Improved travelling wave based fault location in VSC HVDC Cables using Rogowski coil measurements

دسته بندی: انرژی
ویرایش:  
نویسندگان: Pathirana K.P.A.N.,  Rajapakse A.D.  
سری:  
 
ناشر:  
سال نشر:  
تعداد صفحات: 7 
زبان: English 
فرمت فایل : PDF (درصورت درخواست کاربر به PDF، EPUB یا AZW3 تبدیل می شود) 
حجم فایل: 310 کیلوبایت 

قیمت کتاب (تومان) : 43,000

K.P.A. N. PATHIRANA، A. D. RAJAPAKSE، دانشگاه مانیتوبا
R. WACHAL، مرکز تحقیقات HVDC مانیتوبا، کانادا محل دقیق خطاها در خطوط انتقال HVDC، که برای انتقال مقادیر زیادی نیرو به کار می‌روند، برای انجام اقدامات اصلاحی ضروری است. سریع و مقرون به صرفه مکان خطای مبتنی بر موج سفر با موفقیت برای مکان یابی خطای خط در طرح های HVDC مبتنی بر مبدل تغییر یافته خط (LCC) استفاده شده است. سیستم های مکان یابی خطا مبتنی بر موج سفر، دقت خوبی را حتی برای خطوط انتقال بسیار طولانی ارائه می دهند [1]. با این حال، تجربه کمی در کاربرد این عیب یاب ها در سیستم های HVDC مبتنی بر مبدل منبع ولتاژ جدید (VSC) وجود دارد. بسیاری از کاربردهای پیشنهادی VSC HVDC مانند اتصال مزارع بادی فراساحلی شامل کابل‌های زیردریایی یا زیرزمینی است. مکان یابی خطا در کابل ها چالش برانگیزتر از خطوط انتقال هوایی است و در عین حال دقت مکان یابی بیشتری را می طلبد. طرح‌های VSC HVDC با کابل‌های بلند، بیش از 300 کیلومتر، پیشنهاد شده‌اند و بنابراین، تطبیق فناوری مکان‌یابی خطای مبتنی بر امواج سیار برای سیستم‌های VSC HVDC و بهبود دقت برای مقابله با موارد شدید مانند کابل‌های بسیار طولانی بسیار مهم است. br/> اگرچه محاسبات درگیر در طرح‌های مکان‌یابی خطا مبتنی بر موج سفر از نظر تئوری ساده است، اجرای آنها به دلیل عوامل مختلفی که در ایجاد خطا نقش دارند چالش برانگیز است. اینها شامل محدودیت‌های پهنای باند مبدل‌ها، تبدیل A/D و دقت نمونه‌برداری، خطاهای همگام‌سازی، خطاهای الگوریتم تشخیص جبهه موج، انحرافات سرعت انتشار به دلیل تغییرات در پارامترهای فیزیکی و تغییرات سرعت انتشار در مولفه‌های فرکانس مختلف موج سیر در انتقال با تلفات است. خطوط برای افزایش دقت طرح مکان یابی خطا، بهبود هر یک از عوامل ذکر شده در بالا ضروری است. در این مقاله، ما بر روی تأثیر تغییرات سرعت انتشار در مولفه‌های فرکانس مختلف موج سیر تمرکز می‌کنیم.
در یک خط انتقال، اجزای فرکانس بالای یک گسل، موج سفر را با سرعت‌های سریع‌تری نسبت به اجزای فرکانس پایین تولید می‌کنند. گذرای خطای ایجاد شده شامل طیف وسیعی از اجزای فرکانس است که از فرکانس های پایین تا چند صد کیلوهرتز گسترش می یابد. اجزای فرکانس بالای موج سیر، اگرچه سریع‌تر حرکت می‌کنند، اما در حین حرکت در امتداد کابل، تحت تأثیر تضعیف بیشتری قرار می‌گیرند، که عمدتاً به دلیل تلفات دی الکتریک بالا است [2]. علاوه بر این انرژی موج سیر به دلیل تلفات I2 R در طول کابل کاهش می یابد. اگر یک گسل نزدیک‌تر به یک انتها اتفاق بیفتد، موج سیری که در مسافت طولانی‌تری منتشر می‌شود ضعیف می‌شود و ممکن است هنگامی که به انتهای دیگر می‌رسد دارای اجزای بالاترین فرکانس نباشد. از سوی دیگر، موج مسافرتی که به انتهای
نزدیک‌تر می‌رسد، تقریباً همه فرکانس‌ها را در خود دارد. هنگامی که اختلاف زمان سفر با استفاده از دو سیگنال با محتوای فرکانس متفاوت تخمین زده می شود، خطاها رخ می دهد. اگرچه این خطا در خطوط سربار و کابل کوتاه قابل توجه نیست، اما نادیده گرفتن این خطاها به دلیل تضعیف جبهه موج ناهموار منجر به خطاهای غیر قابل قبول
در کابل های بلند می شود.
این مقاله به بررسی تنوع شکل موج متحرک ایجاد شده و تأثیر آن بر سرعت مکان خطای موج متحرک از طریق شبیه سازی انجام شده در
PSCAD/EMTDC. این مقاله یک سیستم اندازه‌گیری گذرا مبتنی بر سیم پیچ Rogowski و طرح فیلتر ساده را پیشنهاد می‌کند تا اطمینان حاصل شود که سیگنال‌هایی با محتوای فرکانس یکسان برای تخمین اختلاف زمان سفر در نظر گرفته می‌شوند. دقت محاسبه محل خطا پس از اصلاح
از طریق شبیه سازی تایید می شود.

