高压直流输电线路单端暂态量保护研究

高压直流输电线路越来越多，现有的快速保护难于快速、准确区分线路区内外故障，且整定困难、动作正确率低，需要针对直流输电线路的特点研究专用保护的原理与装置。本项目根据直流输电线路两端安装平波电抗器和直流滤波器组形成天然高频"边界"的特点，研究利用暂态分量的超高压直流输电线路单端全线速动保护的原理与算法。分析高频"边界"特性，研究利用线路内部短路与外部短路时高频成分、强度的差异实现区内外短路的区分，研究提取这些差异的小波、数学形态学和网格曲线等算法，提出使用线路单端的暂态量实现全线故障快速动作的保护新原理和判据；设计整套单端暂态量保护的实现方案，通过实际交直流系统的数值仿真和现场实录数据的验证，为装置的研制奠定基础。

高压直流输电工程在我国西电东送和全国联网工程中具有十分重要的作用，而现有的线路主保护难于快速、准确区分线路区内外故障，且整定困难、动作正确率低，需要针对直流输电线路的特点研究专用保护的原理与装置。本项目根据直流输电线路两端安装平波电抗器和直流滤波器组形成天然高频“边界”的特点，研究利用单端暂态量的高压直流输电线路单端全线速动保护的原理与算法。. 具体工作如下：. 在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件下建立了详细的直流输电系统仿真模型，包括雷电流放电模型、两种绝缘子串闪络模型、避雷器模型、杆塔模型；. 分析了直流输电线路边界幅频特性随平波电抗器、直流滤波器组结构形式、参数大小、安装位置等因素变化的规律；.设计了一套由启动元件、边界元件、雷击干扰判别元件、故障极判别元件构成的高压直流输电线路单端暂态量保护新原理与实现方案；使用电压梯度来构成保护的启动判据，进而提出了基于改进梯度算法的启动元件；利用高频暂态分量在穿越由直流滤波器组与平波电抗器所构成的直流输电线路固有边界时会发生明显衰减的特性，提出了基于多种信号处理方法的边界元件；针对各种雷击情形以及线路接地短路故障，进行了大量的时域暂态特征分析，提出了雷击干扰的识别算法；利用故障后健全极上暂态信号分量的大小要远小于故障极的特点，提出了故障极判别元件；. 根据现有直流输电工程控制保护平台硬件条件及软件环境，在原有暂态量保护方案的基础上，重新设计了适用于现有的工业级直流控制保护系统的保护算法及整体动作方案，完善了保护工作逻辑。新的保护方案包括：启动元件、边界元件、雷击干扰判别元件、方向元件、故障极判别元件，并开发了直流输电线路单端暂态量保护装置。. 利用糯扎渡±800kV直流输电工程，宁东-山东±660kV直流输电工程与及三-沪±500kV直流输电工程对保护装置进行了RTDS闭环仿真测试，验证了直流输电线路单端暂态量保护装置的速动性、可靠性、灵敏性以及选择性；证明了保护装置在不同直流工程上都具有较强的适应性，并且无需更换门槛值。此外，通过与现有线路主保护——行波保护的对比，也体现了直流输电线路单端暂态量保护装置在全线耐过渡电阻能力、动作速度以及抗雷击干扰方面上的优越性。