郭振威 姚建剛 康 童 袁旭龍 賀天良 石賽美

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一種輸電線路超高速方向保護方法

郭振威1,2姚建剛1康 童1袁旭龍3賀天良4石賽美3

（1. 湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 長沙 410082 2. 桂林理工大學(xué)機械與控制工程學(xué)院 桂林 541004 3. 邵陽學(xué)院電氣工程系 邵陽 422000 4. 92665部隊13分隊 慈利 427200）

通過深入分析故障暫態(tài)電流在超高壓母線系統(tǒng)中的傳播特性、故障初始角與暫態(tài)電阻對故障高頻暫態(tài)電流能量影響，首先將母線兩側(cè)故障高頻暫態(tài)電流的能量作差，然后將故障高頻暫態(tài)電流能量差按照故障初始角與暫態(tài)電阻進行歸算，利用歸算后的故障高頻暫態(tài)電流能量差可以準(zhǔn)確判斷故障方向。根據(jù)線路兩端的方向判斷結(jié)果便可準(zhǔn)確判斷被保護線路是否故障。該保護方法消除了故障初始角與暫態(tài)電阻對暫態(tài)保護的影響，具有高可靠性和靈敏度。在三相500kV電力系統(tǒng)中，考慮各種典型故障情況，使用ATPDraw對該算法進行了大量仿真分析。仿真結(jié)果表明，應(yīng)用該算法實現(xiàn)超高輸電線路的超高速保護是可行的。

故障初始角 暫態(tài)電阻 方向保護 輸電線路

0 引言

隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大、電壓等級的升高以及用戶對供電可靠性、安全性等的要求越來越高，快速切除故障已成為提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性和線路傳輸能力的重要措施[1]。輸電線路發(fā)生短路故障時，產(chǎn)生的大量暫態(tài)行波從故障點向線路兩端母線傳播，并在母線與故障點等波阻抗不連續(xù)點發(fā)生多次折反射以及母線對地分布等效電容的旁路分流作用，形成故障高頻暫態(tài)量，其包含故障信號的幅值、極性、方向、故障初始角和過渡電阻等豐富信息，利用這些信息可以構(gòu)建各種類型超高速暫態(tài)保護[2-7]。

方向保護是輸電線路重要的主保護之一[8]，長期以來一直沿用基于工頻量測量方式，其動作速度受濾波器時窗限制。利用故障高頻暫態(tài)信息構(gòu)造的方向保護具有高速動作性能[9]，適合現(xiàn)代電網(wǎng)的大發(fā)展需要。為提高行波方向保護的可靠性，近年來國內(nèi)外學(xué)者提出了一些新算法。文獻[10]論述了基于故障分量能量函數(shù)的超高速方向保護原理，并提出自適應(yīng)方向判據(jù)，以解決系統(tǒng)振蕩引起的不平衡量影響和無窮大電源系統(tǒng)中保護靈敏度不足的問題。文獻[11]利用小波多分辨分析提取行波分量，并將行波分量的能量表征小波變換譜能量，基于故障發(fā)生后一段時間內(nèi)正向行波分量與反向行波分量間的能量大小關(guān)系來識別故障方向。文獻[12]在獲取連接在同一母線上的各條輸電線路暫態(tài)電流信號的基礎(chǔ)上，采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)分析其極性和能量以確定故障方向。文獻[13]通過多分辨形態(tài)梯度表現(xiàn)出的電流、電壓行波信號的突變特征，利用瞬時功率判據(jù)判斷故障方向。文獻[14]利用希爾伯特-黃變換（Hilbert-Huang Transform, HHT）提取線路故障后的正、反向行波信息，通過對行波信號進行經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解求出其第一個固有模態(tài)函數(shù)，然后對固有模態(tài)函數(shù)進行Hilbert變換求取幅值，并利用幅值比較的方式來判斷故障的時刻和方向。為了減小故障初始角、反射波和母線接線方式等因素的影響，文獻[15]先由具有細(xì)節(jié)保留特性的非線性中值濾波器對前、反行波進行濾波，再通過簡單的二次方和運算求取前行波與反行波的時域能量之比來判別故障方向。文獻[16]采用數(shù)字式二階電阻電容低通濾波器和半波差分傅里葉算法，結(jié)合相序變換濾取負(fù)序分量，在計算機中實現(xiàn)負(fù)序方向元件的保護。文獻[17]基于故障發(fā)生后一段時間內(nèi)，正向行波與反向行波兩者幅值積分的比值來確定故障方向。文獻[18]以突變量及負(fù)序無功方向元件組成功率方向元件，基于瞬時無功功率理論及故障附加網(wǎng)絡(luò)，提出了一種以功率方向判斷故障方向的方法。文獻[19]通過比較故障時電流信號方向與正常狀態(tài)時功率方向判定故障發(fā)生的方向。文獻[20]提出一種適合串聯(lián)補償電容的輸電線路的暫態(tài)方向行波保護方法。

