CN103760461A - 一种基于含工频频带故障电流突变方向的母线保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于含工频频带故障电流突变方向的母线保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。当母线或线路发生故障后，提取故障后短时窗内的母线上各条线路的三相电流数据，通过三相电流数据计算得到含故障相的线模电流；对线模电流进行db4小波变换，取工频量所在频带进行直线拟合，根据各条线路拟合所得直线的斜率极性是否相同，判断是母线故障还是线路故障。本发明利用电流的工频频带成分的变化趋势构成保护，保护可靠且对采样率要求低，无需检测行波波头极性。所需时窗较短，无需提取完整的工频量，不受电流互感器饱和与会有工频电流流出故障母线等情况的影响。

Description

一种基于含工频频带故障电流突变方向的母线保护方法
技术领域
本发明涉及一种基于含工频频带故障电流突变方向的母线保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。 
背景技术
母线保护主要是利用基尔霍夫电流定理对母线是否发生故障进行判别，当与母线相连的各条线路上电流之和为0时，母线未发生故障，反之，则为母线故障。当线路上流过较大电流时，测量电流的电流互感器（CT）会发生饱和，导致测量到的电流波形与实际电流波形不同，造成母线保护计算得到的各条线路上电流之和不为0。为避开电流互感器饱和对母线保护的影响，可以采用饱和前的电流数据进行母线故障与否的判别，但是饱和在故障发生后10ms内就可能出现，而以工频量为基础的母线保护所需时窗较长，难以避免饱和的影响。 
母线保护原理包含电流相位比较式保护、工频电流相量差动保护、行波母线保护等方法。电流相位比较式母线保护通过比较母线各支路的电流极性判断故障是否发生于母线，不受CT饱和的影响，原理的实现比较简单，但是在母线故障时发生工频电流流出故障母线情况会造成母线保护的拒动。工频电流相量差动保护通过比较各出线工频电流相量变化进行区内和区外故障判别，其缺点在于保护动作速度较慢，区外故障CT饱和情况下容易误判出口。行波母线保护利用各条线路上所测故障行波的极性或幅值的是否相同对母线故障和线路故障进行区分，当电压过零点发生故障时，难以检测到暂态行波波头，行波母线保护易失效。 
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种基于含工频频带故障电流突变方向直线拟合的母线保护方法。利用故障后短时窗数据与判断工频量所在频带的极性，克服现有母线保护会受到CT饱和、电流工频量流出故障母线、需检测行波波头等问题的影响。 
本发明的技术方案是：一种基于含工频频带故障电流突变方向的母线保护方法，当母线或线路发生故障后，提取故障后短时窗内的母线上各条线路的三相电流数据，通过三相电流数据计算得到含故障相的线模电流；对线模电流进行db4小波变换，取工频量所在频带进行直线拟合，根据各条线路拟合所得直线的斜率极性是否相同，判断是母线故障还是线路故障。 
所述方法具体步骤为： 
（1）当母线或线路发生故障后，测量单元读取2τmin时窗内的电流数据，τmin为行波在与母线相连的最短出线上传播过全长的时间；
（2）采用凯伦贝尔相模变换后取含故障相的线模电流进行db4小波变换；
（3）取经过db4小波变换后工频量所在频带的数据进行直线拟合，以拟合所得直线斜率的极性表示故障电流的突变方向；
（4）基于故障电流突变方向的母线保护判别式GM为：
Figure 216976DEST_PATH_IMAGE001
式中，当拟合直线斜率为正时，Pi=1，
Figure 2014100157154100002DEST_PATH_IMAGE002
=0；当拟合直线斜率为负时，Pi=0，
Figure 258751DEST_PATH_IMAGE002
=1；i为与母线相连的第i条出线；
（5）根据各条线路拟合所得直线的斜率极性是否相同进行判断：
     若GM=1，则判定为母线故障；
     若GM=0时，则判定为线路故障。
本发明的原理是： 
一、求取工频量所在频带
在故障发生后电流互感器测量单元读取2τmin时窗内的三相电流数据，采样率为20kHz，τmin为行波在与母线相连的最短出线上传播过全长的时间。
对电流数据采用凯伦贝尔相模变换得到含故障相的线模分量。凯伦贝尔相模变换公式为： 
Figure 100805DEST_PATH_IMAGE003
式中i0、iα、iβ为凯伦贝尔相模变换后的线模分量，ia、ib、ic为a、b、c三相的电流数据。
利用db4小波对线模电流进行小波变换，分解到7个频带中。db4小波变换公式为： 
Figure 2014100157154100002DEST_PATH_IMAGE004
式中：*代表复共轭；m,n
Figure 2014100157154100002DEST_PATH_IMAGE006
Z，为尺度和时间平移参数；
