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关键词： 杂散电流   直流偏磁   电流互感器   传变特性   继电保护   优化抑制  

摘要： 随着城市轨道交通规模与电力系统规模的不断扩大,两大系统之间的耦合越发紧密,导致轨道交通杂散电流对电力系统的入侵愈发严重。同时,网络化、高密度的轨道交通系统工况以及电力系统庞大的拓扑结构为杂散电流的分析、危险性评估及抑制带来了新的挑战。目前所面临的问题主要表现在下列三个方面:首先,杂散电流的时域、频域特征及其在系统内部的流向不明;其次,杂散电流对保护用设备及继电保护的影响机理不明;再次,上述情况不明导致杂散电流抑制措施因忽略了电力系统内部因素而可能出现相关参数设置不当等问题,反而影响电力系统的正常运行。针对上述情况,本文围绕轨道交通杂散电流在电力系统内的分布特性、杂散电流对保护用电流互感器的影响、电力系统继电保护的风险性评估以及抑制杂散电流影响的措施开展研究。论文的研究工作主要包括:(1)基于变压器中性点入侵杂散电流实测数据,通过对不同时域内的波形进行傅里叶分析及对比,获取杂散电流的波形特征规律;建立区域局部电网仿真模型研究杂散电流在所建立地区局部电网模型内的传播途径,以变压器中性点的地电位控制实现杂散电流的动态输入。(2)利用P级保护用电流互感器等效模型及其铁心磁滞回线模型建立杂散电流及剩磁影响下的稳态及暂态传变特性模型,为进一步开展继电保护的风险性分析提供模型基础。保护用电流互感器稳态运行时的磁滞回线与铁芯磁化曲线存在巨大差异,再加上杂散电流的数值较小且存在交变现象,电流互感器稳态传变特性在杂散电流影响下的变化是一个长期的过程。另外,在稳态传变特性模型的基础上以起始饱和时间衡量杂散电流及剩磁对电流互感器暂态传变特性的影响,并对暂态饱和后的波形特征予以分析。(3)评估了杂散电流影响下继电保护的风险性。在电网拓扑模型的基础上建立变压器差动保护、输电线路距离保护、纵联差动保护、零序过流保护模型,在电流互感器传变特性模型的基础上建立继电保护的判定模型,分析杂散电流对各种继电保护的影响机理,并通过仿真验证理论的正确性,为抑制杂散电流的影响提供依据。(4)优化了抑制杂散电流影响的措施。首先,提出措施以优化电流互感器在杂散电流影响下的饱和特性;其次,评估电容型隔直装置对电力系统的风险性;最后,考虑杂散电流影响下各继电保护风险性最高的工况,优化电容型隔直装置的投退策略。