目前的暫態(tài)方向保護方法[18-20]在構(gòu)造方向元件提取故障信號的幅值、極性等信息時，應(yīng)用先進的數(shù)字信號處理工具，如小波分析、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)和HHT應(yīng)用于暫態(tài)保護，取得了較好效果，但這些方法在基本原理上很少有所突破，其中一個嚴(yán)重的缺陷是在構(gòu)造的判據(jù)中均未考慮故障初始角與暫態(tài)電阻對暫態(tài)保護的影響，因此造成目前暫態(tài)方向保護可靠性不高、保護性能不夠穩(wěn)定。本文針對目前暫態(tài)方向保護這一缺陷，首先將連接在母線上的兩條線路的故障高頻暫態(tài)電流的能量作差，然后將故障高頻暫態(tài)電流能量差按照故障初始角與暫態(tài)電阻進行歸算，利用歸算后的故障高頻暫態(tài)電流能量差作為故障方向的判斷元件。本方法的故障方向判斷元件消除了故障初始角與暫態(tài)電阻對暫態(tài)保護的不利影響，使保護可靠性、靈敏度大幅提高。大量的仿真分析說明了所提出的保護原理的可行性。

1 母線系統(tǒng)傳播行波的高頻特性

輸電線路發(fā)生故障時，產(chǎn)生大量暫態(tài)信號，故障初始角與暫態(tài)電阻對暫態(tài)信號強度有很大影響[21]。由于母線存在很大的對地分布電容，當(dāng)暫態(tài)電流信號傳播到母線時，暫態(tài)高頻信號發(fā)生大量衰減，同時發(fā)生反射與折射。在實際電力系統(tǒng)中，由于連接于同一條母線的架空線路波阻抗基本相等，所以折射到線路上的暫態(tài)電流也基本相等。

圖1是500kV母線系統(tǒng)高頻特性示意圖。母線A連接線路L、L1、L2和L3，其波阻抗分別表示為L、L1、L2和L3。母線A和母線上連接的電氣設(shè)備都存在對地分布電容，等效為。當(dāng)其中一條線路（如線路L）發(fā)生接地短路故障時，產(chǎn)生暫態(tài)高頻電壓、暫態(tài)高頻電流沿線路L向母線A傳播，在A處發(fā)生折射和反射。投射到母線A，由于母線A后面的所有線路和設(shè)備都連在同一節(jié)點，所以電壓折射波對于每條支路都相等，而各支路的電流折射波、、和各不相等，其和為+，即