Figure 246746DEST_PATH_IMAGE007
是给定的基函数。
其中，d1频率范围为5kHz~10kHz；d2频率范围为2.5kHz~5kHz；依次类推，d6的频率范围为78.125Hz~156.25Hz；d7的频率范围为0~78.125Hz，它为工频量所在的频带。 
二、利用直线拟合的斜率表示故障电流工频频带的突变方向 
构造直线方程y=at+b，取经过db4小波变换后工频量所在频带的数据进行直线拟合，并利用直线斜率a的正负来表征故障电流在含工频量频带的突变方向。
三、保护判据 
基于故障电流突变方向的母线保护判别式GM为：
Figure 2014100157154100002DEST_PATH_IMAGE008
                               （1）
式中，当拟合直线斜率为正时，Pi=1，=0；当拟合直线斜率为负时，Pi=0，
Figure 509680DEST_PATH_IMAGE002
=1；i为与母线相连的第i条出线。
若此时GM =1,则判定为母线故障； 
若GM=0时，则判定为线路故障。
本发明的有益效果是： 
1、利用电流的工频频带成分的变化趋势构成保护，保护可靠且对采样率要求低，无需检测行波波头极性。
2、所需时窗较短，无需提取完整的工频量，不受电流互感器饱和与会有工频电流流出故障母线等情况的影响。 
附图说明
图1是本发明仿真系统图； 
图2是本发明线路L4故障时第1号电流互感器测量的工频频带下的初始电流波形的直线拟合结果；
图3是本发明线路L4故障时第2号电流互感器测量的工频频带下的初始电流波形的直线拟合结果；
图4是本发明母线故障时第1号电流互感器测量的工频频带下的初始电流波形的直线拟合结果；
图5是本发明母线故障时第2号电流互感器测量的工频频带下的初始电流波形的直线拟合结果；
图6是本发明流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。 
实施例1：一种基于含工频频带故障电流突变方向的母线保护方法，当母线或线路发生故障后，提取故障后短时窗内的母线上各条线路的三相电流数据，通过三相电流数据计算得到含故障相的线模电流；对线模电流进行db4小波变换，取工频量所在频带进行直线拟合，根据各条线路拟合所得直线的斜率极性是否相同，判断是母线故障还是线路故障。 
所述方法具体步骤为： 
（1）当母线或线路发生故障后，测量单元读取2τmin时窗内的电流数据，τmin为行波在与母线相连的最短出线上传播过全长的时间；
（2）采用凯伦贝尔相模变换后取含故障相的线模电流进行db4小波变换；
（3）取经过db4小波变换后工频量所在频带的数据进行直线拟合，以拟合所得直线斜率的极性表示故障电流的突变方向；
（4）基于故障电流突变方向的母线保护判别式GM为：
Figure 839030DEST_PATH_IMAGE008
式中，当拟合直线斜率为正时，Pi=1，
Figure 37930DEST_PATH_IMAGE002
=0；当拟合直线斜率为负时，Pi=0，
Figure 769126DEST_PATH_IMAGE002
=1；i为与母线相连的第i条出线；
（5）根据各条线路拟合所得直线的斜率极性是否相同进行判断：
     若GM=1，则判定为母线故障；
     若GM=0时，则判定为线路故障。
实施例2：以图1的仿真系统为例，系统为3/2接线方式，TA_mxi(i=1、2、3、4、5、6)为第i号电流互感器。采样频率为20kHz，设F1，F2为A相金属接地故障，故障初始角为90°。发生线路L4故障，仿真系统中与母线相连的最短出线的长度为180km，由2τmin=2lmin/v计算得到2τmin=1.2ms。 
计算得到工频频带下的初始电流波形的直线拟合结果如图2和图3所示。 
由仿真结果可知故障电流工频量所在频带的数据拟合所得直线斜率为：a1=64.8826, a2=-35.3069,a3=-26.4415。据式（1）可知：计算结果为GM =0，判定为线路故障，与假设一致，判别结果准确。 
实施例3：仍以图1的仿真系统为例，系统为3/2接线方式，TA_mxi(i=1、2、3、4、5、6)为第i号电流互感器。采样频率为20kHz，设F1，F2为A相金属接地故障，故障初始角为90°。发生母线故障，仿真系统中与母线相连的最短出线的长度为180km，由2τmin=2lmin/v计算得到2τmin=1.2ms。 
计算得到工频频带下的初始电流波形的直线拟合结果如图4和图5所示。 
由仿真结果可知故障电流工频量所在频带的数据拟合所得直线斜率为：a1=-130.7087, a2=-390.3307,a3=-337.0287。同样据式（1）可知：计算结果为GM =1，判定为母线故障，与假设一致，判别结果准确。 
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。 

Claims (2)

