高壓輸電線路繼電保護(hù)新進(jìn)展

1、高壓輸電線路繼電保護(hù)新進(jìn)展高壓輸電線路繼電保護(hù)新進(jìn)展 1、繼電保護(hù)的定義及分類、繼電保護(hù)的定義及分類 繼電保護(hù)的定義繼電保護(hù)的定義 繼電保護(hù)裝置是能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣 元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng) 作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動(dòng) 裝置。 1、繼電保護(hù)的定義及分類、繼電保護(hù)的定義及分類 繼電保護(hù)的基本任務(wù)繼電保護(hù)的基本任務(wù) 自動(dòng)、迅速、有選擇性地將故障元件從電 力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到 損壞，保證其他無故障部分迅速恢復(fù)正常 運(yùn)行； 反應(yīng)電力設(shè)備的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù) 運(yùn)行維護(hù)條件，而動(dòng)作于發(fā)出信號或跳閘。 1、繼電保護(hù)的定義及分類、繼電保護(hù)的定義及分類 繼電保護(hù)的分類繼電

2、保護(hù)的分類 基于工頻量的保護(hù) 行波、暫態(tài)量保護(hù) 基于參數(shù)識別的保護(hù) 單端量（距離、電流） 雙端量（縱聯(lián)差動(dòng)、縱聯(lián)方向） 利用單端電氣量 利用雙端電氣量 利用單端電氣量 利用雙端電氣量 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理單端量單端量 距離保護(hù)距離保護(hù) 利用短路時(shí)電壓、電流同時(shí)變化的特征， 測量電壓與電流的比值，反應(yīng)故障點(diǎn)到保 護(hù)安裝處的距離而工作的保護(hù)。 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理單端量單端量 阻抗繼電器的動(dòng)作特性阻抗繼電器的動(dòng)作特性 | )( 2 1 | | )( 2 1 | 21 21 setset setsetm ZZ ZZZ 90arg90 2 1 setm mset ZZ ZZ

3、 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理單端量單端量 阻抗繼電器的動(dòng)作特性阻抗繼電器的動(dòng)作特性 41 32 ctan tan ctan tan msetmm msetmm RXXR XRRX 0 00 mm m m XX X X 0 00 mm m m RR R R 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理雙端量雙端量 縱聯(lián)方向保護(hù)縱聯(lián)方向保護(hù) 兩側(cè)保護(hù)裝置將本側(cè)的功率方向、測量阻 抗是否在規(guī)定的方向、區(qū)段內(nèi)的判別結(jié)果 傳送到對側(cè)，每側(cè)保護(hù)裝置根據(jù)兩側(cè)的判 別結(jié)果，區(qū)分是區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障。 保護(hù)通道中傳送的是邏輯信號，信息量少。 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理雙端量雙端量 方向元件的基本原理方向

4、元件的基本原理 區(qū)外故障時(shí)，兩側(cè)方向元件方向相反 區(qū)內(nèi)故障時(shí)，兩側(cè)方向元件方向相同 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理雙端量雙端量 工頻故障分量方向元件工頻故障分量方向元件 90arg90 IZ U r 90arg270 IZ U r 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理雙端量雙端量 縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù) 利用通道將本側(cè)電流的波形或者代表電流 相位的信號傳送到對側(cè)，每側(cè)保護(hù)根據(jù)對 兩側(cè)電流的幅值和相位比較的結(jié)果區(qū)分是 區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障。 信息傳輸量大，要求兩側(cè)同步采樣。 0| NM II 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理雙端量雙端量 縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù) 0| CN

5、CMNM IIII 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理雙端量雙端量 電容電流補(bǔ)償（半補(bǔ)償）電容電流補(bǔ)償（半補(bǔ)償） 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理 工頻量保護(hù)面臨的問題工頻量保護(hù)面臨的問題 1. 單端量故障測距問題； 2. 串補(bǔ)電容輸電線路距離保護(hù)問題； 3. 長距離輸電線路光纖電流差動(dòng)保護(hù)電容 電流補(bǔ)償問題； 4. 距離保護(hù)暫態(tài)超越問題； 5. PT回路故障引起保護(hù)誤動(dòng)問題； 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理 串補(bǔ)對距離保護(hù)的影響串補(bǔ)對距離保護(hù)的影響 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理 現(xiàn)有的串補(bǔ)線路距離保護(hù)方案現(xiàn)有的串補(bǔ)線路距離保護(hù)方案 距離一段：考慮線路感抗和補(bǔ)償電容容抗 的綜合阻抗

