CN104701822B - 电力线路保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电力线路保护方法，包括：实时采集被保护线路一端的行波电气量和工频电气量；基于行波电气量判断被保护线路上是否发生了扰动；如果被保护线路上发生了扰动，基于工频电气量判断被保护线路上是否发生了故障；如果被保护线路上发生了故障，则输出跳闸信号；如果被保护线路上没有发生故障，则判断连续行波扰动判据是否满足；如果连续行波扰动判据满足，则输出故障预警信号。本发明能够及时提供被保护线路故障信息，尤其能及时提供被保护线路故障预警信息，不仅能够准确而快速的检测出接地故障，并能减少预防故障，提高电力系统供电可靠性，保证电力线路安全运行。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统保护和控制技术，具体涉及电力线路保护。
背景技术
电力线路是电力系统电源与负荷的纽带，是电力系统的重要组成部分。电力线路穿过平原河流，跨过高山森林，线路走廊复杂，易于发生故障。电力线路故障，不仅损坏电力设备，还将影响用户供电，危害正常的社会和生活秩序。电力线路保护是电力系统研究的重要课题。
现有的电力线路保护技术包括基于单端电气量的电流保护、电压保护和距离保护，基于双端电气量的电流差动保护、纵联方向保护等等。现有的在现场的电力线路保护都是基于工频稳态电气量的。但是电力线路发生故障后，故障后的暂态行波信息和工频稳态电气量一样都包括了故障发生、故障地点等故障信息。基于暂态故障行波信息也一样可以构成电力线路保护。而且，现有的继电保护技术难以保护中性点非有效接地系统的单相接地故障。随着电网互联，系统越来越大，系统的稳定性问题越来越突出。众所周知，故障切除的越快，越有利于系统稳定。而基于暂态行波的保护技术比基于工频稳态的保护技术具有先天的快速性。因此，研究基于暂态行波的继电保护能够有利促进继电保护技术的发展。
基于暂态行波的故障信息已被用于构造行波保护、行波测距和行波选线，已取得了一些进展。但是现有的基于行波信息的保护技术也有其自身的不足，如由于难以区分故障产生的行波和系统扰动如雷击甚至开关操作产生的行波而易于误动。
另外，现有的继电保护技术集中在故障发生后的快速有选择隔离故障设备，是一种事后处理的策略，目的是减少故障损失，防止故障进一步恶化，引起系统事故。现有的继电保护技术为目前电力系统安全运行提供了保障。但是如果能识别故障发展过程，实现故障预警，防患于未然，则不仅能减少故障损失，而且将大大提高电力系统运行的可靠性、安全性和经济性。
发明内容
本发明的目的是为实现一种既能快速切除故障、又能提前预报故障的电力线路保护。
本发明提出的电力线路保护方法，其特征在于，包括：实时采集被保护线路一端行波电气量和工频电气量；基于行波电气量，判断系统中是否发生了行波扰动；如果系统中发生了行波扰动，记录扰动发生时间，基于行波电气量判断扰动是否发生在被保护线路上；如果判定扰动发生在被保护线路上，基于工频电气量判断系统中是否发生了故障；如果判定系统中发生了故障，保护动作，发出跳闸信号；如果判定系统中没有发生故障，判断连续行波扰动判据是否满足；如果连续行波扰动判据满足，发出故障预警信号。
本发明的基本原理是电力线路发生故障后，电力系统经过暂态过程后进入故障后稳态。故障后的暂态行波信息和稳态工频信息都是故障现象的一部分。暂态行波信息和稳态工频信息也都能反映故障。暂态行波信息反映了交流系统发生故障后的微观情况。稳态工频信息反映了交流系统发生故障后系统的宏观情况。电力线路发生故障后，系统中将产生从故障点出发沿系统传播的故障行波。故障初始行波仅受经过的路径上电气设备的影响，不受系统中行波尚未经过的电气设备的影响。因此，在测量点，初始行波不受中性点接地方式的影响。无论是中性点接地系统，还是非有效接地系统，测量点都能有效获取初始行波。另外，区内故障时，测量点初始行波既有反向行波，又有正向行波；区外故障时，测量点初始行波只有正向行波，没有反向行波。电力线路发生接地故障后，故障后的稳态工频电气量与故障前相比发生了显著变化。故障前，三相对称，三相电压对称，三相电压维持在额定电压附近，三相电流为负荷电流，无零序电压和零序电流。故障后，电压电流将出现显著变化。中性点有效接地系统中，故障后，故障相工频稳态电压降低，故障相工频稳态电流升高。不对称故障后，负序电压和零序电压还将升高。中性点非有效接地系统中，单相接地故障后，零序电压升高，除单相接地以外的短路故障，故障相电流升高，故障相电压降低。
但是，故障暂态过程随故障时刻的不同而不同，因此，故障后的稳态工频电气量是保护跳闸的必要条件。另一方面，故障前的绝缘击穿也会产生行波，因此行波信息可用于故障预防。但是电力系统中不仅故障、故障前的绝缘击穿会产生行波，雷击或者开关操作也会产生行波，因此，有必要识别行波到底是故障前兆，还是由雷击、开关操作等扰动产生的。
对于正常运行的电力线路，其承受交流电源的激励，如果行波是由某点绝缘降低产生的，则该行波将是短期内重复的。如果行波是由于雷击或者开关操作产生的，则该行波将是瞬时的，短期内不重复的。因此，被保护线路上行波出现的频率，可以用于识别扰动来源，构成故障预防判据。
本发明中的行波指的是运行中的电力设备由于受到扰动引起的在电力系统中传播的电磁波。
本发明基于检测被保护线路一端的电气量，一方面实现电力线路快速保护，另一方面实现电力线路故障预警。
本发明能够实时监测电力线路的运行情况，及时提供电力线路故障预警信息，减少电力线路故障，提高电力线路运行可靠性。
附图说明
图1示出了根据本发明的电力线路保护方法的流程框图；
