ar ea. T he integ rat ive fault location plan w hich unit es the sing le ter minal, dual termina ls trav elling w av e location met hod and tr aditio nal fault location m ethod is put for w ard to fet ch up the deficiency of t he dual ter minals t rav elling wav e appr oa ch and rea lize the tr aditio nal fault lo catio n based o n the data of tr ansient fault r eco r der . T he case o f t rav elling w ave fault location defeat ed has been enumerat ed in the 500 kV G uiG uang HV DC pr oject, and the causat ion is ex plained. T he int egr ativ e fault locat ion plan is validated in the HV DC pr oject . T he str uctur e of the defect ing fault trav elling wav e head pa rts, t he curr ent transfor mer a nd the v oltag e tr ansfo rmer in HV DC pro ject is analyzed . Key words : HV DC po wer tr ansmission; t rav elling wav e fault lo cat ion; transient fault r eco rder ; w avelet
Practical Fault Location Method of HVDC Power Transmission Line
ZHAI Yong chang ( CSG EHV Po wer T ransm issio n Co mpany , GZ Bureau, Guangzho u 510405, China)
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. 1 双端量行波测距原理[ 1, 2] 设 v 为行波波速, 故障行波波头到达整流侧 R 点的时刻为 t R , 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 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 x = v ( t R - tI ) + l ( 3) 2 2 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 kHz 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 t R , 则故障距 离为 ( t R - t) v 2 1. 3 小波变换识别波头 [ 3, 4] x = ( 1) ( 2)
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 U F = U R - I Rx Z l U F = U I - I I ( l - x ) Zl 式中 Z l 为单位长度线路阻抗。 由式( 5) 可解得故障距离 U R - U I + I I Zl ( 6) ( I R + I I ) Zl 式 ( 6) 是 M 、 N 两 端电气量同步时 的计算公 x = 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。 2 . 2 基于分布参数常规测距[ 6] 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 ( 4) U x = UR ch x - ZC I R sh x U x = UI ch x ( l - x ) - Z C I I sh ( l - x ) ( 7) 对于 F 点有 U RF ( x ) = U I F ( x ) ( 8) ( 5)