CN103245870A - 一种变电站暂态行波信号检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电网故障诊断技术领域，涉及一种变电站暂态行波信号检测方法。该方法是在变电站变压器铁芯接地线上安装一个暂态电流互感器，该暂态电流互感器输出的电流信号经高通滤波器滤波，记录滤波后的电流信号波形，根据该信号的幅值和能量值检测电网故障暂态行波信号，可用于电网故障检测和定位。本发明的暂态行波信号检测方法可以同时检测变电站变压器高、中、低压侧所有线路的各种故障所产生的行波信号，具有抗干扰能力强、经济简便、易于推广应用等优点。

Description

一种变电站暂态行波信号检测方法

技术领域

本发明属于电网故障诊断技术领域，特别涉及一种变电站暂态行波信号检测方法。

背景技术

随着电网的发展和智能电网的建设，对电网故障的检测和准确定位提出了更高的要求。故障行波定位是实现电网故障精确定位的主要手段和发展方向，其中变电站故障暂态行波信号检测是实现故障行波定位与保护的关键技术。

目前国内外主要采用以下几种方法进行变电站行波检测：（1）从线路电流互感器二次侧提取行波信号检测故障行波，这种检测方法存在终端线路、热备用线路以及配电线路的行波检测盲区，而且需要具有海量数据存储的高速数据采集系统和高性能计算机系统，对硬件资源要求高，具有结构复杂、造价高、检测精度较差等不足；（2）通过在电容式电压互感器(CVT)的地线上串联一个小电抗器检测变电站行波信号，如加拿大研制成功并在B.C Hydro 输电网应用的故障定位系统，在CVT地线上串接一个电抗器，提取电网故障产生的电压行波，这种方法在安装时需要对一次系统接线进行改动，存在安全隐患，不符合中国电力系统运行规程，很难在中国推广应用；（3）通过提取容性设备（CVT、电容式CT、变压器套管、穿墙套管等）地线上的突变电流检测变电站行波信号，这种方法需要在变电站高、中、低压侧都安装行波传感器，工程造价相对较高，安装时间长。

发明内容

本发明针对上述存在的问题提出了一种从变压器铁芯接地线上检测暂态行波信号的方法，能有效提取电网故障行波信号，适用于输电网和配电网故障检测和定位，能同时实现对变压器高、中、低压侧所有出线故障产生的暂态行波信号的检测。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案包括以下步骤： 

（1）在变电站变压器铁芯地线上安装一个暂态电流互感器； 

（2）在暂态电流互感器二次侧装设一个高通滤波器，滤除暂态电流互感器输出的电流信号中频率为1kHz以下的低频信号分量；

（3）实时测量高通滤波器输出的暂态电流信号； 

（4）当暂态电流值大于电流门槛值时，计算从这个时刻起，之后10μs时间内的能量值；如果能量值大于能量整定值，则检测为电网故障暂态行波信号，输出检测结果；否则重复步骤（3）。

上述步骤（4）中电流门槛值和能量整定值的确定方法为：分别在变压器各电压等级出口施加一个幅值为0.1倍该电压等级额定电压的8μs/20μs的标准雷电波信号，记录高通滤波器输出的暂态电流信号的波形；比较记录的暂态电流信号，选取其中最小暂态电流信号的幅值的0.5倍为电流门槛值；并以该暂态电流信号达到电流门槛值的时刻为起点，计算10μs时间内的该暂态电流信号能量值，选取该能量值为能量整定值，其中能量计算公式为： 

式中为暂态电流值。 

对本发明进一步说明：变压器铁芯分别与变压器高、中、低压绕组存在复杂的电磁耦合，且铁芯只有一点接地。电网故障产生的暂态行波信号沿电力线路传输到变压器出口，并耦合到变压器铁芯，在接地线上产生暂态行波信号。因此，通过检测变压器铁芯接地线的暂态高频电流信号可以检测变压器高、中、低压侧电网故障产生的行波信号。

本发明的技术效果在于：变压器铁芯接地线暂态电流信号对电网故障暂态行波信号反映灵敏，且能同时反映变压器高、中、低压侧电网故障产生的行波信号。只需在铁芯接地线上安装一个互感器即可实现变压器高、中、低压侧所有出线的暂态行波信号检测，具有抗干扰能力强、经济简便、易于推广应用等优点。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的变电站暂态行波信号检测原理图；

图2是本发明的变电站暂态行波信号检测流程图；

图3是本发明的三绕组变压器仿真模型；

图4是本发明的35kV侧施加的标准雷电波形图；

图5 变压器低压侧施加0.1倍额定电压幅值的8μs/20μs标准雷电波信号在铁芯接地线上产生的暂态电流波形；

图6变压器低压侧线路单相短路接地故障在铁芯接地线上产生的暂态电流波形；

图7变压器低压侧线路两相短路故障在铁芯接地线上产生的暂态电流波形；

图8变压器低压侧线路两相短路接地故障在铁芯接地线上产生的暂态电流波形；

图9变压器低压侧线路三相短路故障在铁芯接地线上产生的暂态电流波形；

图10  35kV侧施加的幅值28.577kV、1μs单周期干扰信号波形；

图11  1μs的单周期干扰信号在铁芯接地线上产生的暂态电流波形；

图12  35kV侧施加的幅值28.577kV、100ns单周期干扰信号波形；

图13  100ns的单周期干扰信号在铁芯接地线上产生的暂态电流波形。

具体实施方式

变电站暂态行波信号的检测原理如图1所示，检测流程如图2所示。将暂态电流互感器套接在变电站变压器铁芯接地线上，并在暂态电流互感器二次侧装设高通滤波器，滤除暂态电流互感器输出的电流信号中频率为1kHz以下的信号，然后设定电流门槛值以及能量整定值。行波采集装置中的行波信号检测单元记录暂态电流信号的电流门槛值和能量整定值，并对高通滤波器输出的信号进行实时检测，当暂态电流值大于所设定的电流门槛值时，则开始计算从这个时刻起，之后10μs时间内的能量值：如果大于能量整定值，则判断为电网故障暂态行波信号，输出检测结果，可用于行波定位或保护的启动；否则继续检测高通滤波器输出的信号。