关键词： 高阻接地故障   启动元件   过渡电阻   输电线路   小电流接地系统   小电阻接地系统  

摘要： 过渡电阻的存在会影响继电保护的动作性能,尤其是单相高阻接地故障。输配电网对树木、草地、山火等放电时,过渡电阻不仅呈现高阻,而且具有缓慢变化的特征,导致输配电线路保护及小电流接地系统选线装置启动元件无法启动,故障不能及时被切除或识别,影响供电可靠性,不利于系统的安全稳定运行,甚至可能造成人身伤亡。针对输配电网缓慢变化的高阻接地故障,本文开展了以下研究工作:(1)研究了输电线路保护(如:纵联差动保护、距离保护、零序电流保护)及启动元件(如:相电流差启动元件、零序电流启动元件)的耐过渡电阻能力,分析及仿真表明,输电线路保护存在保护判据能够反应的高阻接地故障,但启动元件无法启动的情况。分析讨论了过渡电阻对小电流接地系统选线及其启动元件的影响,也存在选线判据能够实现选线,但零序电压启动元件无法启动的问题。进一步讨论了过渡电阻对小电阻接地系统配电线路保护及启动元件的影响,同样存在保护判据能够达到动作值但启动元件无法及时启动的问题。(2)针对输电线路高阻接地故障时保护不能及时启动的问题,提出了一种基于过渡电阻识别的输电线路保护启动元件,主要包括过渡电阻启动元件和过渡电阻变化速率启动元件两部分。分析计算表明过渡电阻变化速率远大于相电流差突变量和零序电流变化速率。根据输电线路单相接地故障复合序网,利用线路两侧零序电流及本侧三相电压、电流计算过渡电阻值及其变化速率,当过渡电阻值低于整定值时发出告警信号,进一步若过渡电阻变化速率大于整定值时启动输电线路保护。(3)针对小电流接地系统高阻接地故障时选线装置不能及时启动的问题,提出一种利用过渡电阻值启动的选线启动判据;同样针对小电阻接地系统配电线路保护不能及时启动的问题,提出一种利用过渡电阻值启动的保护启动元件。根据单相接地故障的零序网络计算过渡电阻值,利用过渡电阻值低于整定值作为小电流接地系统的启动选线判据以及小电阻接地系统配电线路的保护启动判据。PSCAD/EMTDC仿真表明,所提出的方法能够提高输电线路保护启动元件、小电阻接地系统配电线路保护启动元件及小电流接地系统选线启动元件的灵敏性,缩短了启动时间,有利于供电可靠性和系统运行的安全稳定性。

关键词： 智能变电站   继电保护   检测方法   调试技术  

摘要： 随着社会经济的快速发展，社会进入信息化、智能化时代，采用智能变电站将提高电力系统的安全性和可靠性。作为一种综合各种先进技术的变电站，智能化变电站对电网的安全性要求也逐渐提高。为了更好地发挥继电保护的作用，需要对其进行测试，并对其检测和调试方法进行分析和改进，以期取得较好的效果。基于此，本文首先简要阐述智能变电站技术的概念及特点，接着分析智能变电站技术在继电保护中的作用，最后提出智能变电站继电保护的检测方法和调试技术。

关键词： 分布式电源   配电网   继电保护   层次化保护   故障信息自同步技术  

摘要： 分布式能源因具有能耗少、碳排放低、供电灵活等优点符合“双碳”目标要求而逐渐被重视,并在近几年得到迅速发展和应用。但大量的分布式电源接入配电网,导致配电网的故障特性更加多变,拓扑结构更加复杂,这些都使配电网原有的保护无法满足继电保护四性的条件。为解决多个分布式电源接入配电网导致原有的三段式电流保护无法正常配合的问题,同时提高配电网对新能源的接纳能力,需要制定一套完整的保护方案确保配电网保护在各种故障情况下的有效性。本文首先从分布式发电技术的应用现状这个方面对传统的分布式电源做了介绍,然后搭建了含分布式电源的配电网模型,并根据传统的三段式电流保护配置原则给各个支路配置相关的三段式电流保护,然后分析了不同数量的分布式电源在不同容量及不同故障类型下对三段式电流保护运行造成的影响,说明了传统的三段式电流保护已经无法适用于含分布式电源的配电网。为解决分布式电源接入配电网导致传统的保护装置出现拒动、误动及灵敏度降低的问题,本文提出了一种配电网层次化保护方案。该方案将整个配电网划分为线段层、区域层、馈线层三个层次,并为线段层配置基于正序分量阻抗的纵联保护(主保护),区域层配置基于矩阵的区域保护(近后备保护),馈线层配置基于基尔霍夫电流定律的馈线保护(远后备保护)通过三种不同层次的保护的协调配合,实现配电网故障时准确的定位、隔离。经过仿真验证了在含分布式电源的配电网出现故障时,该保护方案可以快速切除故障,防止故障范围扩大的效果。最后,考虑到配电网层次化保护适用于通信水平较高的配电网,因此,针对硬件及通信水平无法满足配电网层次化保护要求的配电网,本文提出了故障信息自同步技术,故障时刻相对被保护线路两侧是同时的,以故障时刻为时间参考点,测量线路两侧基波电流故障时刻前后两相邻相同变化趋势峰值点的时间间隔变化,进而计算得到电流相位变化方向判定值,有效克服配电网难以同步采样的困难。仿真验证了基于故障信息自同步技术的新型相差保护方案在降低对通信的要求的同时也具有良好的动作特性。

