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基于OCT的线路差动保护及变电站自动化系统研究

作　者: 及洪泉
导　师: 杨以涵
学　校: 华北电力大学（北京）
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 差动保护非周期分量光学电流互感器(OCT) 变电站自动化
分类号: TM773
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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引　用: 3次
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内容摘要

电流差动保护因原理简单、可靠性高、动作速度快而广泛应用于变压器、线路和母线等元件主保护,是保障电网安全、稳定运行的最重要保护之一。但是它在应用中存在两个问题:一是电磁式电流互感器饱和容易引起保护误动;另一个是输电线分布电容电流使线路两端的电流不再满足基尔霍夫电流定律,会造成保护误动,尤其在超高压长距离输电线上问题将更加突出,会严重影响电网的安全、稳定运行。针对前一个问题,微机保护采取了很多鉴别TA饱和与抗TA饱和的措施,但为此大大增加了保护算法和动作判据的复杂性,降低了差动保护的快速性、灵敏性和可靠性。OCT具有无磁饱和、抗电磁干扰能力强等优点,能够从根本上解决这个问题。对后一个问题,尽管采取了各种各样的补偿措施,但是均未能从根本上解决工频量线路差动保护受线路对地分布电容影响的难题。因此,探讨新的差动原理或实现方式成为了该领域研究的主导方向。本文采用输电线分布参数模型,用拉氏变换法推导了高压长距离输电线故障时两侧的基本非周期分量,分析和研究表明:线路两侧基本非周期分量的初值和方向与故障发生的时刻有关,而且在线路区内故障时表现为故障电流,在线路区外故障时表现为穿越性电流。经过计算和比较后可准确判断故障性质。基于OCT能够准确测量非周期分量,首次提出了基于非周期分量的比率差动保护和方向差动保护原理,给出了两种保护原理的算法和动作判据,进行了性能比较。并将这种新原理应用于线路差动保护,具有不受线路对地分布电容影响的突出优点,解决了工频量线路差动保护的难题。对线路非周期分量差动保护在电网不同运行工况下的动作行为进行了分析和仿真,证明这种新原理的保护是正确与可靠的。非周期分量差动保护和行波差动保护都存在特定故障时灵敏度不足的问题,但二者在灵敏度问题上正好完全互补。基于此首次提出了线路非周期分量差动保护与行波差动保护一体化思想,并提出与传统的工频量差动保护结合为智能型差动保护,进一步提高线路差动保护的整体性能。OCT具有测量输出数字化和传输网络化的特点,可直接与微机保护和控制装置接口,实现全站数据共享,这将对变电站自动化系统的变革产生深远影响,为提高电力系统录波、测距和定位的准确性和可靠性奠定测量基础,并将促进数字化变电站的快速发展。基于此研究了变电站自动化系统,并具体研究了智能型变压器过负荷联切系统。实现了基于OCT的线路差动保护和智能型自动装置的挂网运行。

