The Impacts of UHV AC Transmission Lines on Traditional Line Differential Protection Functions

UHV transmission lines have several advantages when it comes to transferring of bulk amount ofpower in long distances. Although the technology is available from 1980’s, the number of UHVtransmission lines around the world has been increased in the beginning of this century in orderto supply the high demand of electricity. The number is going to increase even more in the nextfew years. Thus, it is important to study the UHV line characteristics and update the powersystem equipment as well as the operation procedure accordingly.UHV transmission lines exhibits some distinct phenomena which are not present in thetransmission lines with lower voltage levels e.g. high amount of charging current, non-linearincrease of apparent fault impedance with the increase in fault distance, longer time constant forthe DC component in fault current etc. Some of these are very important for different protectionschemes of the transmission line. The aim of this thesis work is to study the impact of UHV linecharacteristics on line differential protection and propose solutions to overcome them.Line differential protection is popular for its good selectivity and simplicity as long as there is adependable reliable communication system between the two ends of the line. High amount ofcapacitive charging current and large phase shift between sending and receiving end currents aretwo important characteristics of UHV lines which have severe impact on the line differentialprotection. It becomes very critical for the protection scheme to maintain good sensitivity andsecurity at the same time. As a result, compensation of the charging current becomes essential.The fixed compensation method is used to compensate the charging current of long lines withlower voltage levels. However, it cannot satisfy the sensitivity requirements for line differentialprotection scheme on UHV lines. Hence, it is necessary to search for other compensationmethods.In this thesis, a solution related with charging current compensation method is proposed with theuse of adaptive phase shift compensation. Several simulations have been done to examine thecharacteristics of the developed method in the worst case scenarios. It is found that the methodexhibits very good sensitivity as well as security for line differential protection on UHV lines.UHV-transmissionsledningar har ett antal fördelar när det gäller överföringskapacitet av effektöver långa avstånd. Även om tekniken har varit tillgänglig sedan 1980-talet är det inte förränunder det senaste årtiondet som utbyggnaden har tagit fart ordentligt. Detta har skett för att mötaden höga efterfrågan på elektricitet. De närmaste åren väntas utbyggnaden öka ytterligare. Motdenna bakgrund är det relevant att studera karaktäristiken av UHV samt att uppdaterakraftsystemutrustning såväl som driften.UHV-tramsmissionslinor är förenade med vissa fenomen som inte förekommer förtransmissionsledningar med lägre spänning. Vissa av dessa fenomen är har stor inverkan påskyddsutrustning för transmissionslinorna. Syftet med denna uppsats är att studera inverkan frånUHV-transmissionsledningar på differentialskydd samt att föreslå lösningar för att överkommainverkan.Differentialskydd är populärt tack vare goda selektiva egenskaper och enkelhet så länge det finnsett pålitligt kommunikationssystem. Hög kapacitans och stor fasskiftning mellan strömmen påavsändar- och mottagarsidan är två viktiga egenskaper hos UHV-transmissionsledningar vilkahar stor inverkan på differentialskyddet. Det är väldigt viktigt att skyddsutrustningen kanupprätthålla god sensitivitet samt säkerhet. Av denna anledning är kompensation för den högakapacitansen viktig. Konstant kompensation används för att kompensera för hör kapacitans hoslånga transmissionslinor med lägre spänning. Denna metod är däremot inte fungerande för UHV.Det är därför nödvändigt att söka efter en annan lösning.I denna uppsats föreslås en lösning på behovet att kompensera för hög kapacitans genom attanvända adaptiv fasskiftkompensation. Flertalet simuleringar har genomförts för att utvärderakaraktäristiken av den utvecklade metoden. Det konstateras att metoden väldigt god känslighetoch säkerhet för differentialskydd av UHV-transmissionsledningar