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1、HUNAN UNIVERSITY毕 业 论 文论文题目不带并联补偿的输电线路自 适应重合闸的方案设计 学生姓名学生学号专业班级学院名称电气工程及其自动化指导老师学院院长2015 年5 月 25 日1.绪论41.1该课题的研究背景与意义41.2自适应重合闸的研究现状61.2.1 利用耦合的电压来计算所得到的判断方式（线路电压判据法）61.2.2电压的补偿判据法71.2.3利用相位的判据71.2.4电压的自适应补偿判断依据71.2.5利用电弧暂态分量设计的自适应的单相的自动重合闸81.2.5.1利用一次电弧阶段暂态分量设计的自适应单相的自动重合闸的探究81.2.5.2利用二次电弧时期的暂态的分量的
2、自适应的单相的自动重合闸的探究81.2.6.利用人工智能的方法的自适应的单相自动重合的研究91.2.6.1利用人工的神经网络的自适应单相的自动重合闸的研究91.2.6.2 利用模糊决策原理的自适应单相自动重合闸的探究91.3自适应单相重合闸设计的研究所面临的一些困难91.4本文的主要工作：102. 故障电弧模型建立112.1基本知识概述112.2 一次电弧的动态特征分析112.3二次电弧的动态特征分析122.4 2次电弧的重燃特性的分析132.5 潜供电弧和它的影响因素的分析142.5.1对于潜供电流的分析152.5.2 恢复电压的分析172.5.3增加潜供电弧熄灭速度的方案173不带并联补偿
3、电抗器的输电线路自适应重合闸方案183.1 概述183.2方案设计的出发点和导出过程193.3测试和结论243.4仿真模型29不带并联补偿的输电线路自适应重合闸的方案设计摘要本文通过分析了不同类型的单相接地故障中接地点的电弧不同的特性，通过实验观察了瞬时性故障的电弧和永久性故障的电弧对故障相输电线路的电压波形的影响，发现了由于瞬时故障时产生的电弧受到许多非线性因素的影响，会造成输电线路电压波形的变化，然而永久性故障的电弧会很快熄灭。于是本文利用瞬时故障和永久故障电弧的特点对电压波形影响之间的差异进行了单相自适应重合闸的设计。关键词：单相自适应重合闸，2次灭弧，输电线路，单相接地故障，瞬时故障，
4、永久故障AbstractThis paper presents a different algorithm appropriate for determining adaptive dead time ，and preventing automatic reclosing during the permanent faults on overhead lines.Its rely on terminal voltage input data processing.The conclusion if it is secure or not to reclose is depended on th
5、e voltage signal of faulted line phase using the harmonic distortion element calculated by discrete Fourier transform .This algorithm was success tested using signals recorded on the power system.This tests show the ability of the presented algorithm to determine the secondary arc disappear time and
6、 to stop unsuccessful automatic reclosing of high-voltage lines with permanent fault. KEY WORDS: single-pole adaptive reclosure, numerical protection, secondary arc, permanent fault, temporary fault, single-pole-to-ground fault1. 绪论1.1该课题的研究背景与意义在目前，我国电力系统网络是以高压和特高压交流输电线路为主体的。但是由于超高压电网的建设规模不断地扩大，电网电
7、压等级的再次提高就成为必须要考虑的事情。大容量的远距离输电以及用电负载的快速增加的需求加速了特（超）高压输电线路技术的探究和发展。特高压输电线路一般拥有以下这些特点：1.电压高2.线路长3.输送的功率较大4.波阻抗较小5.分布电容较大，6线路的充电电容也较大等等特征。这些特征使得特高压的输电线路操作过电压相对于超高压的输电线路更加严重。与之同时，随着电网电压等级水平的提高，对于限制过电压也提高了要求。所以在特高压的系统之中，过电压和绝缘水平这两个问题就是电网的最主要问题。其中的合闸的过电压，尤其重合的过电压是变成特高压的电网绝缘的水平的最关键因素。所以自动重合闸的启动对输电的线路的平稳运行有着
8、重大的影响，对特高压的输电的线路的重合闸的操作也要求更高的水平。我国的架空输电的线路很广泛地应用了自动重合闸技术,它的目的就是为了当瞬时故障消失后使线路再次投入运行。根据统计，在我国超高压的输电线路上，90%以上的线路故障都是单相接地故障，而且单相接地故障之中大概有80%是属于瞬时性故障，因此在我国的500Kv电压线路上绝大多数采用的是单相重合闸来消除单相接地故障，以提高电力系统的稳定性水平。此外单相重合闸比三相重合闸的过电压低很多，所以在特高压线路上可以尝试采用单相重合闸。因为大多数故障时瞬时性故障，所以应用自适应重合闸可以明显提高供电可靠性和电力系统并列运行时候的稳定性。但是当前的重合闸技