摘要： 本研究通过优化教学内容、案例分析和开发保护平台等方式对《电力系统继电保护》课程进行了改革，使之更贴近工程应用，增进了学生对理论的理解，训练了学生的实践能力，提高了学生的学习兴趣和主动性，使继电保护课程不再难学。

关键词： 柔性交流输电系统   记忆电压   模拟仿真   串联电容补偿   电压反向   电流反向   继电保护  

摘要： 固定串联补偿(FSC)和可控串联补偿(TCSC)作为柔性交流输电系统(FACTS)中串联电容补偿装置的代表设备,能提高电力系统稳定性和可靠性。但此类装置的使用有时会让电网拓扑结构发生改变,使依靠传统整定方法的继电保护设备发生非预期动作现象,导致电力系统稳定性下降。为了改善此类问题,进行研究,来提高继电保护的可靠性。主要内容包括以下几方面: (1)研究固定串联补偿装置(FSC)和可控串联补偿装置(TCSC)的结构与运行模式,分析串联电容补偿对输电线路的作用,分析串补电容的接入使线路发生的电压反向、电流反向、暂态电流分量现象的产生条件和影响因素,以及三者对传统继电保护动作稳定性的影响。 (2)结合输电线路继电保护相关动作整定规则,利用仿真软件搭建电力系统模型、FSC与TCSC模型、三段式电流保护模型、电流差动保护模型、三段式距离保护模型等仿真模型,在不同故障类型(单相短路、两相短路、两相短路接地、三相短路);不同补偿度(35%、50%、80%)以及不同故障位置等条件下进行仿真分析。得到了串联电容补偿在某些情况下对于电流保护和电流差动保护影响较弱,对于三段式距离保护影响较大,且随着补偿的提高,稳定性愈加下降的规律。 (3)提出在含串联电容补偿装置的输电线路继电保护择优的配置方案:在配置输电线路继电保护时,选择电流保护和电流差动保护作为主保护。提出了基于输电线路继电保护的新型整定方法:选取故障前的记忆电压作为极化电压来克服串联补偿电容对继电保护的影响。仿真结果表明:此方法对于改善含串补线路的距离保护拒动现象具有一定的效果。 以上研究取得了一些成果,在提高输电线路继电保护稳定性方面有一定的实践意义。

关键词： 分布式电源   继电保护   保护关联矩阵   故障矩阵   可靠性评估  

摘要： 继电保护作为电力系统的第一道防线,是保障电网稳定、设备安全的关键技术手段。近年来,随着新型电力系统概念的提出,分布式电源开始大量接入配电网。在高比例分布式电源接入的背景下,由于配电网结构和潮流的变化,传统的继电保护方案在实际应用过程中易出现保护误动和拒动情况。本文通过分析分布式电源对保护的影响,提出了适用有源配网的保护可靠性评估方案,以此帮助相关技术人员及时发现保护系统存在问题。主要研究工作如下: 第一,详细分析了分布式电源对配网保护的影响。首先简要介绍了逆变型分布式电源的数学等效模型,其次利用网络等值法从不同故障位置及分布式电源的不同接入位置两方面详细分析了分布式电源接入配网对传统阶段式电流保护及阶段式距离保护造成的影响,最后通过具体算例对理论分析进行了验证。 第二,提出了适用于有源配网的继电保护可靠性评估方案。首先,从保护原理的角度分别建立了阶段式电流保护及阶段式距离保护的动作概率及不动作概率计算模型。其次建立了反映保护相互关系的保护关联矩阵及反映故障相对位置的故障矩阵,并以此为基础提出了适用于有源配网的保护可靠性评估流程。最后,利用该流程对第二章部分算例进行了可靠性计算,从概率角度验证了第二章理论分析的正确性。 第三,针对现有的改进电流保护和距离保护方案,进行了相关的可靠性指标计算,并与传统保护方案的可靠性指标进行了对比分析。首先分别阐述了当下较为常见的自适应电流保护和自适应距离保护的整定过程。其次以第三章概率模型为基础建立了改进方案下保护的概率模型,并利用该模型对改进保护方案的可靠性指标进行了计算。最后,通过对比分析保护方案改进前后的可靠性指标变化情况,验证了改进方案的优越性,并对其存在的问题进行了简单分析。 最后,对本文工作进行了总结。

