CN101533060B - 基于行波电气量量测的电力系统故障预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于行波电气量量测的电力系统故障预警方法，属于电力系统继电保护领域；该方法包括：实时采集电力系统中部分或者所有电力设备上量测到的行波电气量，同时监测所述电力系统是否发生了扰动；记录扰动发生时间；并比较采集到的所有电力设备上的行波电气量特征，确定出产生扰动的电力设备；比较包括当前扰动在内的最近三次扰动的电力设备是否为同一设备；若是，则计算最近三次中第一次发生扰动的时间与第三次发生扰动时间间隔；若所述时间间隔小于等于预先设定的时间间隔，则判定该电力设备将发生故障，输出故障预警结果。本发明能够及时提供电力系统故障预警信息，减少电力系统故障，提高电力系统供电可靠性，保证电力系统安全稳定运行。
Description
技术领域
本发明属于电力系统继电保护技术领域，特别涉及电力系统故障预警方法。
背景技术
电力系统发生故障时，故障回路的电流剧烈增加，短路电流的热效应可能损坏设备，影响负荷的正常工作，可能使并列运行的发电厂失去同步，破坏系统稳定运行，引起大面积停电等严重后果，危害正常的社会和生活秩序。因此，研究电力系统故障预警具有重要的理论意义和应用价值。
但由于理论的缺乏和技术的限制，目前的电力系统故障研究集中在故障后的保护方面，暂没有电力系统故障预警方法。但是绝大多数的电力系统故障都是有一个发展过程的，如果能准确识别电力系统正常运行到故障之间的发展过程，就有可能实现电力系统故障预警。实现电力系统故障预警，将是电力系统继电保护的重大发展。
发明内容
本发明的目的是为实现电力系统故障预警，提出一种基于行波电气量量测的电力系统故障预警方法，以减少电力系统故障，降低电力系统故障损失。
本发明提出的电力系统故障预警方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
第一步：实时采集电力系统中部分或者所有电力设备上量测到的行波电气量，同时监测所述电力系统是否发生了扰动；
第二步：当监测到所述电力系统发生扰动，记录扰动发生时间；并比较采集到的所有电力设备上的行波电气量特征，确定出产生扰动的电力设备；
第三步：比较包括当前扰动在内的最近三次扰动的电力设备是否为同一设备；如果最近三次发生扰动的设备为同一设备，计算最近三次中第一次发生扰动的时间与第三次发生扰动时间间隔；否则返回第一步；
第四步：比较所述时间间隔与预先设定的电力系统故障预警时间间隔，若所述时间间隔小于等于预先设定的电力系统故障预警时间间隔，则判定该产生扰动的电力设备将发生故障，输出故障预警结果；否则返回第一步。
本发明的方法是基于正常运行的电力系统中，如果某一设备绝缘降低，在交流工频电源的激励下，该设备上将产生间歇性的瞬时扰动，扰动发生后，将产生在电力系统中传播的行波。在电力系统中传播的扰动行波特征也实时反映了电力系统的运行状态。
本发明的特点及有益效果：
本发明中的行波电气量指的是由于电力系统扰动引起的在电力系统中传播的电磁波。行波波头可看成脉冲信号，具有全频带分量。本发明中利用的行波电气量是具有高频暂态特性的行波波头信号。
本发明基于量测到的故障发生前，电力系统中发生间歇性瞬时扰动产生的行波电气量的电力系统故障预警方法，实现电力系统故障预警。
本发明能够实时监测电力系统设备的运行情况，及时提供电力系统故障预警信息，减少电力系统故障，提高电力系统供电可靠性，保证电力系统安全稳定运行。
附图说明
图1本发明的电力系统故障预警流程框图。
图2本发明的电力系统故障预警实施例流程框图。
具体实施方式
本发明提出的基于行波电气量量测的电力系统故障预警方法，结合附图及实施例详细说明如下：
本发明提出的一种基于行波电气量的电力系统故障预警方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：
第一步：实时采集变电站内部分或者所有电力设备上量测到的行波电气量，同时监测电力系统中是否发生了扰动；
第二步：当监测到所述电力系统发生扰动，记录扰动发生时间；并比较采集到的所有电力设备上的行波电气量特征，确定出产生扰动的电力设备；
第三步：比较包括当前扰动在内的最近三次扰动的电力设备是否为同一设备；如果最近三次发生扰动的设备为同一设备，计算最近三次中第一次发生扰动的时间与第三次发生扰动时间间隔；
第四步：比较所述时间间隔与预先设定的电力系统故障预警时间间隔，若所述时间间隔小于等于预先设定的电力系统故障预警时间间隔，则判定该产生扰动的电力设备将发生故障，输出故障预警结果；否则返回第一步。
电力系统中某一设备绝缘降低后，在工频电压作用下，将间歇性地引起在电力系统中传播的行波。根据电气量性质的不同，行波电气量可分为电压行波和电流行波。即使是三相电力设备中的一相绝缘降低产生扰动行波，由于三相之间的电磁耦合关系，也会在其他相上感应出扰动行波。根据相量和模量之间的转换关系，三相行波也可转化为三模行波。而且零模电流行波可以通过零序电流互感器直接获取。因此，在三相电力系统中，本发明所述的行波电气量既可利用电压行波，也可利用电流行波；既可利用模量行波，也可利用相量行波实现。
所述所有电力设备上的电流行波特征为：发生扰动的电力设备上的电流行波幅值最大；或者发生扰动的电力设备上的电流行波极性与未发生扰动的电力设备上的电流行波极性相反。或者两者兼而有之。
