±800kV特高压直流输电线路保护和故障测距研究

DC line protection is different from the AC line protection. The high impedance ground fault is difficult detected by du/dt criterion,and fault location is also difficult. It intends to take full advantage of the impediment of the natural boundary of the DC line at both ends which has stopband characteristics to the high frequency components，transfer characteristic of the boundary and line to traveling wave transient is analyzed and simulated，the disturbance traveling wave transient characteristics and extraction algorithm will be explored in multi-angle，a series of lines inside and outside the fault identification, high-impedance detection, interference identification criterion are proposed，and then the new the DC line protection scheme which the start element du/dt has two fixed value will be proposed. Frequency spectrum for UHVDC transmission lines fault will be analyzed, and the mathematic relationship among frequency spectrum,fault location, and boundary condition will be discovered. Optimal signal processing method will be chosen as frequency spectrum detection. Fault location for UHVDC transmission lines based on natural frequency will be proposed. Identification of flashover and lightning strike and locating method for its position will be proposed. Multi-algorithm fusion intelligent method for fault locaion and locating result confidence evaluation will be build. Novel transient protection scheme and fault location system for UHVDC transmission lines will be proposed.

直流线路保护不同于交流线路保护。针对以电压变化率为核心判据的现有直流线路主保护难以检测远端高阻故障以及线路故障精确定位的困难，拟充分利用直流线路两端天然的边界对高频分量的阻碍作用，通过对边界及线路对行波暂态量传变的理论解析与仿真，探讨多视角下不同扰动行波暂态量的特征及提取算法，提炼出一系列线路区内外故障辨识、高阻检测、干扰识别等判据,继而提出采用双定值启动具有原理冗余的直流线路保护新方案；针对故障精确定位困难，拟研究直流输电线路故障频谱，解析故障频谱与故障距离、线路边界条件间的数学关系，探寻提取故障频谱最佳的信号处理手段，形成基于自然频率的直流输电线路故障定位方法，探索雷击故障情况下雷击点及闪络点不一致时的辨识与定位方法，构建多算法融合的故障智能定位策略和测距结果置信度评价方法，最终构建特高压直流输电线路单端暂态保护新方案及故障测距体系。

直流线路保护不同于交流线路保护。统计表明，线路故障约占直流输电系统故障的50%，而线路保护正确动作切除故障的仅占50%，大量直流线路故障是由直流控制系统响应动作，导致直流闭锁。直流线路故障过程及其动态特性与直流控制作用密切相关，直流控制系统对电气特征量的强制作用，使得直流控制系统对直流线路保护，尤其是对后备保护的影响不容忽视。建立了包含控制系统阀控制层的800kV直流输电系统仿真模型，以数字仿真试验全面检验和考量SIMENS以电压电流变化率为基础和核心的单端行波保护作为主保护、纵联电流差动保护作为后备保护的直流输电线路保护动作特性和性能；检验和考量ABB以极波变化率为核心的主保护性能。根据雷击和短路故障信号在各频带的暂态能量分布特征实现了非故障性雷击、故障性雷击和普通短路故障的识别。由平波电抗器和直流滤波器构成的直流输电线路实体物理边界，对高频分量具有阻塞作用，使得线路内部故障和外部故障下其量测终端的电压电流高频含量存在显著差异，借助物理边界电气特性构建直流线路主保护算法，提出线路模型匹配和基于故障极线路电压进行PCA聚类分析的线路内部故障识别元件。采用现行的直流线路保护和基于极线电压进行聚类分析的 PCA 故障识别元件构建不同原理多重化冗余配置的直流线路保护方案。自然频率与故障距离之间存在数学关系，利用人工神经网络（ANN）的非线性函数逼近拟合能力和直流线路自然频率，建立直流输电线路故障定位的 ANN模型，实现了直流线路故障定位。在此基础上，还研究了直流线路保护的启动、故障选极等辅助元件与主保护为统一表达式的直流线路保护方案。对高压直流系统特有的接地极线路的故障定位进行了初探，提出了提出利用 “构造方向电流”来快速判断接地极线故障，并选出故障接地极线的方法。采用故障前数据并经过小波变换，选取其含有直流分量的小波系数来获取直流分量，实现了极址电阻在线精确计算，并推导了基于π型等效线路模型的谐波分量的故障测距方法。