6、，以避免距離一段的超越動(dòng)作， 其定值為：ZZ1= k1(ZL-|ZC|) 距離二段：為了確保可以保護(hù)線路全長距 離二段不考慮補(bǔ)償電容的影響，仍然按線 路全阻抗進(jìn)行整定，其定值：ZZ2= k2ZL 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理 現(xiàn)有距離保護(hù)應(yīng)用于串補(bǔ)線路存在的問題現(xiàn)有距離保護(hù)應(yīng)用于串補(bǔ)線路存在的問題 （1）串補(bǔ)電容被高壓保護(hù)（MOV）短接 后，其保護(hù)范圍將很大程度地縮短，保護(hù) 靈敏度嚴(yán)重下降。 （2）補(bǔ)償電容的前后可能存在保護(hù)死區(qū)， 補(bǔ)償容量較大的時(shí)候尤其突出。 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理 （3）由于串補(bǔ)電容存在，阻抗不連續(xù)， 距離段的整定非常困難，無法和下一級 進(jìn)行配合。 目前國

7、內(nèi)運(yùn)行的帶串補(bǔ)電容的高壓線路光纖 電流差動(dòng)保護(hù)中，后備距離、段基本處 于退出狀態(tài)，僅留下距離段保護(hù)作為后備 保護(hù)。 現(xiàn)有距離保護(hù)應(yīng)用于串補(bǔ)線路存在的問題現(xiàn)有距離保護(hù)應(yīng)用于串補(bǔ)線路存在的問題 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理 串補(bǔ)電容對距離保護(hù)的影響串補(bǔ)電容對距離保護(hù)的影響 距離保護(hù)應(yīng)用于串補(bǔ)輸電線路遇到的 問題，就本質(zhì)而言是工頻量保護(hù)只能 列寫含兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)的輸電線路方程， 僅能求解參數(shù)R和L，而無法考慮串補(bǔ) 電容器參數(shù)。 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理 工頻量計(jì)算誤差對保護(hù)的影響工頻量計(jì)算誤差對保護(hù)的影響 對于高壓輸電線路，由于故障信號中 同時(shí)存在非周期分量和諧波（包括分 數(shù)次諧波和低

8、頻分量），因此在故障 初期，故障信號的工頻成份難以準(zhǔn)確 獲取。 為了保證保護(hù)的動(dòng)作速度，只能犧牲 保護(hù)的靈敏性。 1000kV輸電線路末端ABC故障時(shí)A相電壓頻譜分析 5次諧波分量為基波的次諧波分量為基波的1.2倍、接近倍、接近6次的分?jǐn)?shù)次諧波分量占基波的次的分?jǐn)?shù)次諧波分量占基波的1/2 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理 工頻量計(jì)算誤差對保護(hù)的影響工頻量計(jì)算誤差對保護(hù)的影響 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理 工頻量計(jì)算誤差對保護(hù)的影響工頻量計(jì)算誤差對保護(hù)的影響 750kV帶串補(bǔ)輸電線路末端BC故障時(shí)B相電壓頻譜分析 00.020.040.060.080.10.12 -1 0 1 x 10

9、6 時(shí)間/s U/V B相電壓 02004006008001000 0 0.5 1 故障后0-20ms頻譜 頻率/Hz 歸一化幅值 02004006008001000 0 0.5 1 故障后30-50ms頻譜 頻率/Hz 歸一化幅值 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理 工頻量計(jì)算誤差對保護(hù)的影響工頻量計(jì)算誤差對保護(hù)的影響 750kV帶串補(bǔ)輸電線路250km故障時(shí)距離保護(hù)20ms窗的測距結(jié)果 距離保護(hù)的反時(shí)限特性 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理 工頻量計(jì)算誤差對保護(hù)的影響工頻量計(jì)算誤差對保護(hù)的影響 差動(dòng)保護(hù)的反時(shí)限特性 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理 工頻量計(jì)算誤差對保護(hù)的影響工頻量計(jì)算

10、誤差對保護(hù)的影響 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理 工頻量保護(hù)面臨的問題工頻量保護(hù)面臨的問題 工頻量保護(hù)面臨的問題主要由以下兩個(gè)方 面的因素造成： 1. 超高壓、特高壓輸電線路的故障暫態(tài)時(shí) 間長，現(xiàn)有的快速濾波算法（短窗付氏 算法、小矢量算法）受非周期分量以及 低頻分量的影響大，難以準(zhǔn)確計(jì)算工頻 電氣量。 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理 工頻量保護(hù)面臨的問題工頻量保護(hù)面臨的問題 2. 利用工頻電氣量信息，只能列寫含兩個(gè) 獨(dú)立參數(shù)的輸電線路方程（R-L模型）， 無法考慮串補(bǔ)電容、分布電容、過渡電 阻等參數(shù)的影響，影響保護(hù)的靈敏性。 基于工頻量的保護(hù)只能通過犧牲靈敏性來基于工頻量的保護(hù)只能通

