CN105375452B - 一种输电线路故障暂态保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种输电线路故障暂态保护方法。其步骤为：在输电线路一端安装保护装置；将输电线路按照一定距离设置样本故障点；在所有样本故障点处模拟各种故障情况，在输电线路一端安装暂态信号检测装置，检测所有模拟故障情况下的故障暂态波形，建立故障暂态波形样本数据库T；输电线路发生故障后，在输电线路一端检测故障暂态波形，并与故障暂态波形样本数据库T中的所有故障暂态波形进行波形相关性分析，计算波形相关系数k；根据波形相关系数的差异判定区内外故障，区内故障时发出跳闸指令，隔离故障，区外故障时闭锁保护装置。本发明可以准确地判定区内外故障，有助于进一步提高暂态保护的可靠性和实用性。

Description

一种输电线路故障暂态保护方法
技术领域
本发明属于电力系统继电保护领域，涉及一种输电线路故障暂态保护方法。
背景技术
随着智能电网的全面建设，电力系统对继电保护的可靠性、快速性、选择性和灵敏性提出了更高的要求，因此迫切地需要超高速且可靠性高的继电保护装置作为确保输电线路故障后电力系统安全稳定运行的第一道防线。暂态保护技术具有动作速度快和不受过渡电阻、电流互感器饱和、系统振荡及长线路分布电容的影响等独特优点，成为国内外继电保护领域的研究热点。目前，利用故障暂态波形实现高速保护的保护原理主要有差动保护、方向保护和距离保护。如文献“新型暂态行波幅值比较式超高速方向保护”通过分析故障发生后正向行波的幅值积分与反向行波的幅值积分的比值判定故障方向，实现高速保护。文献“超高速暂态方向继电器的研究”采用小波变换将行波分量的能量用谱能量表示，进而比较故障发生后正向行波分量和反向行波分量对应的谱能量大小判定故障方向。文献“行波距离保护中识别第2个反射波性质的新方法”首先检测初始行波和第2个反射波的零模分量的极性以及三个分别以A、B、C相为基准的线模分量极性，然后将初始行波的零模分量和三个线模分量的极性关系与第2个反射波的零模分量与三个线模分量的极性关系进行比较，从而判定在距离保护中第2个反射波是故障点的反射波还是输电线路两端的反射波。此外，专利“一种新型广域电网行波保护”通过分析故障行波初始行波的极性判定故障域，随后分析故障域中初始行波的时间信息判定故障线路实现保护。以上这些保护保护方法原理简单，为暂态保护的发展奠定了良好基础，但其可靠性一直无法满足电力系统现场的应用需求，因此我们需要研究输电线路故障暂态保护的新方法。
发明内容
针对现有输电线路故障暂态保护方法可靠性不高的现状，本发明提出了一种输电线路故障暂态保护新方法。本发明根据不同电网结构、故障点位置、故障时间、故障程度产生的包含大量折反射暂态分量的故障暂态波形唯一的特性实现输电线路故障暂态保护；输电线路发生故障后，在输电线路一端检测一段时间、一定频带范围内的故障暂态波形并与样本数据库T中的所有故障暂态波形进行相关性分析，计算波形相关系数；根据波形相关系数的差异判定区内外故障，区内故障时发出跳闸指令，隔离故障，区外故障时闭锁保护装置。仿真分析结果表明该保护方法可以准确快速地判定区内外故障，有助于进一步提高输电线路故障暂态保护的可靠性和实用性。
本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：
(1)设置样本故障点：将输电线路按照一定距离设置样本故障点；
(2)建立样本数据库：分别在所有样本故障点处模拟各种故障情况，在输电线路一端检测所有故障情况下的故障暂态波形，建立故障暂态波形样本数据库T；
(3)检测实际故障暂态波形：输电线路发生故障后，在输电线路一端检测一段时间、一定频带范围内的故障暂态波形；
(4)计算波形相关系数：将检测的实际故障暂态波形与样本数据库T中的所有故障暂态波形进行波形相关性分析，计算波形相关系数k；
(5)故障判定：根据波形相关系数的差异，利用保护判据判定区内外故障；
(6)线路保护：区内故障时发出跳闸指令，隔离故障；区外故障时闭锁保护装置。
上述的输电线路故障暂态保护方法，所述步骤(1)中一定距离的取值特征：对于短线路，每距离100m-500m设置一个样本故障点；对于长线路，每距离500m到2000m设置一个样本故障点。
上述的输电线路故障暂态保护方法，所述步骤(3)中一段时间、一定频带的说明：一段时间表示输电线路发生故障后在输电线路一端检测到的故障暂态波形的时间段范围是1us-1ms；一定频带表示输电线路发生故障后在输电线路一端检测到的故障暂态波形的频带段范围是10KHz-1MHz。