K.P.A. N. PATHIRANA, A. D. RAJAPAKSE, University of Manitoba
R. WACHAL, Manitoba HVDC Research Centre, Canada Accurate location of the faults in HVDC transmission lines, which are employed to transport large amounts of power, is essential for taking corrective measures quickly and cost effectively. Travelling wave based fault location has been very successfully used for line fault location in line commutated converter (LCC) based HVDC schemes. Travelling wave based fault location systems give good accuracy, even for very long transmission lines [1]. However, there is little experience in application of these fault locaters in new voltage source converter (VSC) based HVDC systems. Many of the proposed VSC HVDC applications such as interconnection of offshore wind farms involve submarine or underground cables. Fault location in cables is more challenging than in overhead transmission lines, and at the same time demands higher accuracy of location. VSC HVDC schemes with long cables, over 300 km , have been proposed and therefore, it is very important to adapt the travelling waves based fault location technology for VSC HVDC systems and improve the accuracy to deal with extreme cases such as very long cables.
Although calculations involved in travelling wave based fault location schemes are simple in theory, their implementation is challenging due to various factors that contribute to errors. These include bandwidth limitations of transducers, A/D conversion and sampling precision, synchronization errors, wave front detection algorithm errors, propagation velocity deviations due to changes in physical parameters, and the propagation velocity variations in different frequency components of the travelling wave in lossy transmission lines. To increase the accuracy of the fault location scheme, improvement of every factor mentioned above is necessary. In this paper, we focus on the effect of propagation velocity variations in different frequency components of the travelling wave.
In a transmission line, high frequency components of a fault generated travelling wave travel at faster velocities than low frequency components. Fault generated transients contain a range of frequency components extending from low frequencies to several hundred kilohertz. High frequency components of the travelling wave, although travel faster, subjected to more attenuation as they travel along a cable, mainly due to the high dielectric losses [2]. Furthermore energy of the travelling wave is reduced due to I2 R losses along the cable. If a fault happen closer to one end, the travelling wave that propagate over a longer distance get attenuated, and it may not contain the highest frequency components when it reaches the other end. On the other hand, the travelling wave arriving at the closer
end would contain almost all frequencies. Errors occur when the travel time difference is estimated
using two signals with different frequency contents. Although, this error is not significant in overhead
lines and short cable, ignoring these errors due to uneven wave front attenuation leads to unacceptable
errors in long cables.
This paper investigates the variation of the shape of the fault generated travelling wave and its
effects on the speed of the travelling wave based fault location through simulations performed in
PSCAD/EMTDC. The paper proposes a Rogowski coil based transient measurement system and
simple filtering scheme to ensure that signals with the same frequency contents are considered for
travel time difference estimation. Accuracy of the fault location calculation after the modification is
confirmed through simulations.