11、過犧牲靈敏性來 保證高壓輸電線路保護(hù)動(dòng)作的快速性保證高壓輸電線路保護(hù)動(dòng)作的快速性 n結(jié)論：工頻量的保護(hù)存在無法克服的原 理性誤差。在目前電流電壓互感器條件 下，工頻量保護(hù)仍然是性能最可靠的保 護(hù)。但很難進(jìn)一步提高其工作性能。 2、工頻量保護(hù)原理、工頻量保護(hù)原理 輸電線路行波波動(dòng)方程及達(dá)朗貝爾解輸電線路行波波動(dòng)方程及達(dá)朗貝爾解 3、非工頻量保護(hù)原理、非工頻量保護(hù)原理行波保護(hù)行波保護(hù) 2 2 2 2 2 2 2 2 t i LC x i t u LC x u )()( 1 )()( 21 21 v x tu v x tu Z i v x tu v x tuu C 3、非工頻量保護(hù)原理、非工頻量保護(hù)

12、原理行波保護(hù)行波保護(hù) 行波測距原理行波測距原理 當(dāng)故障點(diǎn)位于觀測點(diǎn)到線路 中點(diǎn)之間時(shí)M母線到故障點(diǎn)F 的距離： 1 2 x 當(dāng)故障點(diǎn)位于觀測點(diǎn)到線路 中點(diǎn)之外時(shí)M母線到故障點(diǎn)F 的距離： 1 2 xl 3、非工頻量保護(hù)原理、非工頻量保護(hù)原理行波保護(hù)行波保護(hù) 行波測距原理行波測距原理 行波方向保護(hù)原理行波方向保護(hù)原理 3、非工頻量保護(hù)原理、非工頻量保護(hù)原理行波保護(hù)行波保護(hù) 設(shè)行波在線路上傳播的時(shí)間為T，當(dāng)發(fā)生 外部故障時(shí)，在2T時(shí)間內(nèi)，被保護(hù)線路 保護(hù)安裝處所測得波頭信息只包含前行 波信息，而沒有反行波信息。 C Z v x ti v x tu)()( 11 行波方向保護(hù)原理行波方向保護(hù)原理 3

13、、非工頻量保護(hù)原理、非工頻量保護(hù)原理行波保護(hù)行波保護(hù) 區(qū)外故障： T2)()( )( )( tZ v x ti v x tu ti tu Cff 2T時(shí)間內(nèi)只有前行波沒有反行波： 行波方向保護(hù)原理行波方向保護(hù)原理 3、非工頻量保護(hù)原理、非工頻量保護(hù)原理行波保護(hù)行波保護(hù) 區(qū)內(nèi)故障： Cff Z v x ti v x tu ti tu )()( )( )( 同時(shí)存在前行波沒有反行波： 行波方向保護(hù)原理行波方向保護(hù)原理 3、非工頻量保護(hù)原理、非工頻量保護(hù)原理行波保護(hù)行波保護(hù) 1. 行波折反射導(dǎo)致波頭識別困難 2. 行波以光速傳播，2T時(shí)間間隔很短，不適 用于短線路 線路長度2T時(shí)間 300km1ms

14、 200km0.667ms 100km0.333ms 50km0.167ms 暫態(tài)量方向暫態(tài)量方向 設(shè)行波在線路上傳播的時(shí)間為T，當(dāng)發(fā)生 外部故障時(shí)，在2T時(shí)間內(nèi)，保護(hù)安裝處測 量得到的電氣量滿足： 3、非工頻量保護(hù)原理、非工頻量保護(hù)原理暫態(tài)量保護(hù)暫態(tài)量保護(hù) C Z v x ti v x tu|)(|)(| 11 基于阻波器的快速保護(hù)基于阻波器的快速保護(hù)暫態(tài)量距離暫態(tài)量距離 故障點(diǎn)所產(chǎn)生的電壓電流行波在經(jīng)過線路兩端阻 波器、母線、故障點(diǎn)等不同波阻抗點(diǎn)時(shí)會產(chǎn)生 折、反射，從而在故障線路內(nèi)部和故障線路上出 現(xiàn)折、反射強(qiáng)度和時(shí)間延遲上的差別。 3、非工頻量保護(hù)原理、非工頻量保護(hù)原理暫態(tài)量保護(hù)暫態(tài)量保

15、護(hù) 基于阻波器的快速保護(hù)基于阻波器的快速保護(hù)暫態(tài)量距離暫態(tài)量距離 3、非工頻量保護(hù)原理、非工頻量保護(hù)原理暫態(tài)量保護(hù)暫態(tài)量保護(hù) 暫態(tài)量保護(hù)存在的問題暫態(tài)量保護(hù)存在的問題 1. 對于短距離輸電線路，由于2T時(shí)間很短，暫態(tài) 量方向不適用于短距離輸電線路。 2. 暫態(tài)量距離保護(hù)中用到的暫態(tài)特征是相對的， 對于某一次故障，其區(qū)內(nèi)外故障特征明顯。 但是，由于其沒有絕對的故障特征和理論邊 界，故實(shí)際應(yīng)用中整定將非常困難。 3、非工頻量保護(hù)原理、非工頻量保護(hù)原理暫態(tài)量保護(hù)暫態(tài)量保護(hù) 行波保護(hù)原理行波保護(hù)原理 n優(yōu)點(diǎn)：理論明確、概念清晰、在故障定位中取得 巨大成功。 n存在的問題： 1 對采樣率要求高，難以滿足