图2示出了根据本发明的实施例的电力线路保护流程框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不局限于下面公开的具体实施例。
图1示出了根据本发明的电力线路保护方法的流程框图，包括：
步骤1：实时采集被保护线路一端的行波电气量和工频电气量；
步骤2：基于行波电气量，判断系统中是否发生了行波扰动；
步骤3：如果系统中发生了行波扰动，记录扰动发生时间，基于行波电气量判断扰动是否发生在被保护线路上；
步骤4：如果判定扰动发生在被保护线路上，基于工频电气量判断系统中是否发生了故障；
步骤5：如果判定系统中发生了故障，保护动作，发出跳闸信号；
步骤6：如果判定系统中没有发生故障，判断连续行波扰动判据是否满足；
步骤7：如果连续行波扰动判据满足，发出故障预警信号。
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：
步骤1：实时同步采集被保护线路上三相电压行波和三相电流行波，采样频率1Mhz，实时采集被保护线路上三相电压和三相电流，采样频率1Khz；
步骤2：基于行波电气量，判断系统中是否发生了行波扰动。例如，将实时三相电压行波和三相电流行波模拟量输入电平比较电路，与预设阈值比较，判断系统中是否发生了行波扰动。阈值的设定可以为100-400mv，优选为200mv。
步骤3：如果系统中发生了行波扰动，记录扰动发生时间，并基于行波电气量判断扰动是否发生在被保护线路上。例如，若监测到系统中发生了行波扰动，记录扰动发生时间，存储三相电压行波和三相电流行波扰动前后各预定量的数据，例如32点数据。对三相电压行波进行相模变换，相模变换矩阵采用凯伦贝尔矩阵，获得电压行波线模分量和零模分量。同理，对三相电流行波进行相模变换，变换矩阵采用凯伦贝尔矩阵，获得电流行波线模分量和零模分量。
对电压行波线模分量、零模分量、电流行波线模分量和零模分量分别进行四层小波变换。此处的小波函数可选用三次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。
比较电压行波线模分量四层小波变换模极大值与对应的电流行波线模分量四层小波变换模极大值的极性，如果有不少于三层的电压行波线模分量和电流行波线模分量的小波变换模极大值极性相反，则判定扰动发生在被保护线路上；否则，比较电压行波零模分量四层小波变换模极大值与对应的电流行波零模分量四层小波变换模极大值的极性，如果有不少于三层的电压行波零模分量和电流行波零模分量的小波变换模极大值极性相反，则判定扰动发生在被保护线路上；如果上述都不满足，判定扰动发生在被保护线路以外。
步骤4：如果系统中发生了行波扰动，基于工频电气量判断系统中是否发生了故障。若监测到系统中发生了行波扰动，存储三相工频电压和三相工频电流扰动后预定量的数据，例如20点数据。对三相工频电压和三相工频电流分别进行相序变换，获得工频电压和工频电流正负零三序分量。
利用傅里叶变换分别求取零序电压、正序电流有效值。比较零序电压有效值与电压整定值，如果零序电压有效值大于电压整定值，则判定系统中发生了故障。电压整定值一般可取为30V；否则，比较正序电流有效值与正序电流整定值，如果正序电流有效值大于正序电流整定值，则判定系统中发生了故障，如果上述都不满足，判定系统中没有发生故障。
步骤5：如果判定系统中发生了故障，保护动作，发出跳闸信号。
步骤6：如果判定系统中没有发生故障，判断连续行波扰动判据是否满足。
如果判定扰动发生在被保护线路上，但系统中并没有发生故障，基于记录的被保护线路最近两次发生行波扰动的时间，计算两次扰动时间间隔。
比较计算得到的被保护线路最近两次发生扰动的时间间隔与整定时间间隔，如果计算得到的时间间隔小于整定时间间隔，则连续行波扰动判据满足。考虑系统正常运行的工频周期，60hz系统整定时间间隔为16ms，50hz系统整定时间间隔为20ms。如果考虑正常运行时，正负两个半周都可能击穿，则60hz系统整定时间间隔为8ms，50hz系统整定时间间隔为10ms。
步骤7：如果连续行波扰动判据满足，发出故障预警信号。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种电力线路保护方法，其特征在于，包括：
实时采集被保护线路一端行波电气量和工频电气量；
基于行波电气量，判断系统中是否发生了行波扰动；
如果系统中发生了行波扰动，记录扰动发生时间，基于行波电气量判断扰动是否发生在被保护线路上；
如果判定扰动发生在被保护线路上，基于工频电气量判断系统中是否发生了故障；
如果判定系统中发生了故障，保护动作，发出跳闸信号；
如果判定系统中没有发生故障，判断连续行波扰动判据是否满足；
如果连续行波扰动判据满足，发出故障预警信号，
其中，在所述实时采集被保护线路一端行波电气量和工频电气量的步骤中，实时同步采集被保护线路上三相电压行波和三相电流行波，
在基于行波电气量判断系统中是否发生了行波扰动的步骤中，将实时三相电压行波和三相电流行波模拟量输入电平比较电路，与预设阈值比较，判断系统中是否发生了所述行波扰动。
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| WO2015081826A1 (zh) | 2015-06-11 |
| CN104701822A (zh) | 2015-06-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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