特高压输电线路智能重合闸相关问题研究

With the increasing development of smart grid in China，it is vital to improve the self-healing capability of UHV transmission lines.Present reclosure techniques with dead time have the shortcoming of unsuccessful reclosure in arcing faults or permanent faults, and disapprociate reclosing time may lead to severe over-voltage damage. This project is aiming to make profound analysis on the nature freuency feature of the arcing faults and non-arc faults in single-phase faults and phase-to-phase faults respectively, take futher study on the generation mechanics of beat frequency phenomenon.Moreover，it aims at employ the nature frequency feature to capture the arc extinction time,and use the model parameters indentification method with high sensitive parameters and lower-order model to comfirm non-fault before reclosing. Besides,adaptive reclsoure time and strategy based on the arc extinction speed and the requirement of over-voltage level is developed. It is feasible to satisfy the success rate and enhance the self-healing capability of UHV transm0ission lines, and it is helpful to employ the smart reclosure technology on UHV transmission lines in the future.

坚强智能电网对特高压输电线路故障自愈能力提出了更高的要求，现有采用固定重合时限的重合闸一方面存在误重合于未熄弧瞬时故障和永久故障重合不成功，另一方面固定重合时限带来不合理的合闸时刻产生合闸过电压的危险。本项目系统分析考虑电弧模型影响的输电线路单相故障、相间故障在未熄弧瞬时故障/永久故障、熄弧瞬时故障的固有频率特征，深入剖析故障相电气量产生"拍频"现象的机理及条件，利用故障相固有频率特征实现重合前故障熄弧判别，采用基于高敏感模型识别参数、低阶的模型参数识别优化方法实现重合前无故障的可靠确认，建立与故障熄弧速度和限制合闸过电压要求两要素相关的自适应重合闸时间和优化重合策略，实现重合闸重合成功率和快速性的统一，进而提高特高压电网的故障自愈能力，为适用于带并联电抗器、串联电容器和故障限流器的特高压输电线路智能重合闸的工程实用化奠定理论基础。

特高压输电线路由于相间距离大，其故障以单相故障为主要形式，一方面要求继电保护能够快速切除故障，另一方面要求瞬时故障时100%的重合成功。目前采用单相故障单相重合、相间故障三相重合且固定时限的重合策略，存在重合于未熄弧瞬时故障和永久故障产生严重二次冲击的危险，尤其是三相重合不成功对系统的冲击较单相重合更为严重。因此，在重合前可靠确认故障熄弧（无故障识别）以避免重合于未熄弧瞬时故障和永久故障，是提高特高压输电线路故障自愈能力的重要保障。本项目以线路故障至重合前的固有自振分量频率特征、模型参数识别优化为基础，构造了重合前无故障识别方案和熄弧时刻捕捉算法，探讨熄弧时间和合闸过电压两因素的优化重合时刻和重合策略，有利于提高特高压的故障自愈能力。项目主要取得的研究成果包括：1)研究了线路故障至重合期间各物理阶段的固有自由振荡频率特征，瞬时故障至三相重合前的一次电弧、二次电弧、恢复电压不同阶段的主要固有频率分量特征能够识别瞬时故障所处状态，构造了利用固有频率特征进行无故障状态的识别方案。2) 进行了适用于接地故障的三相重合闸无故障识别参数优化分析，利用中性点小电抗电感参数的性能优于其它两种电感参数判据。此外，利用电弧性故障过渡电阻在二次电弧阶段呈现高度非线性和电弧熄灭后极大的特征实现电弧性故障识别和电弧熄灭时刻捕捉方案。3) 分析不同情况下断开相端电压或电抗器电流的幅值特征，电抗器补偿度对断开相电压及电抗器电流的幅值影响较大，自振低频分量频率由线路固有参数决定，提出利用电压量和电流量的综合判据避免了单一电气量幅值过低的判别可靠性低的问题。4) 研究了利用三相计算差电流特征的三相重合前无故障判别方法。分别采用半补偿法和基于故障定位精确补偿法计算三相故障点差电流，瞬时性故障熄弧后即无故障时三相差电流均为0，故障未消失时故障相差电流不为0。该方法不依赖于故障选相，能够实现三相重合前无故障的可靠识别。5) 分析了线路首末端不同合闸次序、同杆多回线的准三相重合策略线路合闸过电压的分布规律，探讨故障电弧熄灭速度和降低合闸过电压水平两因素与最优重合时间之间的关系，构建兼顾重合快速性和限制过电压要求的优化重合策略。