16、實(shí)時(shí)性； 2 波頭所在的頻段信號弱，抗干擾能力不強(qiáng)，且易受雷電 影響； 3 僅決定于波頭的時(shí)間信息，可靠性不高； 4 行波對側(cè)母線和背側(cè)母線均發(fā)生反射，波頭識別困難； 5 2T時(shí)間短，短線路應(yīng)用困難。 3、非工頻量保護(hù)原理、非工頻量保護(hù)原理 n優(yōu)點(diǎn)：保護(hù)動(dòng)作速度快，介于行波保護(hù)和工頻量 保護(hù)之間。 n存在的問題： 1 對采樣率要求較高，計(jì)算量大； 2 高頻暫態(tài)信號弱且存在時(shí)間短，抗干擾能力不強(qiáng)，可靠 性不高，受雷電影響； 3 理論不完備，只能定性分析不能定量計(jì)算，整定困難； 4 750kV以上輸電線路未裝置阻波器； 5 2T時(shí)間短，短線路應(yīng)用困難。 基于阻波器的快速保護(hù)基于阻波器的快速保護(hù) 3

17、、非工頻量保護(hù)原理、非工頻量保護(hù)原理 參數(shù)識別的原理的繼電保護(hù)通過對網(wǎng)絡(luò)元件參數(shù)識別的原理的繼電保護(hù)通過對網(wǎng)絡(luò)元件 參數(shù)的識別獲取故障網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部信息，構(gòu)成保護(hù)參數(shù)的識別獲取故障網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部信息，構(gòu)成保護(hù) 判據(jù)。判據(jù)。 典型的應(yīng)用是變壓器 差動(dòng)保護(hù)中通過識別勵(lì) 磁阻抗的勵(lì)磁涌流識別 判據(jù)。其模型及算法為 * 12 1212ss didi uuLL dtdt 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理 1 工頻量保護(hù)受故障暫態(tài)影響，由于非周期分量 和低頻分量的存在，即使采用20ms數(shù)據(jù)窗，也 難于準(zhǔn)確提取工頻量； 2 行波保護(hù)、暫態(tài)量保護(hù)識別行波波頭可靠性差， 對于短線路2T僅僅0.1ms左右，在如此短的時(shí)

18、間 內(nèi)判別故障可靠性低； 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理 研究基于參數(shù)識別繼電保護(hù)的目的研究基于參數(shù)識別繼電保護(hù)的目的 3 光互感器、電子式互感器技術(shù)的發(fā)展使得準(zhǔn)確 獲得電力系統(tǒng)一次信號成為可能，為基于參數(shù)識 別的繼電保護(hù)的發(fā)展提供技術(shù)保證。 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理 研究基于參數(shù)識別繼電保護(hù)的目的研究基于參數(shù)識別繼電保護(hù)的目的 R-L輸電線路模型與微分方程完全對應(yīng)： n電壓電流為受模型約束的電氣量，是真實(shí)信號， 利用其求解參數(shù)不需要濾波，快速、準(zhǔn)確； n任意時(shí)間測得的電氣量均滿足微分方程，利用 任意時(shí)間的數(shù)據(jù)計(jì)算的參數(shù)都是真實(shí)、正確的。 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保

19、護(hù)原理 研究基于參數(shù)識別繼電保護(hù)的基本概念研究基于參數(shù)識別繼電保護(hù)的基本概念 dt di LRiu 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理 研究基于參數(shù)識別繼電保護(hù)的基本概念研究基于參數(shù)識別繼電保護(hù)的基本概念 RLCRLC串聯(lián)電路的參數(shù)識別：串聯(lián)電路的參數(shù)識別： RLC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的工頻電路方程如下所示，利用工 頻電壓電流，僅僅能求出R和X，而不能進(jìn)一步 求出L和C jXR C LjR I U ) 1 ( 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理 研究基于參數(shù)識別繼電保護(hù)的基本概念研究基于參數(shù)識別繼電保護(hù)的基本概念 RLCRLC串聯(lián)電路的參數(shù)識別：串聯(lián)電路的參數(shù)識別： 利用參數(shù)識別原理，列寫時(shí)域電路

