CN102385019B - 一种输电线路雷击与非雷击故障的辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种输电线路雷击与非雷击故障跳闸的辨识方法，该方法根据输电线路导线上故障行波电流的特征判定，将其波尾时间与阈值比较，来实现雷击与非雷击故障的辨识。该方法物理概念十分清晰，实用性好。

Description

一种输电线路雷击与非雷击故障的辨识方法

技术领域

本发明涉及电力系统输电线路故障智能诊断领域，特别是雷击故障辨识领域。

背景技术

在输电线路等级由超高压向特高压发展的今天，雷击仍然是引起输电线路故障开断的重要原因之一，成为当前线路安全运行中的薄弱环节。在应对和处理输电线路雷击事故方面，线路运行维护部门非常关注：线路跳闸事故是否确是雷击事故。运行情况统计表明，输电线路故障大多与季节有关，雷雨发生的时候也是其他事故的高发时刻，如污闪、植被舞动等造成的非雷击故障，因此，有必要区分故障是否真是雷击引起。

目前，尚无准确确认电力系统运行中跳闸事故是否是雷击事故的检测手段，主要依靠运行维护人员巡线查找故障点，依据运行经验和勘察故障后的痕迹判断事故性质。由于雷电发生时刻，雷击故障连续大量发生，同时落雷线路附近的雷击造成的感应过电压可能叠加污秽、植被等薄弱环节造成闪络跳闸，对于判断故障性质存在一定困难。因此，准确判断线路是否是雷击故障，在生产实践中需要一种直接的监测手段。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种输电线路雷击与非雷击故障的辨识方法，所述方法以监测波形中波尾特征为基础，当波尾时间大于阀值时间诊断为非雷击故障，波尾时间小于阀值时间诊断为雷击故障。

一种输电线路雷击与非雷击故障的辨识方法，包括以下几个步骤：获取输电线路监测装置一次故障记录的工频故障电流数据和行波电流数据；根据工频故障电流特征选取跳闸工频故障电流；获取跳闸工频故障电流的GPS时钟和相别，判断故障相；选取故障相跳闸时间段内行波电流数据；根据GPS时钟选取时间最早的行波电流数据，分析其特征，计算波尾时间；比较计算的波尾时间与选定的阀值时间，输出诊断结果。

与现有技术相比，本发明基于行波波尾特征来区分故障电流是雷击还是非雷击，物理概念极为清晰，判断思路明确且无需大量计算，经过细致全面的仿真计算及现场数据的验证，可有效应用于输电线路雷击与非雷击的辨识。

附图说明

图1本发明一种输电线路雷击与非雷击辨识方法的步骤流程图

图2仿真输电线路故障模型示意图

图3雷击故障时观测点处故障相电流波形

图4雷击故障时观测点处非故障相电流波形

图5非雷击故障时观测点处故障相电流波形

图6非雷击故障时观测点处非故障相电流波形

图7实测工频故障电流波形

图8实测雷击跳闸故障相行波电流波形

图9实测非雷击跳闸故障相行波电流波形

具体实施方式

请参阅图1，图1是本发明一种输电线路雷击与非雷击辨识方法的步骤流程图：

所述辨识方法包括以下步骤：

步骤S101，获取输电线路监测装置一次故障记录的工频故障电流数据和行波电流数据。

本步骤中，监测装置采用罗氏线圈传感器，分布布置在输电线路的不同位置。监测装置在故障未发生时候工频电流传感器和行波电流传感器循环采样，故障发生时会产生工频故障电流和行波电流，电流幅值超过设定阈值，工频电流传感器和行波电流传感器记录故障后固定时间长度数据，并整合上报，在识别雷击和非雷击时，首先获取监测装置记录的工频故障电流和行波电流数据。优选地，输电线路每隔15到20公里在ABC三相安装电流监测装置，故障后工频故障电流记录的时间长度是0.1秒，采样率为2400赫兹，行波电流记录的时间长度是700微秒，采样频率为10兆赫兹。

步骤S102，根据工频故障电流特征选取跳闸工频故障电流。

本步骤中，参阅图7，记录的跳闸工频故障电流在触发时刻前电流为正常情况下负荷电流，频率为50赫兹，幅值较小。在触发时刻后电流幅值迅速增大，为正常负荷电流的2倍以上，经过2到3个工频周期后继保装置动作，电流值变为零。优选地，跳闸工频故障电流波形的特征是前一部分电流频率为50赫兹；中间部分电流幅值为前一部分的2倍以上，频率为50赫兹；最后部分电流幅值趋向于零。

具体地，首先对获取的工频故障电流采取低通数字滤波器滤波，所述的低通数字滤波器滤波系统为0.00728858260748899，0.00935854440761221，0.0153508257920970，0.0246968943349573，0.0364929841439858，0.0495889563327376，0.0627020217042138，0.0745439890733811，0.0839493142481361，0.0899911187601496，0.0920735371904809，0.0899911187601496，0.0839493142481361，0.0745439890733811，0.0627020217042138，0.0495889563327376，0.0364929841439858，0.0246968943349573，0.0153508257920970，0.00935854440761221，0.00728858260748899，用低通滤波系数与采样工频故障电流波形作卷积运算，去掉输出结果的前后20个点为滤波后工频故障电流波形。选取滤波后工频故障电流波形前96个点作傅里叶变换，计算其主频f1，幅值H1；选取触发时刻开始后48个点作傅里叶变换，计算其主频f2，幅值H2；选取滤波后工频故障电流波形最后96个点作傅里叶变换，计算其主频幅值H3。如果f1＝f2＝50赫兹，H2＞2H1，H3趋近于零，工频故障电流波形为跳闸工频故障电流波形。