（2）

圖1 500kV母線系統(tǒng)高頻特性示意圖

Fig.1 The high frequency characteristic of 500kV busbar system

同理，當(dāng)母線或連接在母線上的其他電氣設(shè)備發(fā)生短路故障時，在各線路L、L1、L2和L3檢測到暫態(tài)高頻電流、、和也近似相等。

2 基于故障初始角與暫態(tài)電阻的輸電線路方向保護

2.1 基本原理

簡單介紹文中基于故障初始角與暫態(tài)電阻的方向保護的基本原理。被保護電網(wǎng)接線如圖2所示。由第1節(jié)分析可知，當(dāng)一條輸電線路發(fā)生故障時，故障產(chǎn)生的高頻暫態(tài)行波將由故障點沿線路向兩端傳播。當(dāng)高頻暫態(tài)行波傳遞到一端母線時，母線對地分布等效電容將使大部分高頻暫態(tài)電流旁路分流入地，同時由于母線是行波傳遞過程中的波阻抗不連續(xù)點，故障電流行波傳遞到母線將發(fā)生反射和折射，一部分故障行波被反射回來，一部分故障行波則通過折射傳遞到鄰近線路。無論反射回來的行波還是折射到鄰近線路的行波都比行波未通過母線前小很多。在母線兩側(cè)觀測到的行波能量相差顯著，近故障側(cè)觀測到行波能量總是比遠(yuǎn)故障側(cè)能量大得多。因此，近故障側(cè)暫態(tài)電流行波能量與遠(yuǎn)故障側(cè)暫態(tài)電流能量之差大于0，定義故障方向為正；遠(yuǎn)故障側(cè)的暫態(tài)電流行波能量與近故障側(cè)暫態(tài)電流行波能量之差小于0，定義故障方向為負(fù)。當(dāng)母線故障時，故障暫態(tài)電流幾乎同時到達(dá)各條出線首端的觀測處，因為各條線路的波阻抗幾乎相等。因此，母線故障時，在各線路出口端觀測到的故障暫態(tài)電流幾乎相等，即母線兩側(cè)故障暫態(tài)電流能量相減幾乎等于0。因此，在一條線路兩端的母線處，總是用母線內(nèi)側(cè)觀測到的暫態(tài)電流能量減去外側(cè)暫態(tài)電流能量，根據(jù)這個暫態(tài)電流能量差（Energy Difference, ED）就可以判斷故障方向。如果被保護線路內(nèi)部故障，線路兩端的母線內(nèi)外兩側(cè)暫態(tài)電流能量差大于0，即線路兩端判斷故障方向都為正；外部故障時，一端母線內(nèi)外兩側(cè)暫態(tài)電流能量差大于0，另一端母線內(nèi)外兩側(cè)暫態(tài)電流能量差小于0，即兩端判斷的故障方向一正一負(fù)。根據(jù)這一原理可以為輸電線路構(gòu)造出超高速的方向保護，并將暫態(tài)電流ED定義為故障特征變量。

圖2 被保護電網(wǎng)接線

由以上分析可知，假設(shè)圖2中的線路BC內(nèi)部的F1點發(fā)生故障，CT2觀測到的暫態(tài)電流能量2總比CT1觀測到的暫態(tài)電流能量1大得多，即 ED21＞0，線路B端保護判斷故障方向為正；CT3觀測到的暫態(tài)電流能量3總比CT4觀測到的暫態(tài)電流能量4大得多，即ED34＞0，線路C端保護判斷故障方向為正。如果外部線路CD上的F2點發(fā)生故障，則ED21＞0、ED34＜0，即線路B端判斷故障方向為正，線路C端判斷故障方向為負(fù)。如果外部線路AB上的F3點發(fā)生故障，則ED21＜0、ED34＞0，即線路B端判斷故障方向為負(fù)，線路C端判斷故障方向為正。如果母線C上的F3點發(fā)生故障，則 ED21＞0、ED34≈0。線路CG上的F4點發(fā)生故障時，與母線C上的F3點故障時情況類似，有ED21＞0、ED34≈0。綜上所述，線路BC內(nèi)部發(fā)生故障時，兩端判斷的故障方向都為正；外部故障時，兩端判斷的方向一正一負(fù)。

