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上海圓馨能源科技有限公司
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西門子及 ABB 直流線路行波保護(hù)對(duì)比和改進(jìn)研究
2021-12-14 閱讀(995)
根據(jù)電磁場(chǎng)理論，電能以波的形式傳播。正常運(yùn)行和發(fā)生故障時(shí)，輸電線路上都存在運(yùn)動(dòng)的電壓和電流行波。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，會(huì)從故障點(diǎn)產(chǎn)生向兩側(cè)以接近光速傳播的暫態(tài)電流行波和電壓行波，而行波信號(hào)中包含著豐富的故障信息，對(duì)于繼電保護(hù)來說，充分利用線路故障時(shí)產(chǎn)生的暫態(tài)故障行波，即行波的故障分量，可構(gòu)成超高速行波保護(hù)，能夠滿足直流輸電線路保護(hù)速動(dòng)性要求[1-3]。目前，在國(guó)內(nèi)外直流輸電工程中，西門子公司和 ABB 公司的直流線路行波保護(hù)方案應(yīng)用最為廣泛[4-5]。一般情況下保護(hù)定值來自廠家，事故后依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，其性能有待進(jìn)一步提高，具體表現(xiàn)為過渡電阻耐受能力有限、區(qū)內(nèi)區(qū)外故障的區(qū)分度不高、故障選線效果不佳[6-8]。對(duì)西門子及 ABB 技術(shù)路線的直流線路行波保護(hù)進(jìn)行對(duì)比研究。介紹西門子及 ABB 直流線路行波保護(hù)的原理和判據(jù)，通過仿真從過渡電阻、故障距離、區(qū)內(nèi)外故障、線路耦合等方面對(duì)西門子及 ABB 行波保護(hù)性能進(jìn)行分析和對(duì)比[9]，有助于運(yùn)行維護(hù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)直流線路行波保護(hù)技術(shù)的理解，并對(duì)直流線路行波保護(hù)的改進(jìn)西門子及 ABB 直流線路行波保護(hù)判據(jù)直流線路發(fā)生接地故障時(shí)，故障行波向線路兩端傳播，線路中許多參量會(huì)迅速發(fā)生變化，例如直流電壓下降、整流側(cè)直流電流急劇增大、逆變側(cè)直流電流急劇減小等[10-11]。根據(jù)以上所描述的特點(diǎn)，西門子行波保護(hù)通過檢測(cè)電壓變化率(du/dt)、電壓變化量(?u)和電流變化量(?i)三個(gè)量來判斷線路故障的發(fā)生，構(gòu)成電壓行波保護(hù)的判據(jù)，如式(1)所示。整流側(cè)逆變側(cè)(1)直流線路發(fā)生接地故障時(shí)，攜帶故障信息的行波會(huì)從故障點(diǎn)向線路兩端傳播，換流站對(duì)極波 Pi進(jìn)行檢測(cè)，通過極波的變化判斷線路故障。另一方面，線路故障時(shí)兩極中性母線的沖擊電容器上會(huì)分別產(chǎn)生一個(gè)沖擊電流 ICN1 和 ICN2，利用該沖擊電流以及兩極直流電壓量即可構(gòu)成地模波 Gwav，根據(jù)地模波的極性就能正確判斷出故障極[12]。其中，，式中 ? 代表直流線路極波阻抗， IDL 和UDL 代表直流線路電流和電壓，下標(biāo) i 值為 1 或 2，代表極 1 或極 2。式中：gZ 為直流線路地模波阻抗；IEL 為接地極線路電流；1ICN 為極 1 中性母線沖擊電流；2ICN 為極 2 中性母線沖擊電流；1UDL 為極 1 直流線路電壓；2UDL 為極 2 直流線路電壓。ABB 行波保護(hù)通過檢測(cè)極波變化率(dP/dt)、地模波變化率(dGwav/dt)、極波變化量(?P)和地模波變化量(?Gwa)四個(gè)量來判斷線路故障的發(fā)生，構(gòu)成極波行波保護(hù)的判據(jù)，如式(2)所示。2 仿真模型直 流 系 統(tǒng) 模 型 采 用 云 廣 特 高 壓 直 流 工 程PSCAD/EMTDC 模型。為方便進(jìn)行對(duì)比，采用相同的云廣特高壓直流工程參數(shù)搭建跟現(xiàn)場(chǎng)一致的西門子電壓行波保護(hù)模型如圖 1 所示，ABB 極波行波保護(hù)模型如圖 2 所示西門子及ABB直流線路行波保護(hù)性能分析通過仿真從過渡電阻、故障距離、區(qū)內(nèi)外故障、線路耦合等方面對(duì)西門子及 ABB 直流線路行波保護(hù)動(dòng)作性能進(jìn)行分析和對(duì)比。
3.1 過渡電阻現(xiàn)有行波保護(hù)過渡電阻耐受能力不高、直流線路發(fā)生高阻接地故障時(shí)往往由差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作消除故障，延時(shí)較長(zhǎng)，給系統(tǒng)安全運(yùn)行造成不良的影響。西門子及 ABB 直流線路行波保護(hù)過渡電阻耐受能力存在一定的差異。設(shè)云廣直流線路在 2 s 時(shí)刻在中點(diǎn)發(fā)生接地故障，過渡電阻取 0、100 ? 和 300 ? 三種情況。錄得西門子行波保護(hù)判據(jù)量如圖 3 所示，ABB 行波保護(hù)判據(jù)量如圖 4 所示，其中橫線為保護(hù)定值。隨著過渡電阻增加，西門子及 ABB 行波保護(hù)各個(gè)判據(jù)量的幅值隨之降低，但并不影響波形。ABB 行波保護(hù)過渡電阻耐受能力高于西門子行波保護(hù)。通過測(cè)試獲取了西門子和 ABB 行波保護(hù)在不同故障點(diǎn)保護(hù)動(dòng)作的臨界過渡電阻，如表 1~表 4 所示
通過仿真從過渡電阻、故障距離、區(qū)內(nèi)外故障、線路耦合等方面對(duì)西門子及 ABB 行波保護(hù)性能進(jìn)行分析和對(duì)比。結(jié)果表明，ABB 行波保護(hù)過渡電阻耐受能力高于西門子行波保護(hù)，西門子及 ABB 行波保護(hù)均可以利用變化率判據(jù)提高區(qū)內(nèi)外故障的區(qū)分度，西門子行波保護(hù)可以利用電壓變化量及電流變化量作為故障選線的依據(jù)，ABB 行波保護(hù)可以利用地模波變化率作為故障選線的依據(jù)。并針對(duì)西門子及 ABB 直流線路行波保護(hù)方案存在的缺陷，在現(xiàn)有判據(jù)量的基礎(chǔ)上提出改進(jìn)方案。研究成果有助于運(yùn)行維護(hù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)直流線路行波保護(hù)技術(shù)的理解，并對(duì)直流線路行波保護(hù)的改進(jìn)有一定的參考價(jià)值。