摘要： 2023年11月10日，全国首个继电保护设备远程不停电升级工作在深圳110千伏逸秀变电站试点成功，标志着南方电网公司二次运维模式优化工作取得重大技术突破。作为电网重要的安全防线，继电保护系统承担着电力安全稳定的首要责任。继电保护设备的程序漏洞对电网影响很大，可能影响系统稳定运行或导致设备停电。为此，南方电网公司每年都会发布反事故措施清单，明确要求通过程序升级修复继电保护设备漏洞。由于继电保护设备数量基数大且设备型号众多，每年都有大量须升级的继电保护设备。

关键词： 高压直流输电   变分模态分解   麻雀搜索算法   希尔伯特变换   单端量保护   故障测距  

摘要： 高压直流输电(High Voltage Direct Current,HVDC)技术具有输送容量大、输送距离远、线损低等诸多优势,该技术已成为解决大容量、远距离送电和电网互联的重要手段。直流线路作为电网互联的联络线,其运行的稳定性对整个电力系统的安全运行影响很大,由于直流输电线路较长,穿越的地理环境较为复杂,导致其故障率高。相关资料显示,直流系统中的故障有将近一半为直流线路故障,因此深入研究如何提高HVDC输电线路继电保护性能尤为重要。目前已投入运行的直流输电线路主保护方案普遍存在耐过渡电阻能力有限、线路末端有保护死区以及抗干扰能力弱等问题,当线路末端出现高阻接地时,保护易出现拒动,其可靠性有待提高。此外,传统直流输电线路测距方案存在故障行波初始波头到达时间难以精确标定、测距精度不高等问题。针对上述问题,本文围绕直流输电线路保护和故障测距新方法展开研究,主要研究内容如下:(1)讨论了高压直流输电系统的基本原理和运行方式,概述了行波理论、变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)、麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)以及希尔伯特变换(Hilbert)的相关理论,研究了HVDC系统输电线路的物理边界及线路的频率特性,进一步分析了区内外故障时的故障暂态特征,为后续基于VMD-SSAHilbert的高压直流输电线路保护方案的研究提供了理论支撑。(2)针对直流线路主保护耐过渡电阻能力有限、线路末端存在保护死区的问题,提出了一种基于VMD-SSA和多频段Hilbert能量的HVDC线路单端量保护方法。直流线路发生区内、外故障时,暂态电压信号中含有的高频分量和低频分量有着明显的差异。基于这一特征,利用不同故障区间暂态电压信号中200～1200Hz低频段和8～12k Hz高频段的Hilbert能量值差异来构造保护判据。仿真结果验证了所提保护方案的有效性。(3)针对现有的故障测距方案中行波初始波头难以识别的问题,提出了一种基于VMD-SSA-Hilbert的故障测距方法。利用VMD-SSA对故障暂态电压信号进行分解,选取中心频率为4～6k Hz的固有模态函数(Intrinsic Mode Functions,IMF),以提取暂态电压的突变信息,对选取到的IMF分量进行Hilbert变换来进一步识别故障行波初始波头到达监测点的时刻,最后结合行波双端测距原理实现直流线路的故障测距。仿真结果验证了所提测距方案的有效性,测距误差均在允许范围内,受过渡电阻影响小。