本发明的工作原理：
当某一电力设备绝缘降低，在工频电压作用下，该电力设备将在绝缘降低点产生扰动行波，该扰动行波将沿着该设备在电力系统中传播，在波阻抗不连续点，如变电站的母线处，该扰动行波将发生折反射，折射进其他正常运行的电力设备中。因此，在某一电力设备绝缘降低后，安装在变电站的所有电力设备上的互感器将感知该扰动行波。本发明利用的行波信号为扰动产生的初始行波，就连接在变电站同一母线上的所有电力设备上的电流行波而言，发生绝缘降低的电力设备上的电流行波为从线路流向母线，是其他电力设备上产生的电流行波的源，且其他正常运行的电力设备上的电流行波为从母线流向线路，是绝缘降低的电力设备上的电流行波的一部分，因此，绝缘降低的电力设备上的电流行波幅值最大，远大于正常运行的电力设备上的电流行波，并且发生绝缘降低的电力设备上的电流行波极性与正常运行的电力设备上的电流行波的极性相反。而且因为本发明利用的行波信号为扰动产生的初始行波，所以该行波为正向行波或者反向行波，电压行波与电流行波之间满足线性关系，因此对安装在变电站内所有电力设备上的互感器感知到的电压行波而言，它们也同样满足：发生绝缘降低的电力设备上的电压行波的幅值最大，远大于正常运行的电力设备上的电压行波，并且发生绝缘降低的电力设备上的电压行波极性与正常运行的电力设备上的电压行波的极性相反。
电力系统中的扰动行波不一定都是由于电力系统故障前电力设备绝缘降低引起的，也可能是由于断路器开关操作引起的，或者雷击电力系统引起的。但是电力系统故障前电力设备绝缘降低引起的行波是有规律的，由于三相交流电力系统的工频电压是周期性电压，因此电力系统故障前电力设备绝缘降低引起的行波是连续的，且扰动行波产生的时间间隔将越来越短；而其他扰动行波相对而言是随机的，离散的，且扰动时间间隔通常都较长。为了准确区分检测到的扰动行波到底是由于电力系统故障前电力设备绝缘降低引起的，还是由于其他原因引起的，本发明中引入了扰动行波的连续性检测和扰动时间间隔检测，准确实现电力系统故障预警。
本发明设计了一个实现该方法的典型实施例，该方法如图2所示，包括以下步骤：
第一步：实时采集变电站内部分或所有电力设备上的零模电流行波数据，采样频率1Mhz；利用3-10Khz的带通滤波器，比较该频带的输出数据与预设启动值，实时判断所监测的电力系统中是否发生了扰动？如果没有检测到扰动，返回第一步，如果检测到扰动，进入第二步。所述预设启动值根据电力系统电压等级的不同，和电力设备的不同，而不同。对10Kv的电缆线路，预设启动值建议设为：1A(归算到电力系统一次侧的值)；对35Kv的电缆线路，预设启动值建议设为：3A(归算到电力系统一次侧的值)。
第二步：若监测到电力系统中发生了扰动，对扰动前后记录的各64点零模电流行波数据进行四层小波变换，此处的小波函数选用三次B样条函数的一次导函数；对行波数据的小波变换结果提取模极大值；对小波变换的模极大值进行幅值和极性，或者单独幅值，或者单独的极性进行比较，根据幅值最大，极性与其他设备的极性相反的特征，判定发生扰动的电力设备。
第三步：根据判定结果记录，比较包括当前扰动在内的最近连续三次的扰动判定结果是否为同一电力设备，如果不是同一电力设备，返回第一步，如果是同一电力设备，计算所述连续三次扰动中的第一次发生扰动的时间与第三次发生扰动的时间间隔。
第四步：比较第三步计算获得的第一次发生扰动时间和第三次发生扰动的时间间隔与预设的将要发生故障的电力设备三次连续扰动的时间间隔，如果计算获得时间间隔大于预设的时间间隔，则判定为电力设备运行正常；如果计算获得时间间隔小于等于预设的时间间隔，则判定为该电力设备将发生故障；输出电力系统故障预警结果。所述预设的将要发生故障的电力设备三次连续扰动的时间间隔根据现场的运行条件设定，通常设为3小时。
Claims (7)
1.一种基于行波电气量量测的电力系统故障预警方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
第一步：实时采集电力系统中部分或者所有电力设备上量测到的行波电气量，同时监测所述电力系统是否发生了扰动；
第二步：当监测到所述电力系统发生扰动，记录扰动发生时间；并比较采集到的所有电力设备上的行波电气量特征，确定出产生扰动的电力设备；
第三步：比较包括当前扰动在内的最近三次扰动的电力设备是否为同一设备；如果最近三次发生扰动的设备为同一设备，计算最近三次中第一次发生扰动的时间与第三次发生扰动时间间隔；否则返回第一步；
第四步：比较所述时间间隔与预先设定的电力系统故障预警时间间隔，若所述时间间隔小于等于预先设定的电力系统故障预警时间间隔，则判定该产生扰动的电力设备将发生故障，输出故障预警结果；否则返回第一步。
2.如权利要求1的方法，其特征在于，所述行波电气量为电压行波。
3.如权利要求1的方法，其特征在于，所述所有电力设备上的电流行波特征为：发生扰动的电力设备上的电流行波幅值最大。
4.如权利要求1的方法，其特征在于，所述所有电力设备上的电流行波特征为：发生扰动的电力设备上的电流行波极性与未发生扰动的电力设备上的电流行波极性相反。
5.如权利要求1的方法，其特征在于，所述行波电气量为电流行波。
6.如权利要求1的方法，其特征在于，所述行波电气量为模量行波。
7.如权利要求1的方法，其特征在于，所述行波电气量为相量行波。
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