1.一种基于含工频频带故障电流突变方向的母线保护方法，其特征在于：当母线或线路发生故障后，提取故障后短时窗内的母线上各条线路的三相电流数据，通过三相电流数据计算得到含故障相的线模电流；对线模电流进行db4小波变换，取工频量所在频带进行直线拟合，根据各条线路拟合所得直线的斜率极性是否相同，判断是母线故障还是线路故障。
2.根据权利要求1所述的基于含工频频带故障电流突变方向的母线保护方法，其特征在于所述方法具体步骤为：
（1）当母线或线路发生故障后，测量单元读取2τmin时窗内的电流数据，τmin为行波在与母线相连的最短出线上传播过全长的时间；
（2）采用凯伦贝尔相模变换后取含故障相的线模电流进行db4小波变换；
（3）取经过db4小波变换后工频量所在频带的数据进行直线拟合，以拟合所得直线斜率的极性表示故障电流的突变方向；
（4）基于故障电流突变方向的母线保护判别式GM为：
Figure 2014100157154100001DEST_PATH_IMAGE001
式中，当拟合直线斜率为正时，Pi=1，
Figure 320858DEST_PATH_IMAGE002
=0；当拟合直线斜率为负时，Pi=0，
Figure 201089DEST_PATH_IMAGE002
=1；i为与母线相连的第i条出线；
（5）根据各条线路拟合所得直线的斜率极性是否相同进行判断：
     若GM=1，则判定为母线故障；
     若GM=0时，则判定为线路故障。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105277849A (zh) * 2015-09-29 2016-01-27 昆明理工大学 一种基于线模电流s变换辐角检测的母线保护方法
CN105403779A (zh) * 2015-09-29 2016-03-16 昆明理工大学 一种基于极线电流梯度和直流线路故障识别方法
CN106019078A (zh) * 2016-05-18 2016-10-12 昆明理工大学 一种基于经验波速的无效时刻点剔除方法
CN106353639A (zh) * 2016-09-06 2017-01-25 昆明理工大学 一种基于电压电流短时窗小波系数相关分析的母线保护方法
CN108287286A (zh) * 2018-01-16 2018-07-17 济南置真电气有限公司 一种基于单相接地故障录波数据的极性校验方法
CN109683063A (zh) * 2019-02-22 2019-04-26 中国石油大学(华东) 一种利用零序电流与电压导数线性度关系的小电流接地系统单相接地故障方向检测方法
CN109725236A (zh) * 2019-02-26 2019-05-07 四川轻化工大学 一种基于工频量极性比较的母线故障区域确定方法
CN111025079A (zh) * 2019-09-19 2020-04-17 武汉三相电力科技有限公司 一种全并联at供电接触网的故障类型判断方法和装置

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5512832A (en) * 1993-10-15 1996-04-30 The Texas A & M University System Energy analysis fault detection system
KR20050007043A (ko) * 2003-07-11 2005-01-17 학교법인 성균관대학 전송선로에서 고조파와 상태천이도를 이용한 고장 검출 방법
CN1601840A (zh) * 2004-09-29 2005-03-30 上海交通大学 基于单端电流暂态信息的单回线路故障选相方法
US20090230974A1 (en) * 2004-07-15 2009-09-17 Mcgraw-Edison Company Traveling wave based relay protection
CN102608495A (zh) * 2012-03-02 2012-07-25 华北电力大学 一种基于电流突变量的故障选相方法
CN102820643A (zh) * 2012-08-20 2012-12-12 山东大学 基于电压、电流突变方向的高压直流输电线路保护方法
CN103197202A (zh) * 2013-03-29 2013-07-10 昆明理工大学 一种基于三相突变电流分量特征频带内小波系数相关分析的配网故障选线方法
CN103267927A (zh) * 2013-04-27 2013-08-28 昆明理工大学 一种利用工频分量小波系数直线拟合检测的小电流接地系统故障选线方法
CN103323741A (zh) * 2013-05-30 2013-09-25 昆明理工大学 一种针对强故障的基于故障电压初始行波幅值比较的d型线缆混合线路故障区段判别的方法
CN103474974A (zh) * 2013-09-02 2013-12-25 昆明理工大学 一种基于零序电流突变量直线拟合方向的配网单相接地保护方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5512832A (en) * 1993-10-15 1996-04-30 The Texas A & M University System Energy analysis fault detection system
