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特高压直流输电线路雷击暂态过程与行波保护响应特性分析

北极星输配电网  来源:《电网技术》  作者:李书勇 郭琦 崔柳 蔡泽祥 梁益  2015/10/14 9:46:10  我要投稿  

北极星输配电网讯:0 引言

特高压直流输电系统的线路主保护采用基于暂态电气量变化原理构成的行波保护,其算法简单但易受干扰的特点在运行多年的超高压直流输电工程中得到证实[1-6]。南方电网“8.19”、“6.5”事件均为雷击单极输电线路后,对极行波保护误动导致云广特高压直流线路双极相继闭锁。这表明由特高压直流输电线路电压等级高、耦合程度强等特点而引发的雷击时行波保护动作可靠性问题有待进一步研究。

目前针对特高压直流输电线路雷击故障的仿真已开展了一些研究工作。文献[7]对雷电放电模型、绝缘子模型、杆塔模型等进行组合,模拟了输电线路雷击杆塔的暂态过程,但未涉及与保护动态响应特性研究工作相关的适用模型。文献[8-9]均以实验装置展开对特高压直流线路绕击的仿真工作,得到了地面倾角和保护角大小对绕击率的影响,提出了降低绕击率的有效措施,其实验结果能为仿真的正确性验证提供参考。文献[10-13]综合架空线以及杆塔上的雷击暂态过程,分析了特高压直流输电线路的耐雷特性,指出对线路最具威胁性的雷击类型,对特高压线路雷击过程仿真具有重要参考价值。但其仿真方法并不适用于雷击暂态波头特征捕捉仿真所需的小步长仿真研究中。综合以上分析,对于特高压线路遭受雷击后行波保护的响应分析研究工作亟需一种更具有普遍适用能力的小步长仿真方法及模型。

本文以南方电网某特高压直流工程为背景,基于PSCAD/EMTDC搭建实际直流控制保护模型,采用snapshot技术进行雷电暂态过程分段模拟,进行特高压直流线路雷击暂态过程与行波保护响应的小步长仿真研究。分析了发生非故障性绕击、故障性绕击及反击时行波保护安装处相关电气量的暂态过程特征,对比各情况下雷击极与非雷击极行波保护主要判据dU/dt、DU、DI的响应特性,揭示了行波保护不正确动作的机理,提出了提升行波保护雷击扰动下动作可靠性的优化思路。

1 特高压直流线路雷击仿真模型

1.1 研究系统概述

本文采用PSCAD/EMTDC软件搭建的某特高压直流输电系统研究其雷击暂态过程响应及行波保护响应特性,其基本参数见表1,所采用的保护控制模型判据与实际工程一致。

表1 某特高压直流输电系统基本参数

Tab. 1 Basic parameters of primary system

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