進一步分析發(fā)現(xiàn)上述原理存在兩大嚴(yán)重缺陷。第一，母線C（或母線B）故障時，ED21（或ED34）只是約等于0，并不是嚴(yán)格等于0，因此判斷故障方向時，ED21與ED34的動作整定值應(yīng)該整定為大于0的實數(shù)，而不能等于0，并且還應(yīng)該留有一定裕度。第二，故障初始角與暫態(tài)電阻對故障產(chǎn)生的暫態(tài)量的影響很大，電流故障初始角接近90°時，故障暫態(tài)電流很小；另外，在故障初始角與暫態(tài)電阻都較大時，故障暫態(tài)電流較小。因此，在這些故障狀態(tài)下，即使線路BC內(nèi)部發(fā)生故障，因故障暫態(tài)電流很小，所以ED21與ED34都很小，這要求在故障判斷整定時，ED21與ED34的動作值應(yīng)該整定得足夠小，理論上應(yīng)該等于0。上述兩種情況對ED21與ED34的動作整定值的要求互相矛盾，如果直接應(yīng)用ED21與ED34構(gòu)造保護判據(jù)，在某些情況下，可能會發(fā)生誤判，進而可能造成保護誤動或拒動。為了解決這一問題，可以將ED21與ED34按照故障初始角與暫態(tài)電阻進行歸算，將不同故障狀態(tài)下的故障特征值歸算到同一故障狀態(tài)下的值，消除故障初始角與暫態(tài)電阻的影響，提高保護可靠性與靈敏度，并且也很容易進行保護整定。

2.2 故障初始角

50Hz的三相架空線路中，設(shè)線路單位長度電阻為1，線路單位長度電容為1，≈1.0510-6/km2，所以相位系數(shù)≈≈rad/km≈0.06°/km。因此，監(jiān)測到保護安裝處故障時的相位0，并計算出故障點的距離，就可計算故障點的故障初始角，具體計算步驟為：①計算故障點到保護安裝處的故障距離；②檢測故障時刻保護安裝處的故障角0；③計算線路的相位系數(shù)；④計算故障初始角f，f=0。

故障距離計算方法很多[22-25]，其中，文獻[24]提出的單端量組合測距法準(zhǔn)確度很高，在各種故障距離、故障方式和過渡電阻的情況下，故障距離的計算準(zhǔn)確度基本不受影響，誤差小于0.2%，誤差距離小于100m。因此，采用故障測距法計算故障初始角，計算準(zhǔn)確度小于0.006°。

2.3 過渡電阻

當(dāng)圖2中F1處A相接地短路時，設(shè)暫態(tài)電阻為f、保護安裝處的測量阻抗為f、流過故障點的短路電流為，流過線路BC送電側(cè)（B側(cè)）和受電側(cè)（C側(cè)）的單相故障相電流分別為和。故障點處故障電阻消耗的總功率等于A相的功率，即[26]

a+ja=（3）

式中，為受電側(cè)電源功率相對送電側(cè)電源功率的功率分布系數(shù)。

因此，送電側(cè)電源供給短路點的功率和受電側(cè)電源供給短路點的功率滿足

同樣，兩側(cè)電源供給短路點的電流滿足

（6）

根據(jù)式（5）可得短路點的總功率為

a+ja=+j++j=(1+)(+j) （8）

根據(jù)式（6）和式（7），式（3）又可表示為

a+ja=Zf(1+)2（9）

由式（8）和式（9）可得故障阻抗的實部為[26]

2.4 故障特征提取

由第1節(jié)分析可知，頻率越高，暫態(tài)電流通過母線時，被母線對地分布電容旁路分流的暫態(tài)電流越多。因此，頻率越高，區(qū)內(nèi)故障與區(qū)外故障的ED差別越大，越有利于故障區(qū)域判別。但是，頻率過高，其在故障電流中的含量過小，監(jiān)測將發(fā)生困難?？梢?，必需選擇合適頻段的暫態(tài)信號提取故障特征量。為此，本文通過大量仿真研究表明，選取50～100kHz的暫態(tài)電流信號是合適的。因此，在研究過程中，采樣頻率取200kHz，并設(shè)計帶寬為50～100kHz的帶通濾波器提取故障電流高頻分量。

