基于功率谱的超/特高压输电线路单相自适应重合闸研究

作     者：田野 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周念成

授予年度：2010年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：单相自适应重合闸 超/特高压输电线路 恢复电压 多重信号分类 

摘      要：输电线路的故障,多为单相接地故障并以瞬时性故障为主。单相自动重合闸技术的应用可以大大提高供电的可靠性,但若重合于永久性故障,将给系统带来更为严重的冲击和影响。因此,在重合前正确判别故障类型,只在瞬时性故障时予以重合,即实现自适应重合闸,是十分必要的。 超/特高压输电线路已成为电力传输系统的骨干及枢纽,将自适应重合闸应用其中,对提高整个系统的稳定性和可靠性有着重要意义。论文对超/特高压输电线路在发生单相接地故障后的故障相电压信号进行了详细分析,针对故障相恢复电压在瞬时性与永久性故障时的不同特性,提出了适用于带并联电抗器的超/特高压输电线路的单相自适应重合闸新判据,主要内容如下: ①研究了超/特高压输电线路的单回及同塔双回输电线路模型,探讨了并联电抗器补偿度、补偿方式及中性点小电抗的选择区间,建立了电容式电压互感器(CVT)的模型。超/特高压输电线路的分布性不可忽略,在对比链状、贝瑞隆及时变动态相量这三种分布参数线路模型特性的基础上,选择贝瑞隆模型作为单回输电线路与同塔双回输电线路模型。由于超高压输电线路上普遍使用并联电抗器,分别针对单、双回输电线路并联电抗器的补偿原则、安装地点、连接方式进行阐述,并对安装中性点小电抗的必要性和及其在不同补偿形式下的选择区间做了总结和定量讨论。CVT作为保护单元信号的取样装置,其性能对继电保护装置正确工作产生较大的影响。为与实际相符,在系统中加入CVT模型,初步探讨了CVT的工作原理和传变特性。 ②讨论了带并联电抗器的超/特高压输电线路发生单相接地故障时的物理过程,选择故障相恢复电压作为特征量判别故障类型,实现单相自适应重合闸。论文分别对故障后的一次电弧、二次电弧及恢复电压阶段的故障相电压信号进行分析研究:瞬时性故障时,故障相一次电弧电压较大但持续时间非常短暂,二次电弧电压较小且非线性很强,恢复电压主要包含工频分量和频率略低于工频的自由分量;永久性故障时一、二次电弧与瞬时性故障相比非常微弱,恢复电压仅包含工频分量。综合考虑不同故障类型时故障相电压在各阶段的差异大小、获取难易程度、受外界因素的影响程度,选取故障相恢复电压作为特征量对故障类型进行判别。 ③利用多重信号分类(MUSIC)对故障相电压信号进行功率谱估计,提出基于故障相电压功率谱的单相自适应重合闸新判据。由于瞬时性与永久性故障时,断开相恢复电压的组成不同,其功率谱存在较大区别。功率谱中的多重信号分类(MUSIC)方法可有效检测出短数据长度信号中非整次频率分量,频谱分辨率较高。因此,将MUSIC应用于故障相电压信号的功率谱估计以检测其恢复电压的组成,利用谱的区别判断故障类型。 ④在MATLAB/SIMULINK平台中建立了单回线路的仿真模型,对所提出判据进行仿真验证。模型包括一条500kV与一条750kV输电线路,并在故障仿真过程中投入电弧模型,以分别获取线路模型在不同故障类型、不同故障地点、线路重载、高阻接地等情况下故障相电压在各阶段的信息。利用MUSIC对故障相端电压进行谱估计,对所提出判据进行验证。仿真结果表明,该判据仅利用单端电气量,易于实现,适用范围广,可有效提高重合闸的成功率。并且不受电弧阶段高频分量和过渡电阻的影响,灵敏度较高。 ⑤将单相自适应重合闸判据应用于带并联电抗器的超高压同塔双回输电线路,并进行了仿真验证。在PSCAD/EMTDC中建立了500kV同塔双回输电线路模型,针对并联电抗器对线路进行单回线单独补偿和双回线综合补偿两种方式均作了数字仿真,对判据在同塔双回输电线上的适用性进行了验证。