选取220kV/110kV/35kV的三绕组变压器为实例进行仿真分析，图3是该三绕组变压器的仿真模型。图中

、、

分别为高、中、低压线圈的电阻，

、

、

分别为变压器高、中、低压线圈的纵向等值电容，

为高压线圈与中压线圈之间的电容，

为中压线圈与低压线圈之间的电容，

为高压线圈与外壳之间的电容，

为低压线圈与铁芯之间的电容，

、

、

分别为高、中、低压线圈的电感（包括自感和匝间互感），

、

分别为高、低压线圈的对地寄生电感。从理论上分析，单元数n越大，则建立的高频暂态模型越符合变压器的实际运行情况；但单元数n越大，仿真模型越复杂，计算量越大。实践证明，在单元数n为10时已能基本上达到变压器暂态仿真计算精度的要求，因此本发明的三绕组变压器仿真模型单元数n取值为10。

 仿真分析的步骤为：首先设定整定值，在变压器220kV、110kV和35kV电压等级出口分别施加幅值为0.1倍额定电压幅值的8μs/20μs标准雷电波信号，记录下高通滤波器输出的暂态电流信号的波形；其中在35kV侧施加的上述8μs/20μs标准雷电波信号波形如图4所示，在变压器接地线上产生的暂态电流波形幅值最小，如图5所示，设定该暂态电流信号幅值的0.5倍作为电流门槛值，即电流门槛值为61.2A；并以暂态电流值达到电流门槛值的时刻作为起点，利用公式

计算从这个时刻起，之后10μs时间内的能量值，将其作为能量整定值，即能量整定值为70mJ。

为验证变压器发生各种故障时，在变压器铁芯接地线上都能检测到暂态行波信号，以单相接地故障、两相短路故障、两相短路接地故障和三相短路故障为例，在220kV、110kV和35kV电压等级线路上分别进行上述故障类型的仿真实验，其中在35kV电压等级线路上进行仿真实验时，在铁芯接地线上检测到的暂态电流信号的波形如图6至图9所示，由图可知当线路上发生上述各种故障时，暂态电流信号的幅值都大于设定的电流门槛值；于是，计算从暂态电流值大于存储在行波信号检测单元中的电流门槛值（61.2A）起，之后10μs时间内的能量值，单位为mJ，结果见表1。

表1

由表1可知，在变压器高、中、低压侧线路上发生各种故障时，所计算出的能量值都大于能量整定值（70mJ），因此能准确地检测出变压器高、中、低压侧电网故障产生的所有行波信号。 

为检验该方法对干扰信号的识别能力，分别在变压器220kV、110kV和35kV电压等级线路上进行干扰信号的仿真实验：分别用幅值为变压器出口额定电压、周期为1μs以及幅值为变压器出口额定电压、周期为100ns的单周期正弦波模拟干扰信号，加在各电压等级线路上，记录在变压器铁芯接地线上的暂态电流信号的波形。其中幅值为28.577kV、周期为1μs的干扰信号，如图10所示，作用于35kV电压等级线路上时，铁芯接地线上检测到的暂态电流行波信号的波形如图11所示；幅值为28.577kV、周期为100ns的干扰信号，如图12所示，作用于35kV电压等级线路上时，铁芯接地线上检测到的暂态电流行波信号的波形如图13所示。由图11和图13可知，当干扰信号作用于线路上时，铁芯接地线上检测到的暂态电流行波信号的幅值远远小于所设定的电流门槛值，无法导致该行波检测方法的错误启动。因此该行波检测方法抗干扰能力强。

由仿真实验可知，变压器高、中、低压侧电网发生各种故障时，变压器铁芯接地线暂态电流信号的幅值和能量能真实反映电网故障暂态行波的特征，实现故障行波信号的可靠检测，灵敏度高。且只需在铁芯接地线上安装一个互感器即可实现变压器高、中、低压侧所有出线的暂态行波信号检测，具有抗干扰能力强、经济简便、易于推广应用等优点。

Claims (2)

1.一种变电站暂态行波信号检测方法，包括如下步骤：

（1）在变电站变压器铁芯地线上安装一个暂态电流互感器； 

（2）在暂态电流互感器二次侧装设一个高通滤波器，滤除暂态电流互感器输出的电流信号中频率为1kHz以下的低频信号分量；

（3）实时测量高通滤波器输出的暂态电流信号； 

（4）当暂态电流值大于电流门槛值时，计算从这个时刻起，之后10μs时间内的能量值；如果能量值大于能量整定值，则检测为电网故障暂态行波信号，输出检测结果；否则重复步骤（3）。

2.根据权利要求1所述的变电站暂态行波信号检测方法，特征在于所述步骤（4）中电流门槛值和能量整定值的确定方法为：分别在变压器各电压等级出口施加一个幅值为0.1倍该电压等级额定电压的8μs/20μs的标准雷电波信号，记录高通滤波器输出的暂态电流信号的波形；比较记录的暂态电流信号，选取其中最小暂态电流信号的幅值的0.5倍为电流门槛值；并以该暂态电流信号达到电流门槛值的时刻为起点，计算10μs时间内的该暂态电流信号能量值，选取该能量值为能量整定值，其中能量计算公式为：                                                

式中为暂态电流值。

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