20、方程： LC RC C dt id dt di dt du dt id LC dt di RC dt du Ci 2 2 2 2 利用故障暫態(tài)信息，可以分別求出R、L和C三個(gè) 參數(shù)。 元件模型仍采用簡化的元件模型仍采用簡化的R-LR-L模型模型, ,模型適用頻帶窄，模型適用頻帶窄， 可適用的信號頻帶集中在工頻，因而可識別參數(shù)有可適用的信號頻帶集中在工頻，因而可識別參數(shù)有 限。限。 由于使用工頻信號，因而保護(hù)原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)并未由于使用工頻信號，因而保護(hù)原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)并未 體現(xiàn)出參數(shù)識別自身的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)出參數(shù)識別自身的優(yōu)點(diǎn) 電磁式互感器傳變暫態(tài)信號時(shí)，由于互感器本身頻電磁式互感器傳變暫態(tài)信號時(shí)，由于

21、互感器本身頻 帶的限制，使得二次信號失真嚴(yán)重，限制了參數(shù)識帶的限制，使得二次信號失真嚴(yán)重，限制了參數(shù)識 別原理的應(yīng)用。別原理的應(yīng)用。 應(yīng)用研究中存在的問題應(yīng)用研究中存在的問題 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理 信號采集：信號采集：早期基于參數(shù)識別原理的繼電保護(hù)仍使用工早期基于參數(shù)識別原理的繼電保護(hù)仍使用工 頻信號，因而可識別的參數(shù)有限。近期的研究表明使用頻信號，因而可識別的參數(shù)有限。近期的研究表明使用 暫態(tài)信號全頻帶的信息可以識別更多的故障網(wǎng)絡(luò)信息。暫態(tài)信號全頻帶的信息可以識別更多的故障網(wǎng)絡(luò)信息。 但這對獲取真實(shí)的一次信號提出了更高的要求。但這對獲取真實(shí)的一次信號提出了更高的要求。 光互

22、感器的應(yīng)用：光互感器的應(yīng)用：光電傳感器具有高帶寬、高線性度的光電傳感器具有高帶寬、高線性度的 特點(diǎn)，是參數(shù)識別原理保護(hù)應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)理想的信號特點(diǎn)，是參數(shù)識別原理保護(hù)應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)理想的信號 傳感器件。我國已規(guī)劃建設(shè)以光互感器為特征的全數(shù)字傳感器件。我國已規(guī)劃建設(shè)以光互感器為特征的全數(shù)字 化變電站。這為參數(shù)識別原理的應(yīng)用提供了技術(shù)保證。化變電站。這為參數(shù)識別原理的應(yīng)用提供了技術(shù)保證。 基于參數(shù)識別的原理的繼電保護(hù)新進(jìn)展基于參數(shù)識別的原理的繼電保護(hù)新進(jìn)展 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理 參數(shù)識別理論的進(jìn)展：參數(shù)識別理論的進(jìn)展：參數(shù)識別的一般原理。參數(shù)識別的一般原理。 對于如圖所示的一般的

23、RLC網(wǎng)絡(luò)，若其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已 知，則其入端阻抗函數(shù)具有如下的一般形式 1 110 1 11 ( ) ( ) ( )1 mm mm nn nn b sbsbs bU s Z s I sa sa sas 單端口RLC線性網(wǎng)絡(luò) 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理 基于參數(shù)識別的原理的繼電保護(hù)新進(jìn)展基于參數(shù)識別的原理的繼電保護(hù)新進(jìn)展 由入端阻抗函數(shù)得到網(wǎng)絡(luò)輸入端電流、電壓的時(shí)域表達(dá) 式為： 上式變形得到： ( )(1)()(1) 11110 nnmm nnmm dudududididi aaaubbbb i dtdtdtdtdtdt ( )(1)( )(1) 11011 () mmnn mmnn d

24、ididid ududu ubbbbiaaa dtdtdtdtdtdt 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理 基于參數(shù)識別的原理的繼電保護(hù)新進(jìn)展基于參數(shù)識別的原理的繼電保護(hù)新進(jìn)展 取k個(gè)測量數(shù)據(jù)對 （k=n+m+1)， 可得到一系列的微分方程 ，寫成矩陣形式為 1122 (,), (,),(,) kk uiuiui ()(1)( ) 0000 0 0 ()(1)( ) 1111 01 1 ()(1)( ) 1 mmn m mmn n k mmn kkkk k dididudu b i dtdtdtdt u dididudu bu i dtdtdtdt a u dididudu ia dtdt

25、dtdt uDc 從而可由最小二乘方法得到系數(shù)向量c的估計(jì)值，即 1 TT cD DD u 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理 基于參數(shù)識別的原理的繼電保護(hù)新進(jìn)展基于參數(shù)識別的原理的繼電保護(hù)新進(jìn)展 系數(shù)向量c和網(wǎng)絡(luò)中各元件參數(shù)之間存在如下的一般關(guān)系 ()cg R,L,C 因此求解如下的最小二乘優(yōu)化問題可得到網(wǎng)絡(luò)中所有元 件的參數(shù)，從而確定網(wǎng)絡(luò)的所有信息 2 min( , ,) ii cg R L C 上述過程說明網(wǎng)絡(luò)參數(shù)識別實(shí)際上是在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已 知的前提下，由網(wǎng)絡(luò)暫態(tài)響應(yīng)進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)綜合過程。 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理 基于參數(shù)識別的原理的繼電保護(hù)新進(jìn)展基于參數(shù)識別的原理的繼電

