CN104198891B - 一种利用恢复电压延时半周期叠加检测拍频的瞬时性故障判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用恢复电压延时半周期叠加检测拍频的瞬时性故障判别方法，属于电力系统继电保护领域。对于双端带并联电抗器的输电线路，根据线路参数和并联电抗器补偿度计算自由振荡分量频率ω与振荡周期τ。线路发生故障后，自断路器断开时刻之后200ms开始，量测端获得的断开相电压值与当前值10ms之前的电压值相叠加，利用离散傅里叶变换，分别在三个滑动时窗内提取叠加波形的频率ω_j(j＝1，2，3)，滑动时窗长度均为2τ。分别比较提取的ω_j和ω大小关系，若提取到的频率与计算的自由振荡频率相等，则判为瞬时性故障，否则判为永久性故障。大量仿真分析验证，该发明可靠有效。

Description

一种利用恢复电压延时半周期叠加检测拍频的瞬时性故障判 别方法

技术领域

本发明涉及一种利用恢复电压延时半周期叠加检测拍频的瞬时性故障判别方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

自动重合闸技术作为保证电力系统安全供电和稳定运行的一种有效措施，在超高压电网中得到了广泛应用。运行经验表明，超高压架空输电线路上发生的故障大多为瞬时性故障，在故障熄弧后，重合线路断开相以恢复系统的正常运行，可大大提高供电的可靠性。当前应用的自动重合闸装置仍然是在断路器跳闸后盲目进行重合的，尚未进行瞬时性故障和永久性故障的判别，仍存在重合失败致使电力系统再次受到故障冲击的风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是避免输电线路故障后重合失败从而导致的电力系统受到二次故障冲击的问题，提出一种利用恢复电压延时半周期叠加检测拍频的瞬时性故障判别方法。

本发明的技术方案是：一种利用恢复电压延时半周期叠加检测拍频的瞬时性故障判别方法，对于双端带并联电抗器的输电线路，根据线路参数和并联电抗器补偿度计算自由振荡分量频率ω与振荡周期τ；线路发生故障后，自断路器断开时刻之后200ms开始，量测端获得的断开相电压值与当前值10ms之前的电压值相叠加，利用离散傅里叶变换，分别在三个滑动时窗内提取叠加波形的频率ω_j(j＝1，2，3)，滑动时窗长度均为2τ；分别比较提取的ω_j和ω大小关系，若提取到的频率与计算的自由振荡频率相等，则判为瞬时性故障，否则判为永久性故障。

具体步骤为：

第一步、根据线路参数和并联电抗器补偿度计算出电容电感元件之间形成的自由振荡分量频率ω，振荡周期为τ；

第二步、采集被保护输电线路MN的量测端M端故障相电压u_M(k)，并对其进行归一化处理；k为采样点；

第三步、自断路器断开时刻之后200ms开始，量测端获得的断开相电压值与当前值10ms之前的电压值相叠加，得到叠加后的电压波形u_M1(k)；

第四步、利用离散傅里叶变换，分别在三个滑动时窗内提取叠加波形的频率ω_j(j＝1，2，3)，滑动时窗长度均为2τ；

第五步、分别比较提取的ω_j和ω大小关系：

若满足|ω_j-ω|<ε，则判为瞬时性故障

若满足|ω_j-ω|≥ε，否则判为永久性故障。

ε为可接受的计算误差范围，设为0.5。

本发明的原理是：当线路发生单相瞬时性故障，线路故障相两端断路器跳开，随着故障点电弧熄灭，输电线路转入了两相运行状态。健全相与断开相之间存在的电磁及电容耦合使得断开相上感应出恢复电压，其值为电磁耦合电压和电容耦合电压的矢量和。当故障是金属性永久接地故障时，故障点始终存在，线路的对地电容可靠放电，所以断开相电压仅由电磁耦合电压和接地点位置决定。在两端有并联电抗器补偿的超高压线路上，瞬时性故障时当潜供电流熄弧后，断开相的恢复电压不仅包括由电磁耦合及静电耦合在故障相上产生的工频分量，还包括电容电感元件之间形成的自由振荡频率分量，从而形成电压拍频特性，而永久性故障时没有此现象。

本发明的有益效果是：对于瞬时性故障的判别基于恢复电压是否出现拍频特性，经验证，该发明易于实现，简单可靠，拓宽了自适应重合闸在超高压输电线路上的应用范围和前景。

附图说明

图1为实施例1、2、3的输电线路模型示意图；

图2为实施例1中的量测端M获得的故障相电压波形；

图3为实施例1中的故障相电压叠加后的电压波形；

图4为实施例1中第一个滑动时窗内利用离散傅里叶变换提取的频率；

图5为实施例1中第二个滑动时窗内利用离散傅里叶变换提取的频率；

图6为实施例1中第三个滑动时窗内利用离散傅里叶变换提取的频率；

图7为实施例2中的量测端M获得的故障相电压波形；

图8为实施例2中的故障相电压叠加后的电压波形；

图9为实施例3中的量测端M获得的故障相电压波形；

图10为实施例3中的故障相电压叠加后的电压波形

图11为实施例3中第一个滑动时窗内利用离散傅里叶变换提取的频率；

图12为实施例3中第二个滑动时窗内利用离散傅里叶变换提取的频率；

图13为实施例3中第三个滑动时窗内利用离散傅里叶变换提取的频率。

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。

对于双端带并联电抗器的输电线路，当被保护线路发生瞬时性故障时，断开相恢复电压中会产生自由振荡分量，而永久性故障情况下，断开相残余电压不存在此特点，以此可作为瞬时性故障的判别依据。根据线路参数和并联电抗器补偿度计算自由振荡分量频率ω与振荡周期τ。线路发生故障后，自断路器断开时刻之后200ms开始，量测端获得的断开相电压值与当前值10ms之前的电压值相叠加，利用离散傅里叶变换，分别在三个滑动时窗内提取叠加波形的频率ω_j(j＝1，2，3)，滑动时窗长度均为2τ。分别比较提取的ω_j和ω大小关系，若提取到的频率与计算的自由振荡频率相等，则判为瞬时性故障，否则判为永久性故障。