KR20050007043A (ko) * 2003-07-11 2005-01-17 학교법인 성균관대학 전송선로에서 고조파와 상태천이도를 이용한 고장 검출 방법
US20090230974A1 (en) * 2004-07-15 2009-09-17 Mcgraw-Edison Company Traveling wave based relay protection
CN1601840A (zh) * 2004-09-29 2005-03-30 上海交通大学 基于单端电流暂态信息的单回线路故障选相方法
CN102608495A (zh) * 2012-03-02 2012-07-25 华北电力大学 一种基于电流突变量的故障选相方法
CN102820643A (zh) * 2012-08-20 2012-12-12 山东大学 基于电压、电流突变方向的高压直流输电线路保护方法
CN103197202A (zh) * 2013-03-29 2013-07-10 昆明理工大学 一种基于三相突变电流分量特征频带内小波系数相关分析的配网故障选线方法
CN103267927A (zh) * 2013-04-27 2013-08-28 昆明理工大学 一种利用工频分量小波系数直线拟合检测的小电流接地系统故障选线方法
CN103323741A (zh) * 2013-05-30 2013-09-25 昆明理工大学 一种针对强故障的基于故障电压初始行波幅值比较的d型线缆混合线路故障区段判别的方法
CN103474974A (zh) * 2013-09-02 2013-12-25 昆明理工大学 一种基于零序电流突变量直线拟合方向的配网单相接地保护方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
宋国兵 等: "基于相电流突变量的配电网单相接地故障区段定位", 《电力系统自动化》, vol. 35, no. 21, 10 November 2011 (2011-11-10) *
张华中 等: "基于电流变化量的自适应母线保护", 《中国电力》, vol. 44, no. 3, 31 March 2011 (2011-03-31) *
陈仕龙 等: "基于小波分析的特高压直流输电线路双端电压暂态保护", 《电网技术》, vol. 37, no. 10, 31 October 2013 (2013-10-31) *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105277849A (zh) * 2015-09-29 2016-01-27 昆明理工大学 一种基于线模电流s变换辐角检测的母线保护方法
CN105403779A (zh) * 2015-09-29 2016-03-16 昆明理工大学 一种基于极线电流梯度和直流线路故障识别方法
CN105403779B (zh) * 2015-09-29 2019-01-04 昆明理工大学 一种基于极线电流梯度和的直流线路故障识别方法
CN106019078A (zh) * 2016-05-18 2016-10-12 昆明理工大学 一种基于经验波速的无效时刻点剔除方法
CN106353639A (zh) * 2016-09-06 2017-01-25 昆明理工大学 一种基于电压电流短时窗小波系数相关分析的母线保护方法
CN106353639B (zh) * 2016-09-06 2019-07-05 昆明理工大学 一种基于电压电流短时窗小波系数相关分析的母线保护方法
CN108287286A (zh) * 2018-01-16 2018-07-17 济南置真电气有限公司 一种基于单相接地故障录波数据的极性校验方法
CN108287286B (zh) * 2018-01-16 2023-03-14 济南置真电气有限公司 一种基于单相接地故障录波数据的极性校验方法
CN109683063A (zh) * 2019-02-22 2019-04-26 中国石油大学(华东) 一种利用零序电流与电压导数线性度关系的小电流接地系统单相接地故障方向检测方法
CN109683063B (zh) * 2019-02-22 2021-11-12 中国石油大学(华东) 一种利用电流与电压导数的小电流接地故障方向检测方法
CN109725236A (zh) * 2019-02-26 2019-05-07 四川轻化工大学 一种基于工频量极性比较的母线故障区域确定方法
CN111025079A (zh) * 2019-09-19 2020-04-17 武汉三相电力科技有限公司 一种全并联at供电接触网的故障类型判断方法和装置

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