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HVDC换相失败对交流保护的影响及对策

费彬  
【摘要】:随着我国经济的蓬勃发展,电力作为先行行业,已进入快速发展时期。直流输电以其独有的经济技术优势,对我国电力工业的发展起着十分重要的作用,以华东电网、南方电网为典型的交直流互联电网也已逐步成型。换相失败是直流输电系统最为常见的故障之一,由于交直流系统之间存在紧密的电磁耦合关系以及直流系统自身特殊的运行和控制方式,使得交直流互联电网故障动态行为与纯交流不同,因此研究交直流互联环境下继电保护的动作性能具有重要意义。换相失败的快速准确检测对交直流互联系统的安全稳定运行至关重要。本文详细分析了换相失败期间直流电流的局部变化规律及原因。然后通过定义的数学形态学梯度检测直流电流,当检测到的形态梯度大于某一门槛值同时逆变侧直流电流变化率呈上升趋势时即认为发生了换相失败,该方法不仅能够检测换相失败,对故障特征与换相失败类似的逆变器自身故障同样适用。另外对由交流侧严重故障引发的换相失败而言,该方法同时兼具预测功能。交直流互联电网中直流系统等值工频变化量电流的暂态特性是分析直流馈入对交流继电保护影响的关键。本文通过详细的理论分析获得了不同程度交流故障情况下直流系统等值工频变化量电流的暂态特性。通过引入坐标平面描述等值工频变化量电流的相位变化情况,同时在坐标平面上可以确定其最大的变化范围,为进一步分析换相失败对交流继电保护的影响打下了坚实的基础。由于交直流互联系统换相失败时引起的电磁暂态过程与纯交流环境下不同,将会对电流差动保护带来一定影响。本文在获取直流系统换相失败时的等值工频电流与换流母线电压之间的关系曲线的基础上,理论推导了交直流互联系统中电流差动保护的表达式,并对与直流系统直接相连的输电线路的差动保护进行了详细的分析。分析结果表明,交直流互联运行环境下发生区内故障有可能引发差动保护的拒动,并进一步提出仅基于幅值来识别内部故障的应对策略。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了上述分析的正确性。距离保护是高压输电线路的典型配置之一。交直流互联系统运行带来的故障暂态过程变异,同样会对距离保护的动作特性产生影响。分析表明直流馈入对距离保护的影响主要在于直流电流作用于过渡电阻而引起的附加测量阻抗变化,同时指出在金属性故障条件下,相较于傅氏算法,R-L算法在阻抗测量上更为快速和稳定,能够很好地适应交直流互联系统。对传统交直流互联系统模型进行了分析,同时基于零序电流的分布情况对模型进行了改进。然后基于叠加原理,结合接地阻抗继电器的接线方式,详细分析了直流馈入作用于过渡电阻时对距离保护的影响,并提出了增加零序方向元件辅助判别的解决措施。最后,基于PSCAD/EMTDC的仿真验证了模型的有效性和理论分析的正确性。


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