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圆特性距离继电器临界失效风险评估体系构建研究

作　者: 王冠南
导　师: 龙军
学　校: 广西大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 运行可靠性距离继电器临界失效同相域振荡阻抗轨迹
分类号: TM773
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本世纪初期的国内外几次大停电事故表明,在电网故障过程中的运行和故障模式是离线分析所未能预计的,而实际故障发生后的对系统状态的全面掌握和分析又缺乏必要手段和方法,从而导致事故的扩大。继电保护在线失效风险模型是输电系统运行可靠性评估研究的重要组成部分,相关基础理论和应用技术的研究已成为了确保大型电网安全与稳定的不可或缺的关键性课题。论文首先概括性的叙述了输电系统保护技术的发展历程和总体运行情况,分项阐述两类失效的机理,其中着重考虑了短路故障类型和故障过渡电阻带来的影响,并采用加权形式表达出保护装置所处外部环境的独有特征。提出了继电保护系统临界失效风险评估模型,分析并研究了评估模型中的失效系数和失效曲线的具体实现方案。上述模型解决了传统上只能依据保护元件统计数据估算其安全程度的不足,准确的处理了电网运行的不确定因素,为进行计及继电保护系统影响的输电系统运行可靠性评估提供了决策依据和可信指标。圆特性欧姆距离继电器和各偏转型欧姆继电器是输电线路中最常用继电保护装置。根据继电保护的原理和配置方案,研究实时短路故障条件下各种继电保护第二类失效风险的算法：1.基于实用欧姆继电器在阻抗复平面上的圆动作特性以及继电器测量阻抗方程式,推导继电器临界失效电阻的分布图及临界失效系数；2.根据不同故障类型下的测量阻抗方程式,提出单相及相间故障条件下的继电器临界失效电阻的分布图及临界失效系数；3.基于偏转特性实用欧姆继电器的圆动作特性以及继电器测量阻抗方程式,推导继电器最大动作域分布图及最大动作域系数,阐述根据失效状态变化域计算动作域系数的方法；4.分析非故障相元件测量阻抗轨迹特性受电网状态变化的综合影响。考虑到保护安装处负序电压随过渡电阻变化而自适应调整动作边界的优势,分析并发现补偿电压进入同相区的可变临界圆动作特性等伴随条件,建立了输电线路自适应距离保护新方案。计算继电器有载运行情况下的测量阻抗变化范围,将研究所得临界失效模型运用于同相域范围,并结合功角变化、电压损耗和网络结构等实变状态量,构建出可变圆特性临界失效风险评估模型。就继电器改进后的保护方案,利用EMTDC验证其耐受过渡电阻性能的改变,预测发生拒动故障的可能性。论文还就传统振荡防误闭锁装置的不足提出了基于电气变化量—距离继电器测量阻抗轨迹圆为修正判据的总体方案。因继电器安装处正、反向线路阻抗比值和线路两端电势大小比值因实际运行而有所不同,共设八种情况分别确定了继电器安装于送、受电侧时的振荡测量阻抗轨迹,讨论了从测量阻抗的电阻变化率符号中获取线路潮流方向信息的方式。对4节点简易可靠性测试系统的评估结果表明,继电保护具备连续故障条件下自适应潮流转向而调整闭锁判据的功能,证实了继电装置的安全度。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-20
  1.1 课题研究背景  11-12
  1.2 电力系统运行可靠性定义及指标  12-13
  1.3 国内外研究现状  13-19
    1.3.1 高压线路保护的发展历程及现状  13-16
    1.3.2 高压线路保护装置运行概况与分析  16-17
    1.3.3 继电保护运行的可靠性  17-19
  1.4 本文主要工作及章节安排  19-20
第2章距离继电器基础研究及评估模型的构建  20-38
  2.1 电力系统正常运行时的电压、电流  20-21
  2.2 电力系统横向短路分析  21-28
    2.2.1 单相接地短路  22-24
    2.2.2 两相短路  24-25
    2.2.3 两相接地短路  25-27
    2.2.4 三相短路  27-28
  2.3 距离继电器的理论基础  28-33
    2.3.1 补偿电压  28-29
    2.3.2 阻抗继电器动作特性分类  29-32
    2.3.3 过渡电阻对继电器测量阻抗影响的解析分析  32-33
  2.4 距离继电器失效概率模型  33-37
    2.4.1 全域失效概率模型  34-35
    2.4.2 临界失效概率模型  35-37
  2.5 结论  37-38
第3章实用欧姆继电器临界失效风险评估  38-71
  3.1 引言  38
  3.2 实用欧姆继电器原理及测量阻抗的计算  38-44
  3.3 单相接地故障条件下的影响因子分析  44-49
    3.3.1 功角变化影响  44-45
    3.3.2 电压损耗影响  45-46
    3.3.3 网络结构影响  46-49
  3.4 相间短路故障条件下的临界失效风险评估  49-57
    3.4.1 功角变化影响  53
    3.4.2 电压损耗影响  53-54
    3.4.3 网络结构影响  54-57
  3.5 偏转特性实用欧姆继电器的最大动作域分析  57-63
    3.5.1 偏转特性实用欧姆继电器  57-59
    3.5.2 动作域曲线特性分析  59-60
    3.5.3 功角变化影响  60
    3.5.4 电压损耗影响  60-61
    3.5.5 网络结构影响  61-62
    3.5.6 双端保护下的动作域曲线特性探讨  62-63
  3.6 非故障相测量阻抗特性分析  63-70
    3.6.1 非故障相测量阻抗理论计算  64-66
    3.6.2 非故障相测量阻抗实验测试分析  66-67
    3.6.3 影响因子作用简析  67-70
  3.7 结论  70-71
第4章可变圆特性继电器临界失效风险评估  71-91
  4.1 引言  71
  4.2 自适应距离保护新方案  71-73
    4.2.1 基于负序电压极化自适应距离继电器  71-72
    4.2.2 稳态超越问题的研究  72-73
  4.3 保护新方案原理分析  73-76
    4.3.1 负序电压极化自适应距离继电器特性分析  73-74
    4.3.2 可变圆限定性判据机理研究  74-76
  4.4 阻抗特性分析  76-79
    4.4.1 正向单相故障动作特性  76-78
    4.4.2 反向单相故障动作特性  78-79
  4.5 可变圆特性临界失效风险评估  79-88
    4.5.1 线路有载情况特性分析  79-81
    4.5.2 同相失效风险评估  81-82
    4.5.3 功角变化影响  82-83
    4.5.4 电压损耗影响  83
    4.5.5 网络结构影响  83-85
    4.5.6 相间短路条件下的同相问题研究  85-88
  4.6 仿真案例分析  88-89
  4.7 结论  89-91
第5章距离继电器振荡误动闭锁新方法  91-100
  5.1 引言  91
  5.2 系统振荡时测量阻抗的特性分析  91-92
  5.3 振荡与短路故障的识别  92-96
    5.3.1 现有几种振荡和短路的区分方法  92-93
    5.3.2 电气变化量闭锁原理  93-94
    5.3.3 改进方案  94-96
  5.4 仿真案例分析  96-98
  5.5 结论  98-100
第6章全文总结与展望  100-102
  6.1 本文主要结论和创新点  100-101
  6.2 后续研究工作展望  101-102
参考文献  102-109
致谢  109-110
攻读硕士学位期间发表论文和科研成果  110

圆特性距离继电器临界失效风险评估体系构建研究

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