在圖2中，母線B兩側(cè)的CT1、CT2監(jiān)測到的故障暫態(tài)電流為1、2，提取帶寬為50～100kHz的高頻暫態(tài)電流分量分別表示為1hf、2hf，二者對應(yīng)的能量1、2分別表示為

母線B兩端的暫態(tài)電流能量差ED21為

ED21=2–1（12）

同理，母線C兩端的故障暫態(tài)電流3、4中的高頻暫態(tài)分量3hf、4hf的能量3、4為

母線C兩端的暫態(tài)電流能量差ED34為

ED34=3–4（14）

故障初始角與暫態(tài)電阻對ED21、ED34的影響很大。如果將ED21、ED34直接用于構(gòu)造保護判據(jù)，必然會降低保護可靠性，造成保護拒動或誤動。因此，先根據(jù)式（15）和式（16），按故障初始角與暫態(tài)電阻將ED21、ED34歸算為NED21、NED34，然后再利用歸算后的NED21、NED34構(gòu)造保護判據(jù)，就可消除不同故障初始角與暫態(tài)電阻對保護可靠性的影響，且容易整定。

（16）

式中，、、、為常數(shù)；f為暫態(tài)電阻；為故障初始角。

將歸算后的故障高頻暫態(tài)電流能量差NED21、NED34重新定義為故障特征變量，根據(jù)二者的值可以準(zhǔn)確判斷線路BC的故障方向。

3 仿真實例與分析

3.1 仿真系統(tǒng)

圖2所示的電網(wǎng)接線取自華北電網(wǎng)500kV平武線路[27]。AB、BC、CD和CE段線路長度分別為180km、342km、360km和266km。1=35MV·A，2=10MV·A，3=20MV·A，4=5MV·A。線路參數(shù)1=0.2783W/km、1=0.027W/km、1=0.0127mF/km、0=0.6494W/km、0=0.1948W/km、0=0.009mF/km。各端母線并聯(lián)等效分布電容為0.01mF[28]。對圖2所示的系統(tǒng)，式（17）中=0.034 72、=-0.0184、=0.8953、=0.004568。

3.2 典型故障分析

分別在圖2中線路BC的F1點、線路CD的F2點、線路AB的F3點、母線C的F4點、線路CE內(nèi)F5點設(shè)置故障點。研究各種故障初始角與0～300W暫態(tài)電阻的情況下區(qū)內(nèi)與區(qū)外故障情況。限于篇幅，以下只列出了A相短路故障部分的數(shù)據(jù)。

3.2.1 線路BC故障

電流故障初始角為0°，暫態(tài)電阻為1W，在BC線路F1點（距C端1=10km處）故障時的NED如圖3所示。

圖3 qf =0°, Rf=1W, F1點（l1=10km）故障時的NED

不同故障初始角與暫態(tài)電阻情況下，F(xiàn)1點故障時的NED見表1。由表1和圖3可知，線路BC故障時，故障特征量NED21、NED34都大于0，且都遠(yuǎn)大于139 000。

表1 不同故障條件下線路BC故障時的NED

Tab.1 The values of NEDfor faults on line BC with different conditions

3.2.2 線路CD故障

電流故障初始角為0°，暫態(tài)電阻為1W，在CD線路F2點（距C端2=10km處）故障時的NED如圖4所示。

圖4 qf =0°, Rf =1W, F2點（l2=10km）故障時的NED

不同故障初始角與暫態(tài)電阻情況下，F(xiàn)2點故障時的NED見表2。由表2和圖4可知，線路CD故障時，故障特征量0＜NED21＜2 000、NED34＜0且＞654 000。

