电气工程及其自动化毕业设计-直流输电系统金属回线行波故障测距方案设计.docx

1、二 一五年六月一日毕 业 论 文直流输电系统金属回线行波故障测距方案设计院 部 机械与电子工程学院 专业班级 电气工程 3 班 届 次 2015 届 学生姓名 学 号 指导教师 i目 录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪 论 .11.1 课题研究背景 .11.2 课题研究现状 .31.3 本文所做的工作及意义 .4第 2 章 直流输电线路单端行波测距原理 .52.1 直流输电线路行波传播过程 .52.1.1 直流输电线路故障过程 .52.1.2 直流输电线路故障暂态行波传播特点 .52.2 单端行波测距原理 .72.3 行波故障测距的关键技术问题 .92.3.1 故障分量的提取 .

2、92.3.2 模变换 .102.3.3 正反向行波的分离 .122.3.4 行波浪涌到达时刻的确定 .132.4 小结 .13第 3 章 直流输电系统金属回线故障分析及仿真 .153.1 引言 .153.2 直流输电系统单极金属回线运行方式下线路接地故障现象分析 .15ii3.2.1 极 1 线路 A 点发生接地故障时的现象 .153.2.2 极 2 线路 B 点发生接地故障时的现象 .163.3 仿真环境 .173.4 故障仿真 .173.4.1 极 1 线路 A 点发生接地故障 .173.4.2 极 2 线路 B 点发生接地故障 .193.5 小结 .20第 4 章 直流输电系统金属回线行

3、波故障测距方案设计 .214.1 引言 .214.2 故障测距系统的总体设计 .214.3 故障测距装置的外接电路 .224.4 行波故障测距装置 .234.4.1 故障测距装置原理 .234.4.2 信号调理电路 .244.4.3 故障行波数据采集系统 .254.4.4 GPS 同步时钟模块 .264.5 本章小结 .28第 5 章 结 论 .29致 谢 .30参考文献 .31iiiConcentsAbstract.I1 Thread theory .11.1 Subject research background.11.2 Status quo of research .31.3 The

4、work and the significance of this paper .42 Single terminal traveling wave fault location for HVDC transmission line .52.1 Traveling wave propagation of HVDC transmission line.52.1.1 DC transmission line fault process.52.1.2 Transient traveling wave propagation of HVDC transmission line .52.2 Princi

5、ple of single ended traveling wave fault.72.3 The key technology of traveling wave fault location.92.3.1 Extraction of fault components .92.3.2 Mode transformation.102.3.3 Separation of positive and backward waves .122.3.4 Determination of arrival time of traveling wave surge .132.4 Summary .133 Fau

6、lt analysis and Simulation of the metal loop in HVDC transmission system .153.1 Introduction .153.2 Analysis on the fault of the grounding fault in the operation mode of the single pole metal loop of HVDC system.153.2.1 Phenomenon of the occurrence of earth fault in the polar 1 line A points.15iv3.2

7、.2 Phenomenon of the occurrence of earth fault in the polar 2 line B points.163.3 Simulation environment .173.4 Fault simulation.173.4.1 The A point of the 1 line is ground fault.173.4.2 The B point of the 2 line is ground fault .193.5 Summary .204 Design of traveling wave fault location scheme for

8、metal transmission line in HVDC transmission system .214.1 Introduction .214.2 The overall design of fault location system .214.3 The external circuit of fault locating device .224.4 Traveling wave fault locating device .234.4.1 Principle of fault locating device .234.4.2 Signal conditioning circuit

9、 .244.4.3 Fault traveling wave data acquisition system.254.4.4 GPS synchronization clock module .264.5 Summary of this chapter .285 The theory of knots .29Thanks.30Reference.31vI直流输电系统金属回线行波故障测距方案设计摘要：在急速发展的今天，中国地域辽阔、环境问题严重，直流输电非常适合中国的发展。近几年，直流输电在我国得到发展迅速。在直流输电电网中，采用金属回线接线方式具有很大的优点。然而，直流输电系统金属回线发生故障