步骤S103，获取跳闸工频故障电流的GPS时钟和相别，判断故障相。

本步骤中，监测装置在记录工频故障电流波形的同时也会记录下GPS时钟和装置所在的相别。因为输电线路发生雷击和非雷击故障时一般都是单相接地故障，故障发生时故障相电流增大，非故障相电流为零。通过步骤S102判断出的跳闸工频故障电流，获取跳闸工频故障电流记录装置所在的相别就是故障相。

步骤S104，选取故障相跳闸时间段内行波电流数据。

优选地，根据步骤S103中跳闸工频故障电流的GPS时间记为Tg1，故障相记为M相，其中M代表输电线路导线A、B、C相其中一相。选取M相电流监测装置记录的行波电流，GPS时钟记为Tgi，预先设定时间阈值记为Tgm(Tgm取1秒钟)，如果|Tg1-Tgi|＜Tgm，则行波电流为选取的有效数据。若有多个行波电流有效数据选取其中一个。

步骤S105，根据GPS时钟选取时间最早的行波电流数据，分析其特征，计算波尾时间。

优选地，根据步骤S104，选取的有效行波电流波形记为I(t)，电流I(t)绝对值最大值max(|I(t)|)对应的时间记为t₁，沿时间轴增大方向，max(|I(t)|)下降到0.4倍max(|I(t)|)的时间记为t₂，波尾时间记为T_m＝t₂-t₁。

步骤S106，比较计算的波尾时间与选定的阀值时间，输出诊断结果。

本步骤中，比较计算的波尾时间T_m和预先选定的阀值时间T，如果T_m＜T，诊断结果为雷击故障，如果T_m＞T，诊断结果为非雷击故障，优选地，T取15微秒。

进一步参阅图2至图9，根据图2仿真示意图建立模型，仿真雷击故障，监测装置记录的波形为图3和图4，图3是故障相电流波形，即为S104中选取的有效电流数据，图4是非故障相电流波形，不是有效电流数据。对图3波形分析波尾时间Tm＝0.8微秒，Tm＜T，诊断算法判定为雷击故障。仿真非雷击故障，监测装置记录的波形为图5和图6，同理，诊断算法判定故障性质为非雷击故障。在仿真研究的基础上实测输电线路故障波形，记录如图8和图9，图8记录的波形诊断算法判定为雷击故障，图9记录的波形诊断算法判定为非雷击故障，与巡线查找故障点结果一致。由此可见本发明物理概念清晰，判据可靠，在实际电力系统运行中，特别对于输电线路故障性质识别发挥巨大的作用。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种输电线路雷击与非雷击故障的辨识方法，其技术特征是：以监测波形中波尾特征为基础的辨识方法，当波尾时间大于阀值时间诊断为非雷击故障，波尾时间小于阀值时间诊断为雷击故障，具体包括以下步骤：

获取输电线路监测装置一次故障记录的工频故障电流数据和行波电流数据，工频故障电流数据和行波电流数据都分两部分，触发前追忆数据部分和触发后记录数据部分；

根据工频故障电流特征选取跳闸工频故障电流；

获取跳闸工频故障电流的GPS时钟和相别，判断故障相；

选取故障相跳闸时间段内行波电流数据；

根据GPS时钟选取时间最早的行波电流数据，采取计算所选取的行波电流数据绝对值最大值到绝对值最大值0.4倍所用时间的方法，计算波尾时间；

比较计算的波尾时间与选定的阀值时间，输出诊断结果，波尾时间小于选定的阀值时间为雷击故障，波尾时间大于选定的阀值时间为非雷击故障。

2.如权利要求1所述的一种输电线路雷击与非雷击故障的辨识方法，其技术特征是：输电线路监测装置采用分布式结构，即输电线路每N公里ABC三相装电流监测装置，N取15到20，发生故障时监测终端记录到工频故障电流数据和行波电流数据，工频故障电流数据和行波电流数据都分两部分，触发前追忆数据部分和触发后记录数据部分。

3.如权利要求1所述的一种输电线路雷击与非雷击故障的辨识方法，其技术特征是：跳闸工频故障电流特征是工频故障电流数据的触发前追忆数据部分电流波形是工频负荷电流，工频故障电流数据的触发后记录数据部分电流开始几个周期是工频正弦波，幅值是负荷电流的2到4倍，然后电流趋向零。

4.如权利要求1所述的一种输电线路雷击与非雷击故障的辨识方法，其技术特征是：记录到跳闸工频故障电流监测终端所在的相别是故障相。

5.如权利要求1所述的一种输电线路雷击与非雷击故障的辨识方法，其技术特征是：如果故障相监测终端记录行波电流GPS时钟与跳闸工频故障电流GPS时钟间隔Tf秒内，行波电流数据是选定的有效数据，Tf取1秒。

6.如权利要求1所述的一种输电线路雷击与非雷击故障的辨识方法，其技术特征是：在确定的故障相跳闸时间段内行波电流数据中选取GPS时钟最早的行波电流记为I(t)，电流I(t)绝对值最大值max(|I(t)|)对应的时间记为t₁，沿时间轴增大方向，max(|I(t)|)下降到0.4倍max(|I(t)|)的时间记为t₂，波尾时间记为T_m=t₂-t₁。

7.如权利要求1所述的一种输电线路雷击与非雷击故障的辨识方法，其技术特征是：比较计算的波尾时间T_m和预先选定的阀值时间T，如果T_m＜T，诊断结果为雷击故障，如果T_m＞T，诊断结果为非雷击故障，其中T取15微秒。