实施例1：如图1所示的500kV带并联电抗器的输电线路仿真系统模型，被保护线路为MN，线路长度L_PM＝150km，L_MN＝358km，L_NQ＝220km，并联电抗器电抗X_L＝1680.56Ω，X_n＝434Ω。采样率为20kHz。根据线路参数计算出电容电感元件之间形成的自由振荡分量频率ω＝265.78Hz，振荡周期为τ＝23.6ms；

现假设在线路MN上距M端50km发生A相接地瞬时性故障，此时量测端M获得的归一化后的故障相电压波形u_M(k)如图2所示，由图2可知，故障发生时刻为0.3s，断路器断开时刻为0.4s；

自断路器断开时刻之后200ms开始，量测端获得的断开相电压值与当前值10ms之前的电压值相叠加，得到叠加后的电压波形u_M1(k)，如图3所示；

利用离散傅里叶变换，分别在三个滑动时窗内提取叠加波形的频率ω_j(j＝1，2，3)，滑动时窗长度均为2τ，傅里叶变换结果分别如图4、图5、图6所示；计算得到ω₁＝265.65Hz、ω₂＝265.66Hz且ω₃＝265.65Hz，三个频率均满足|ω_j-ω|<ε，因此判为瞬时性故障。

实施例2：如图1所示的500kV带并联电抗器的输电线路仿真系统模型，被保护线路为MN，线路长度L_PM＝150km，L_MN＝358km，L_NQ＝220km，并联电抗器电抗X_L＝1680.56Ω，X_n＝434Ω。采样率为20kHz。现假设在线路MN上距M端50km发生A相接地永久性故障，此时量测端M获得的归一化后的故障相电压波形u_M(k)如图7所示，由图7可知，故障发生时刻为0.3s，断路器断开时刻为0.4s；

自断路器断开时刻之后200ms开始，量测端获得的断开相电压值与当前值10ms之前的电压值相叠加，得到叠加后的电压波形u_M1(k)，如图8所示；

利用离散傅里叶变换，分别在三个滑动时窗内提取叠加波形的频率ω_j(j＝1，2，3)，滑动时窗长度均为2τ；计算得到ω₁＝1195.7Hz、ω₂＝1328.3Hz且ω₃＝1461.5Hz，三个频率均不满足|ω_j-ω|<ε，因此判为永久性故障。

实施例3：如图1所示的500kV带并联电抗器的输电线路仿真系统模型，被保护线路为MN，线路长度L_PM＝150km，L_MN＝358km，L_NQ＝220km，并联电抗器电抗X_L＝1680.56Ω，X_n＝434Ω。采样率为20kHz。现假设在线路MN上距M端160km发生A相接地瞬时性故障，此时量测端M获得的归一化后的故障相电压波形u_M(k)如图9所示，由图9可知，故障发生时刻为0.3s，断路器断开时刻为0.4s；

自断路器断开时刻之后200ms开始，量测端获得的断开相电压值与当前值10ms之前的电压值相叠加，得到叠加后的电压波形u_M1(k)，如图10所示；

利用离散傅里叶变换，分别在三个滑动时窗内提取叠加波形的频率ω_j(j＝1，2，3)，滑动时窗长度均为2τ，变换结果如图11、图12、图13所示；计算得到ω₁＝265.65Hz、ω₂＝265.63Hz且ω₃＝265.67Hz，三个频率均满足|ω_j-ω|<ε，因此判为瞬时性故障。

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 (1)

1.一种利用恢复电压延时半周期叠加检测拍频的瞬时性故障判别方法，其特征在于：对于双端带并联电抗器的输电线路，根据线路参数和并联电抗器补偿度计算自由振荡分量频率ω与振荡周期τ；线路发生故障后，自断路器断开时刻之后200ms开始，量测端获得的断开相电压值与当前值10ms之前的电压值相叠加，利用离散傅里叶变换，分别在三个滑动时窗内提取叠加波形的频率ω_j(j＝1，2，3)，滑动时窗长度均为2τ；分别比较提取的ω_j和ω大小关系，若提取到的叠加波形的频率与计算的自由振荡频率的差的绝对值<ε，则判为瞬时性故障，否则判为永久性故障，ε为可接受的计算误差范围，设为0.5；

第一步、根据线路参数和并联电抗器补偿度计算出电容电感元件之间形成的自由振荡分量频率ω，振荡周期为τ；

第二步、采集被保护输电线路MN的量测端M端故障相电压u_M(k)，并对其进行归一化处理；k为采样点；

第三步、自断路器断开时刻之后200ms开始，量测端获得的断开相电压值与当前值10ms之前的电压值相叠加，得到叠加后的电压波形u_M1(k)；

第四步、利用离散傅里叶变换，分别在三个滑动时窗内提取叠加波形的频率ω_j(j＝1，2，3)，滑动时窗长度均为2τ；

第五步、分别比较提取的ω_j和ω大小关系：

若满足|ω_j-ω|<ε，则判为瞬时性故障

若满足|ω_j-ω|≥ε，否则判为永久性故障。