10、，由于其接线方式的存在一定的特殊性，与其它的接线方式下的输电线路发生故障存在着很大的区别，而且在直流金属回线的故障保护和测距装置仍存在可靠性不高、勿动等问题。利用故障点暂态行波信号可实现故障准确可靠测距，但其直流输电系统金属回线故障测距中的应用研究不够深入与全面。本文提出的利用暂态行波的直流输电系统金属回线故障方案，测距精度较高，并可以推广应用到继电保护装置上，在生活中得以应用。关键词:直流输电系统；金属回线；行波；故障测距；PSCAD 仿真IIDc transmission system metal loop traveling wave fault location scheme desi

11、gnAbstract:In todays rapid development, Chinas vast territory, environmental issues seriously, direct current transmission is very suitable for Chinas development. In recent years, direct current transmission have got great development in China。In the direct current transmission grid, using metal lo

12、op wiring has special advantages. However, single-pole ground fault circuit metal loop mode, because of the special nature of its wiring, and other ground fault circuit wiring under the existence of certain differences, but under the current operating mode of the metal loop fault protection and rang

13、ing device reliability are still not high, do not move and other issues, ranging accuracy can be further improved. Using the fault transient traveling wave signal ranging can achieve accurate and reliable fault, but its application in the study of metal loop operating mode fault location have not en

14、ough depth and comprehensive.This paper proposes the use of transient traveling wave metal loop Direct Current Transmission System failure scenarios, ranging accuracy is higher, and can be extended to the protection devices, can be applied in life.Key Words: direct current transmission system; metal

15、 loop; traveling wave; fault location; PSCAD simulation1第 1章 绪 论1.1 课题研究背景从直流输电开始，电能应用在生活中，随后，直流输电又经历了一些巨大的变革 1：汞弧阀换流时期与晶闸管换流时期，尤其是在1980s年代以后，在电能应用上一些高科技技术得到飞速发展的机会，使电能的应用范围更加广泛。在中国，改革开放以来，我国经济进入了快速发展时期，工业化、城镇化、市场化、国际化的快速发展，拉动重工业和电力工业以超过前20年平均发展速度的高速不断增长，而且发展的趋势还在继续，此时，电力工业对于输电的可靠性有了新的要求。有资料显示，随着中国的

16、经济快速发展，用电量大大增加，速度惊人。在国内，其中水电资源的80%在西部，而能源需求的2/3集中在东部沿海，为优化配置能源资源，中国正在实施发展“一特三大”战略 2。直流输电系统根据其结构可分为两大类：第一种是两端直流输电系统，第二种是多端直流输电系统。其中第一种输电系统由一个逆变站和一个整流站构成，它的结构与交流系统一样，都是只有两个端口，如今，世界上已投入运行的的直流输电系统大部分是两端直流输电系统，其中，两端换流站的中性点均与接地极系统连接的方式是最常见且最典型的系统，如图 1-1。dIddV中性点 接地极极 极 换流站直流输电系统换流站图 1-1 直流输电系统示意图在直流输电系统中，

17、采用双极两端且中性点都接地的运行方式时，当某一极出现故障需要停运时，则需转换为单极运行方式，根据接线方式的不同单极运行方式可分为三种：单极金属回线运行方式、单极大地回线运行方式和单极2双导线并联大地回线运行方式。直流输电系统中当故障极仅换流站设备出现故障需要检修，而故障极的直流输电线路完好，可作为非故障端输电回路使用时，需要转换为单极双导线与大地回线并联的方式运行 3。而且，单极金属回线运行方式和单极双导线并联大地回线运行方式的示意图分别如图 1-2(a)和图 1-2(b)所示。单极大地回线运行方式下，直流输电系统中，直流输电线路完好无损，而且非故障极两端的设备也完好，线路两端的接地极系统也是完好无损的；线路故障极其两端的设备及其直流输电线路退出工作进行检修，单极大地回线运行方式示意图如图 1-2(c)。 dI中 性 点接 地 极换 流 站 直 流 输 电 系 统 换 流 站 dI（a）直流输电系统单极金属回线运行方式 2dI中 性 点接 地 极换 流 站 直 流 输 电 系 统 换 流 站 2dI（b）直流输电系统单极双导线并联大地回线运行方式