9、术存在下面两个问题：1.不能正确区分瞬时故障和永久性故障，有可能重合于大电源系统出口处的永久性故障，对电力系统和电力设备造成再一次的严重冲击。2.不能正确判断故障发生点是否已经灭弧，重合闸的出口延时是固定的，有可能产生瞬时性故障点因为故障点还没有灭弧而造成的重合失败。这里自动重合闸重合的盲目性也会对电力系统产生不好的影响。主要体现为：1.当重合闸重合于永久性故障的时候，会对电力系统再次产生较大的冲击，电力系统的稳定性可能降低，让断路器处于更加恶劣的工作条件下。2.涡轮发电机输出端重合，有可能让发电机轴产生严重的损坏。如果重合闸能准确的在重合钱判断故障的类别，使得重合闸只在瞬时性故障的情况下发出
10、重合的信号，来实现自适应重合闸，这样就可以减少系统所受到的冲击的次数。自适应重合闸的主要目的就是对故障类别的准确判断，对故障时瞬时性故障还是永久性故障进行提前的判断，来作为重合闸动作的参考。当故障为瞬时性时发出合闸信号，反之，不能重合。这样就大大改进了传统重合闸重合时候的盲目性，也很好的避免了重合在永久性故障下对电力系统造成再次冲击的情况。自适应重合闸的先决条件是正确判断永久性故障和瞬时性故障，为了区别出故障，首先要对这两种故障的特征有一些了解。特别是线路发生瞬时性故障的时候，故障点会产生一次电弧和二次电弧，他们都表现出较为复杂的非线性的特征。在不同类型的故障中，电弧的特点是不同的。在永久性的
11、故障中电弧将会快速熄灭，而在瞬时故障的情况下，它的电弧将要经过以下的过程：燃烧-熄灭-再次燃烧-再次熄灭的重复过程，变化的过程较为复杂，这中间许多影响的原因都不是线性的，所以电弧非线性的特征会让故障相的电压波形产生畸变，这就为判断线路的故障类型提供了可能，所以，为了了解电弧的特性对故障相电压造成的影响，并将它作为故障判断的依据，建立瞬时故障时候的电弧模型是很有意义的。在瞬时故障中，单相重合闸能否成功合闸，决定于故障点的潜供电弧（2次电弧）能否迅速熄灭，而潜供电流以及恢复电压的大小和上升速度对潜供电弧的自我熄灭起到了最关键的作用，所以要对恢复电压和潜供电流的产生原理有基本的了解，并发现它们的抑制
12、方法，来提高重合闸的成功率。在正确判别故障类别之后，不仅要采取方法来提高重合成功率，并且要选取合适的合闸时间，来降低重合过电压倍数，让它处于特高压系统操作过电压水平以下。现在，为了补偿无功功率和限制过电压，在特高压线路上都装有并联电抗器，它有一定的限制重合过电压的功能，但是在不同的时间合闸，重合过电压的倍数都不同。所以为了减少单相重合过电压，也需要对重合闸时间对重合过电压的影响进行讨论，来找到最合适的合闸时刻的方案。在输电线路中，选择最好的重合时刻与判断故障类型对自适应重合闸一样重要。综上可得知，研究不带并联电抗器补偿的自适应重合闸的方案设计，完善重合闸方案，提高重合闸的性能，是很有意义和实际
13、应用价值的。1.2自适应重合闸的研究现状这些年来，单相自适应重合闸的理论与研究方式渐渐成熟，为它投入实际使用打下了良好的理论基础。其中较为典型的有电压判据法，基于电弧原理判断故障的类别以及人工神经网络智能识别的方法，在下面将会依次介绍。1.2.1 利用耦合的电压来计算所得到的判断方式（线路电压的判断依据法）当线路发生了单相接地故障的时候,因为高压的输电线路拥有特殊的分布参数特点,并且各相间都有相互耦合作用,所以,不论这个故障属于瞬时性故障的还是永久性故障,当这相线路首末端的断路器跳开之后,故障相两端依然会有电压残留。我们可以依据电压等级以及线路的参数计算出:在上面的式字中:Uy是电容耦合的电压
14、;b1、b0是一个单位长度的线路的正序以及零序的导纳;Ua是线路正常运行时候A相的电压。电感的耦合电压是由正常相上经过的电流以及各相间互感所决定的,并且和线路的长度成正比关系:在上面的式子中,Uxl代表长度是L公里的线路上所产生的互感电压;IB,IC为正常相上经过的线路电流;L代表了线路的长度;I0是故障相上所经过的0序电流;Zm、Z0、Z1它们分别是一个单位长度线路上的互电感以及零序和正序的电感。在线路产生瞬时性的故障的时候,故障相端口的电压是由电容的耦合的电压Uy,以及电感耦合的电压Uxl两部分共同组成。在线路产生了永久性的故障的时候,对地的电容会稳定地放电,所以Uy=0或者较为小,故障相
15、线路的电压单单是决定于电感的耦合电压。自适应的单相自动重合闸的电压的判据计算方法就是针对上面的两种的电压情况所提出的方法,电压的判据计算方法可以表达为如下式子:在上面的式子中:U是当故障相跳开之后,故障相两头的电压的判据的启动条件是:在CV1的时候判断为瞬时性的故障,发出允许重合的信号;在CV1的时候，断定是永久性的故障,不发出允许重合的信号。1.2.2电压的补偿判据法为了能更好地扩大自适应单相自动重合闸的应用范围,可以采取电压的补偿判据,它的算法可以表示为下面式子：电压补偿判据的启动条件为:CVB1的时候判断为瞬时性的故障,发出允许重合的信号;CVB1的时候判断为永久性的故障,不发出重合信号。1.2.3利用相位的判据使用断开相的电压工频分量来组成一部分相位的特征提出了判断瞬时性的故障和永久性的故障它的相位判断的方法:在上面的式子中:U是故障相跳开之后,故障相的两端电压;UX1代表的是长度是L公里的线路上所拥有的互感的电压。判据启动的条件是:如果近似于,就判断为瞬时性的故障;如果近似于,就判断为永久性的故障。当处于单相接地的故障之