26、保護(hù)新進(jìn)展 模型頻帶的研究進(jìn)展：模型頻帶的研究進(jìn)展： 元件數(shù)學(xué)模型和物理模型之間存在差異。模型適用頻帶元件數(shù)學(xué)模型和物理模型之間存在差異。模型適用頻帶 的概念定義了數(shù)學(xué)模型的適用范圍，也定義了不同數(shù)學(xué)的概念定義了數(shù)學(xué)模型的適用范圍，也定義了不同數(shù)學(xué) 模型用于參數(shù)識別時(shí)的可用信號范圍。這方面的研究是模型用于參數(shù)識別時(shí)的可用信號范圍。這方面的研究是 參數(shù)識別原理的一個(gè)重要內(nèi)容，目前已逐步展開。參數(shù)識別原理的一個(gè)重要內(nèi)容，目前已逐步展開。 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理 基于參數(shù)識別的原理的繼電保護(hù)新進(jìn)展基于參數(shù)識別的原理的繼電保護(hù)新進(jìn)展 輸電線路模型實(shí)用頻帶研究的意義輸電線路模型實(shí)用頻帶研

27、究的意義 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理 基于參數(shù)識別的原理的繼電保護(hù)新進(jìn)展基于參數(shù)識別的原理的繼電保護(hù)新進(jìn)展 dt di LRiu 模型與方程對應(yīng)，模型與方程對應(yīng)， 全頻帶信息均適用全頻帶信息均適用 模型與方程不完全模型與方程不完全 對應(yīng)，只有適用頻對應(yīng)，只有適用頻 帶信息才可用，需帶信息才可用，需 要研究模型的適用要研究模型的適用 頻帶頻帶 線路長度l=100km 模型頻帶的研究：模型頻帶的研究： 線路阻抗角、模型、線路長度之間的關(guān)系線路阻抗角、模型、線路長度之間的關(guān)系 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理 線路長度l=200km 模型頻帶的研究：模型頻帶的研究： 線路阻抗角、模

28、型、線路長度之間的關(guān)系線路阻抗角、模型、線路長度之間的關(guān)系 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理 線路長度l=300km 模型頻帶的研究：模型頻帶的研究： 線路阻抗角、模型、線路長度之間的關(guān)系線路阻抗角、模型、線路長度之間的關(guān)系 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理 線路長度l=400km 模型頻帶的研究：模型頻帶的研究： 線路阻抗角、模型、線路長度之間的關(guān)系線路阻抗角、模型、線路長度之間的關(guān)系 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理 線路長度l=500km 模型頻帶的研究：模型頻帶的研究： 線路阻抗角、模型、線路長度之間的關(guān)系線路阻抗角、模型、線路長度之間的關(guān)系 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參

29、數(shù)識別保護(hù)原理 模型頻帶的研究：模型頻帶的研究： 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理 n繼電保護(hù)的延時(shí)主要取決于濾波器延時(shí)，工頻量 保護(hù)需要20ms濾除所有高于50Hz的信號，其濾波 器延時(shí)為20ms； n基于參數(shù)識別的保護(hù)適用頻帶寬，濾波器數(shù)據(jù)窗 短，可以保證快速切除故障；例如，若適用頻帶達(dá) 到500Hz，則相應(yīng)的濾波器延時(shí)為2ms，保護(hù)可以 在故障后2ms快速動(dòng)作； n模型越復(fù)雜，其適用頻帶越高。 輸電線路單端測距原理受過渡電阻影響大， 其測距結(jié)果不能滿足工程實(shí)際的需要。 基于參數(shù)識別的單端測距原理，在列寫測 距方程時(shí)引入過渡電阻作為參數(shù)，解決了 工頻量單端測距遇到的問題。 4、參數(shù)識

30、別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理原理應(yīng)用原理應(yīng)用 n基于參數(shù)識別的單端測距 單相輸電線故障網(wǎng)絡(luò)圖及其分解 += 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理原理應(yīng)用原理應(yīng)用 n基于參數(shù)識別的單端測距 測量點(diǎn)M電流、電壓故障分量與故障點(diǎn)疊加電流、電壓滿足的網(wǎng)絡(luò)微分方程 故障點(diǎn)邊界條件方程 線路兩端電流、電壓推算到故障點(diǎn)的電壓相等 M MMFF di urdildi R dt FMNMN iiiii ()() MM MMMM NN NNNN d id i RiLrd ild dtdt d id i RiLr Ddil Dd dtdt n基于參數(shù)識別的單端測距 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理原理應(yīng)用原