表2 不同故障條件下線路CD故障時的NED

Tab.2 The values of NEDfor faults on line CD with different conditions

3.2.3 線路AB故障

電流故障初始角為0°，暫態(tài)電阻為1W，在AB線路F3點（距B端3=1km處）故障時的NED如圖5所示。

圖5 qf =0°, Rf =1W, F3點（l3=1km）故障時的NED

不同故障初始角與暫態(tài)電阻情況下，F(xiàn)3點故障時的NED見表3。由表3和圖5可知，線路AB故障時，故障特征量NED21＜0且＞254 000、0＜NED34＜800。

3.2.4 母線C故障

電流故障初始角為0°，暫態(tài)電阻為1W，在母線上F4點故障時的NED如圖6所示。

表3 不同故障條件下線路AB故障時的NED

Tab.3 The values of NEDfor faults on line AB with different conditions

圖6 qf =0°, Rf =1W, F4點故障時的NED

不同故障初始角與暫態(tài)電阻情況下，母線C故障時的NED見表4。由表4和圖6可知，母線C故障時，故障特征量0＜NED21＜47 000、在故障初始時刻0＜NED34＜30，在以后的時刻NED34值出現(xiàn)正負(fù)交錯的情況，但其絕對值遠(yuǎn)小于15 000。

表4 不同故障條件下母線C故障時的NED

Tab.4 The values of NEDfor faults on busbar C with different conditions

3.2.5 線路CE故障

電流故障初始角為0°，暫態(tài)電阻為1W，在線路CE上的F5點（距C端4=1km處）故障時的NED如圖7所示。

圖7 qf =0°, Rf =1W, F5點（l4=1km）故障時的NED

不同故障初始角與暫態(tài)電阻情況下，線路CE故障時的NED見表5。由表5和圖7可知，線路CE故障時，故障特征量0＜NED21＜300、在故障初始時刻0＜NED34＜0.1，在以后的時刻NED34值出現(xiàn)正負(fù)交錯的情況，但其絕對值遠(yuǎn)小于100。

表5 不同故障條件下線路CE故障時的NED

Tab.5 The values of NEDfor faults on line CE with different conditions

3.3 判據(jù)整定

綜合上述仿真分析結(jié)果，保護區(qū)內(nèi)故障即線路BC故障時，故障特征量滿足NED21＞139 000、NED34＞139 000；區(qū)外線路CD故障時，故障特征量滿足0＜NED21＜2 000、NED34＜-654 000；區(qū)外線路AB故障時，故障特征滿足NED21＜-254 000、0＜NED34＜800；母線C故障時，故障特征滿足0＜NED21＜47 000、|NED34|＜15 000；保護區(qū)外線路CE故障時，故障特征量滿足0＜NED21＜300、＜100。

不難看出，保護區(qū)內(nèi)線路BC故障與保護區(qū)外故障的故障特征NED21、NED34差別顯著。因此，判據(jù)可整定為：

（1）當(dāng)且僅當(dāng)NED（NED21、NED34）＞50 000，本端保護判斷為正方向故障，并向?qū)Χ吮Ｗo發(fā)送“正向故障”信號，且此時收到對端發(fā)來的信號也是“正向故障”，則最終判斷為保護區(qū)線路BC故障。

（2）其他情況，保護區(qū)內(nèi)無故障。

4 保護配置

由前面分析知，一套方向保護能夠可靠判斷連接在同一條母線上的2回線路的故障方向，如當(dāng)NED34＞50 000時，判斷為線路CB方向故障；當(dāng)NED34＜-50 000時，判斷為線路CD方向故障。對于連接有回線路的母線，最多只需要裝設(shè)2+1套基于本原理的方向保護，即可保護連接于該母線的所有線路，可以節(jié)省輸電線路保護的投資。