全文目录

中文摘要  5-6
Abstract  6-12
第一章绪论  12-34
  1.1 引言  12-13
  1.2 课题背景及意义  13-16
  1.3 光学电流互感器  16-22
    1.3.1 光学电流互感器的传感原理与关键技术  18-21
      1.3.1.1 基本原理与特点  18
      1.3.1.2 光学电流互感器与 Rogowski 线圈电流互感器的比较  18-19
      1.3.1.3 光学电流互感器实用化的难点  19-20
      1.3.1.4 自适应 OCT 的关键技术  20-21
    1.3.2 光学电流互感器的输出方式  21-22
  1.4 差动保护的现状与发展  22-27
    1.4.1 差动保护基本原理  22-23
    1.4.2 存在的问题及解决方法  23-24
    1.4.3 采样值差动保护  24-25
    1.4.4 故障分量差动保护  25-26
    1.4.5 超高压长距离输电线差动保护  26-27
  1.5 变电站自动化系统的发展历史和国内外研究现状  27-32
    1.5.1 变电站自动化系统结构的变迁和发展  27-31
    1.5.2 通信网络  31
    1.5.3 变电站自动化系统的基本功能与特点  31-32
  1.6 本文的主要工作  32-34
第二章 OCT 对差动保护影响的基础理论研究  34-50
  2.1 引言  34
  2.2 光学电流互感器的传变特性分析  34-41
    2.2.1 递推最小二乘算法  35-37
    2.2.2 利用最小二乘算法对现场数据进行分析  37-41
  2.3 基于 OCT 的差动保护研究  41-46
    2.3.1 工频量差动保护  41-43
    2.3.2 采样值差动保护  43
    2.3.3 行波差动保护  43-46
      2.3.3.1 行波保护的发展历史  44-45
      2.3.3.2 行波差动保护原理  45
      2.3.3.3 行波差动保护的优缺点  45-46
  2.4 非周期分量差动保护  46-49
    2.4.1 暂态非周期分量的特点  46
    2.4.2 非周期分量比率差动保护  46-47
    2.4.3 非周期分量方向差动保护  47-48
    2.4.4 两种非周期分量差动保护的比较  48
    2.4.5 非周期分量差动保护的优缺点  48-49
  2.5 小结  49-50
第三章基于 OCT 的线路非周期分量差动保护研究  50-64
  3.1 引言  50
  3.2 长距离输电线路的暂态非周期分量  50-54
    3.2.1 暂态基本非周期分量电流计算  50-52
    3.2.2 暂态基本非周期分量电流特征  52-54
  3.3 线路非周期分量差动保护  54-56
    3.3.1 线路非周期分量比率差动保护  54-55
    3.3.2 线路非周期分量方向差动保护  55-56
  3.4 EMTDC/PSCAD 仿真研究  56-62
    3.4.1 在同一地点、同一时刻发生不同类型故障  57-60
    3.4.2 同一故障类型不同故障电阻  60-61
    3.4.3 在线路的不同位置发生同一类型故障  61-62
    3.4.4 同一单相接地故障的不同故障时刻  62
  3.5 小结  62-64
第四章线路非周期分量差动保护特殊问题研究  64-76
  4.1 引言  64
  4.2 输电线上增加并联电抗器后附加非周期分量  64-65
  4.3 线路非周期分量差动保护相关问题探讨  65-72
    4.3.1 并联电抗器的影响  65-66
    4.3.2 串联补偿电容的影响  66-68
    4.3.3 其它因素的影响  68-72
  4.4 智能式线路差动保护的研究  72-75
    4.4.1 智能式差动保护  72-74
    4.4.2 智能式线路差动保护的实现规则  74-75
  4.5 小结  75-76
第五章基于 OCT 的变电站自动化系统研究  76-90
  5.1 引言  76
  5.2 基于 OCT 的变电站自动化系统结构及实现  76-84
    5.2.1 合并单元(MU)  77-80
      5.2.1.1 合并单元的定义、结构及功能  77-78
      5.2.1.2 合并单元的接口  78
      5.2.1.3 合并单元的通信规约  78-80
    5.2.2 IEC61850  80-82
      5.2.2.1 IEC61850 的特点  80-81
      5.2.2.2 IEC61850 功能  81-82
    5.2.3 网络总线  82-84
      5.2.3.1 过程总线基本方案  82-83
      5.2.3.2 变电站网络总线基本方案  83-84
  5.3 基于 OCT 的变电站自动化系统  84-89
    5.3.1 系统构想  84-86
    5.3.2 基于OCT 的变压器过负荷联切系统  86-89
      5.3.2.1 智能型变压器过负荷联切装置系统  86-89
      5.3.2.2 基于 OCT 的广域分布式变压器过负荷联切系统  89
  5.4 小结  89-90
第六章基于 OCT 的线路差动保护及自动装置实用化  90-111
  6.1 引言  90
  6.2 光学电流互感器实用化中几个关键技术的研究与设计方案  90-100
    6.2.1 自适应OCT 的实现方法  90-96
      6.2.1.1 磁场聚集与抗干扰技术  91-92
      6.2.1.2 高压光纤传输技术  92-93
      6.2.1.3 信号处理单元技术  93-96
    6.2.2 自适应OCT 的型式试验  96-98
      6.2.2.1 高压试验  96-97
      6.2.2.2 动热稳定试验  97-98
    6.2.3 自适应OCT 的运行  98-100
  6.3 自适应 OCT 在线路光纤纵差保护中应用  100-107
    6.3.1 新型线路光纤纵差保护  100-101
    6.3.2 双端数据传输方法及实现  101-104
    6.3.3 保护算法实现  104-105
    6.3.4 基于自适应 OCT 的线路光纤纵差保护运行  105-107
    6.3.5 项目评审情况  107
  6.4 变压器过负荷联切自动装置的应用  107-110
    6.4.1 概述  107-108
    6.4.2 装置主要工作原理  108-109
    6.4.3 硬件原理说明  109-110
    6.4.4 项目评审和获奖情况  110
  6.5 小结  110-111
第七章结论  111-114
参考文献  114-121
致谢  121-122
附录  122-124
  附录 1:评审证书 1  122-123
  附录 2:评审证书 2  123-124
攻读博士学位期间发表的学术论文  124-125
攻读博士学位期间参加的科研工作  125

基于OCT的线路差动保护及变电站自动化系统研究

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