31、理應(yīng)用 經(jīng)消去對端電流、電壓運(yùn)算得到如下的測距方程 2 123456 2 MMMM MMM dud idid i ucicicccc dtdtdtdt 1 2 3 4 5 6 () () () 1 ()() ()() () N MNF N MNFN NN N cRr Dd rd cRRrD R cLl Dd cLLlD RRr Dd cRr Dd ldLl Dd rd cLl Dd ld 其中 初步研究表明該方法不授對端系統(tǒng)阻抗和過渡電阻的 影響。消除了傳統(tǒng)工頻單端測距方法的原理性誤差。 n基于參數(shù)識別的單端測距 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理原理應(yīng)用原理應(yīng)用 補(bǔ)償電容的加入破壞了輸電

32、線路阻抗的均勻性，對于距離 保護(hù)來說，最大的問題就是超越動(dòng)作。 目前解決的主要方法是：延時(shí)或縮小保護(hù)范圍 串補(bǔ)電容的模型識別法利用在補(bǔ)償電容前后故障時(shí)，保 護(hù)安裝處不同的電流、電壓關(guān)系分別建立起標(biāo)準(zhǔn)的故障 模型。通過比較兩個(gè)模型計(jì)算所得線路參數(shù)的離散度來 判別故障點(diǎn)位置。 n串補(bǔ)電容位置識別法 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理原理應(yīng)用原理應(yīng)用 （1） 串補(bǔ)電容前故障(F1)的標(biāo)準(zhǔn)模型 ES MN 保護(hù)1 保護(hù)2 A m u A m i 1 F C ,RL 串補(bǔ)線路電容前故障 0 00 d() () d AmL m AmAmR mF m ik i uR ik iLR i t n串補(bǔ)電容位置

33、識別法 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理原理應(yīng)用原理應(yīng)用 T mF mLAm mRAmAmF dtiR dt ikid LikiRue 0 2 0 0 01 | )( )(| （2） 串補(bǔ)電容前故障(F2)的標(biāo)準(zhǔn)模型 ES MN 保護(hù)1保護(hù)2 ,R L A m u Am i Am i 2 F Am u C 串補(bǔ)線路電容后故障 0 00 d()1 ()d d AmL m AmAmR mAmF m ik i uR ik iLitR i tC n串補(bǔ)電容位置識別法 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理原理應(yīng)用原理應(yīng)用 T mFAm mLAm mRAmAmF dtiRdti Cdt ikid

34、LikiRue 0 2 0 0 02 | 1)( )(| 故障后，將故障錄波數(shù)據(jù)分別代入兩個(gè)故障模型進(jìn)行參數(shù) 計(jì)算，可以分別獲得一條隨時(shí)間變化的電感曲線。經(jīng)過大 量的仿真計(jì)算可以看出以下規(guī)律： 串補(bǔ)電容前故障： 串補(bǔ)電容后故障： n串補(bǔ)電容位置識別法 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理原理應(yīng)用原理應(yīng)用 12FF ee 21FF ee n基于模型識別的輸電線路差動(dòng)保護(hù) 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理原理應(yīng)用原理應(yīng)用 CNCMNMcd N CN M CM 22 iiiii dt udC i dt udC i dt uudC i )( 2 NM cd n基于模型識別的輸電線路差動(dòng)保護(hù) 4

35、、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理原理應(yīng)用原理應(yīng)用 dt udC i cd cd 2 dt dt udC if T cd cdC 0 2 | 2 | NM iiicd NM uuucd 區(qū)外故障等效故障分量網(wǎng)絡(luò)：區(qū)外故障等效故障分量網(wǎng)絡(luò)： n基于模型識別的輸電線路差動(dòng)保護(hù) 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理原理應(yīng)用原理應(yīng)用 )()( )( )( N Nsn M smMsmNM N NsnN M smMsmM dt id LiR dt id LiRuu dt id LiRu dt id LiRu sn sn n基于模型識別的輸電線路差動(dòng)保護(hù) 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理原理應(yīng)用原

36、理應(yīng)用 )()( )()( NM N sn NM M sm N sn M sm NM N sn NM M smNsnMsm cdcd cdcd i ii i dt d Li ii i dt d L dt id L dt id L i ii i Ri ii i RiRiR dt di Lik dt d Lik dt d L dt id L dt id L iRikRikRiRiR cd eqcdnsncdmsm N sn M sm cdeqcdnsncdmsmNsnMsm )()( )()( 假設(shè)故障點(diǎn)兩端系統(tǒng)阻抗角相等，則有假設(shè)故障點(diǎn)兩端系統(tǒng)阻抗角相等，則有 1 nm kk n基于模型識別的輸