另一方面，如果每回線路都配備本文所提出的保護，并合理地進行交叉組合安排每套方向保護所保護的2回線路，則每回線路都將處在具有不同輸入信號的兩套本原理方向保護的監(jiān)控之下。這樣，在沒有額外增加投資費用的前提下，實現(xiàn)了方向保護的雙重化，保護可靠性得到大幅提高。例如，對于圖2中母線C的3回出線BC、CD、CE，如果每回線路都配置本文所提出的方向保護，并且線路BC保護的輸入信號取自CT1/CT2的1hf/2hf、線路CD保護的輸入信號取自CT2/CT3的2hf/3hf、線路CE保護的輸入信號取自CT3/CT1的3hf/1hf，那么，正常情況下，線路BC、CD、CE都處在雙重方向保護監(jiān)控之下。此外，當(dāng)3套方向保護中的任意一套方向保護發(fā)生故障時，線路BC、CD、CE都仍然處在至少一套方向保護的正常有效監(jiān)控之下；或者當(dāng)3條線路BC、CD、CE中的任意一條線路退出運行時，其他兩條線路仍然處在至少一套方向保護的正常有效監(jiān)控之下。

5 結(jié)論

本文基于按故障初始角與暫態(tài)電阻歸算后的故障高頻暫態(tài)電流的能量，提出了一種適用于超高壓輸電線路的超高速方向暫態(tài)保護方法，并進行了大量仿真分析以證明該方法的正確性。理論分析與仿真計算表明，本文所提出的保護方案克服了傳統(tǒng)暫態(tài)方向保護受故障初始角與暫態(tài)電阻的影響，使保護可靠性大幅提高。一套基于該方法的方向保護可以同時為兩條線路提供故障方向判斷，一條母線的回出線，最多僅需要/2+1套本原理的方向保護即可判斷所有出線的故障方向，平均回出線最多僅需要/2+1套本原理的方向保護即可保護所有出線，相比傳統(tǒng)方向保護的每條線路必須配置一套保護，可以節(jié)省大量投資。如果按照傳統(tǒng)方向保護配置方式為每回線路都配備本方法的方向保護，那么在沒有額外增加投資費用的前提下，可使所有線路的方向保護實現(xiàn)雙重化，再次大幅提高了保護的可靠性。根據(jù)本文提出的保護方法，保護區(qū)內(nèi)發(fā)生故障與保護區(qū)外發(fā)生故障的故障特征量差別顯著，不會發(fā)生誤判，并且保護易于整定，保護靈敏度高。ATPDraw仿真結(jié)果證明了新保護方法的高可靠性與可行性。

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A Method for Directional Ultra-High-Speed Protection of Transmission Lines

1,211343

（1. College of Electrical & Information Engineering Hunan University Changsha 410082 China 2. College of Mechanical and Control Engineering Electromechanical Engineering College Guilin University of Technology Guilin 541004 China 3. Department of Electrical Engineering Shaoyang University Shaoyang 422000 China 4. 92665 Troop 13 Detachment Cili 427200 China）

A new directional protection of EHV power transmission lines was presented based on the propagation characteristics generated by fault high transient current. In the procedure, the energy difference of fault induced high transient current was obtained from the two lines connected with the same bus. Then, the energy difference was normalized by initial fault angle and transient resistance. According to the normalized energy difference, the positive direction of fault can be correctly discriminated from negative direction. Based on the fault directions of the line at two endings, whether a fault occurs on the protected line can be determined. The proposed method eliminated the influence of the initial fault angle and transient resistance, and has high reliability and sensitivity. Simulation results verified the feasibility of the method for EHV transmission lines.

Fault initial angle, transient resistance, directional protection, transmission line

TM771

湖南省教育廳科研項目基金資助項目（13C840）。

2015-08-17 改稿日期 2016-02-07

郭振威 男，1974年生，博士研究生，主要從事電力系統(tǒng)保護與控制、電力系統(tǒng)自動化的研究工作。E-mail: gzwcbf@163.com（通信作者）

姚建剛 男，1952年生，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事電力系統(tǒng)自動化和電力市場方面的教學(xué)與科研工作。E-mail: yaojiangang@126.com