37、電線路差動(dòng)保護(hù) 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理原理應(yīng)用原理應(yīng)用 dt id LiRu cd eqcdeqcd dt dt id LiRuf T cd eqcdeqcdL 0 2 | NM iiicd NM uuucd 區(qū)內(nèi)故障等效故障分量網(wǎng)絡(luò)：區(qū)內(nèi)故障等效故障分量網(wǎng)絡(luò)： n基于模型識別的輸電線路差動(dòng)保護(hù) 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理原理應(yīng)用原理應(yīng)用 構(gòu)造基于模型識別的輸電線路差動(dòng)保護(hù)判據(jù)： 外部故障：電容模型 CL ff 內(nèi)部故障：電感模型 LC ff n基于參數(shù)識別的距離保護(hù) 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理原理應(yīng)用原理應(yīng)用 特高壓長線路的分布參數(shù)特性使傳統(tǒng)距離保護(hù)

38、的測量阻抗不與故障距離成正比，使得保護(hù)發(fā) 生超越或拒動(dòng) 。 兩種方法解決分布電容對特高壓長線的影響： （1）直接采用分布參數(shù)模型，但是需要較高的采樣 頻率，計(jì)算量大，對硬件要求較高； （2）應(yīng)用Bergeron模型將長線路分段，利用分段點(diǎn)處 電流、電壓應(yīng)用解微分方程算法計(jì)算出線路阻抗，但 只能針對分段點(diǎn)后的故障。 n基于參數(shù)識別的距離保護(hù) 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理原理應(yīng)用原理應(yīng)用 由描述輸電線路波過程的微分方程推導(dǎo)可得線 路兩端的電壓、電流之間的關(guān)系為： ( )mmcU lU ch lI Z sh l ( )mcmI lU sh l ZI ch l 在距離I段末端進(jìn)行泰勒展開并忽

39、略高次項(xiàng)，得一 階泰勒展開式 () ( )()()()() ()() set setsetsetsetset dU l U lU lllU lRj L I lll dl () ( )()()()()() set setsetsetsetset dI l I lI lllI lj CU lll dl n基于參數(shù)識別的距離保護(hù) 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理原理應(yīng)用原理應(yīng)用 若距保護(hù)安裝處l F發(fā)生故障，則 ( )()() ()()FFsetsetFsetUU lU lRj L I lll 測距方程為： ()()() ()()setFsetsetF gsetU lllRj L I lR I

40、 l Im () () Im() () () setgset Fset setgset U lI l ll Rj L I lI l n基于參數(shù)識別的距離保護(hù) 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理原理應(yīng)用原理應(yīng)用 給定特高壓線路典 型參數(shù)，可得故障 距離與誤差關(guān)系圖。 輸電線路全長為 400km，整定距離 為360km。 目前廣泛采用的傳統(tǒng)的電壓、電流互感器在故障后的 暫態(tài)過程中，不能很好的反映一次系統(tǒng)的真實(shí)特性， 導(dǎo)致距離保護(hù)暫態(tài)超越。 可以通過在二次側(cè)電壓上疊加一個(gè)綜合的衰減非周期 分量，得到滿足二次側(cè)電壓電流量的測距方程，利用 數(shù)據(jù)冗余，用最小二乘求解。 n基于目前電壓電流互感器 特性的

41、改善 距離保護(hù)暫態(tài)超越的方法 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理原理應(yīng)用原理應(yīng)用 11 m mmf di upriplR i dt （1）一次側(cè)測距方程 11 m mmf di uupriplR i dt （2） CVT CT 二次側(cè)測距方程 at uCe n基于目前電壓電流互感器 特性的改善 距離保護(hù)暫態(tài)超越的方法 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理原理應(yīng)用原理應(yīng)用 ) 2 1 1 ( 22t tCu 二階泰勒展開二階泰勒展開 動(dòng)模數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果 黑線：傳統(tǒng)算法 紅線：改進(jìn)算法 n基于目前電壓電流互感器 特性的改善 距離保護(hù)暫態(tài)超越的方法 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理原理應(yīng)用原理應(yīng)用 330kV海新線海石灣變側(cè)在2007年3月15日 發(fā)生區(qū)內(nèi)C相故障時(shí)的錄波數(shù)據(jù)對算法進(jìn)行仿真驗(yàn)證 4、參數(shù)識別保護(hù)原理、參數(shù)識別保護(hù)原理原理應(yīng)用原理應(yīng)用 運(yùn)用本算法后反時(shí)限特性于傳統(tǒng)反時(shí)限特性的對比 0510152050 0.80 0.85 0.90 1.00 動(dòng)作時(shí)間/ms Z/Zzd 010 20 30 40 50 0.3 0.6 0.8 1.0 動(dòng)作時(shí)間/ms Z/Zzd n基于目前電壓電流互感器 特性的改善 距