上述的输电线路故障暂态保护方法，所述步骤(4)中将实际故障暂态波形与样本数据库T中的所有故障暂态波形进行波形相关性分析时采用的公式为：
上式中，x(n)为实际故障暂态波形，y(n)为样本数据库T的故障暂态波形；k为实际故障暂态波形与样本数据库T中的故障暂态波形的波形相关系数，表征实际故障暂态波形与样本数据库T中的故障暂态波形的波形相似程度；波形相关系数k的取值区间为[-1,1],k值越大，表示两个波形越相似，当k＝1时，表示两个波形完全相同。
上述的输电线路故障暂态保护方法，所述步骤(5)中故障保护判据具体为：k＞kset,kset是为了输电线路故障暂态保护能够可靠动作而设置的波形相关系数门槛值；当波形相关系数大于波形相关系数门槛值时，判定为区内故障；反之，判定为区外故障。
本发明的技术效果是：(1)本发明综合利用故障暂态波形的时间信息与频带信息，可消除以往单一使用时间信息或频带信息进行故障暂态保护带来的缺陷；(2)本发明在不同故障位置，不同故障初相角，不同故障过渡电阻的情况下均能准确、快速、可靠地判定区内外故障及故障线路，实现过程简单易行，便于推广，具有广阔的应用前景。
下面结合附图和实例对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是实施本发明的电网结构图。
图2是本发明的流程图。
流程图中，各方框内容：
方框1：再输电线路一端安装保护装置；方框2：按照一定距离设置样本故障点；方框3：在所有样本故障点处模拟各种故障，在输电线路一端检测故障暂态波形，建立故障暂态波形样本数据库T；方框4：输电线路发生故障后，在输电线路一端检测实际故障暂态波形并与样本数据库T中的所有故障暂态波形进行波形相关性分析，计算波形相关系数k；方框5：k＞kset；方框6：区内故障，发出跳闸指令隔离故障；方框7：区外故障，闭锁保护装置；方框8：结束。摘要附图的流程图与说明书附图图2的流程图内容一致。
具体实施方式
参见图1，图1是实施本发明的电网结构图，为典型的500kV高压输电线路模型。图1中P、M、N、Q为四个变电站，l1、l2、l3为三条500kV高压输电线路，长度分别为60km、100km、50km。约定输电线路l2为被保护线路，在输电线路l2端的变电站M处安装保护装置1，f1为反向区外故障，f2为区内故障，f3为正向区外故障。仿真分析输电线路故障暂态保护方法在各种故障情况下的适应性，首先，在输电线路l2每隔500米设置一个样本故障点，在所有样本故障点处模拟各种故障，检测模拟故障暂态波形，建立故障暂态波形样本数据库T。
在输电线路上选取典型位置仿真分析输电线路故障暂态保护方法在不同位置的适应性。在故障点位置f2分别选取距离变电站M 0.1km、50km、99.9km的情况下仿真区内故障；在故障点位置f3分别选取距离变电站N 0.1km、25km、49.9km的情况下仿真正向区外故障；在故障点位置f1分别选取距离变电站P 0.1km、30km、59.9km的情况下仿真反向区外故障。检测不同位置发生故障后的故障暂态波形，与样本数据库T中的故障暂态波形进行波形相关性分析，计算波形相关系数k，并由保护判据判定区内外故障，判定结果如表1所示；
表1
选取典型初相角15°、60°仿真分析输电线路故障暂态保护方法在不同故障初相角情况下的适应性。不同的故障初相角，在故障点位置f2分别选取距离变电站M 0.1km、50km、99.9km的情况下仿真区内故障；在故障点位置f3距离变电站N 0.1km的情况下仿真正向区外故障；在故障点位置f1选取距离变电站P 59.9km的情况下仿真反向区外故障。检测不同初相角发生故障后的故障暂态波形，与样本数据库T中的故障暂态波形进行波形相关性分析，计算波形相关系数k，并由保护判据判定区内外故障，判定结果如表2所示；
表2
选取典型过渡电阻15Ω、150Ω仿真分析输电线路故障暂态保护方法在不同故障过渡电阻情况下的适应性。不同过渡电阻，在故障点位置f2分别选取距离变电站M 0.1km、50km、99.9km的情况下仿真区内故障；在故障点位置f3选取距离变电站N 0.1km仿真正向区外故障；在故障点位置f1选取距离变电站P 59.9km的情况下仿真反向区外故障。检测不同过渡电阻发生故障后的故障暂态波形，与样本数据库T中的故障暂态波形进行波形相关性分析，计算波形相关系数k，并由保护判据判定区内外故障，判定结果如表3所示；
表3
本发明在不同故障位置，不同故障初相角，不同故障过渡电阻的情况下均能准确、快速、可靠地判定区内外故障及故障线路，实现过程简单易行，便于推广，具有广阔的应用前景。

Claims (2)

1.一种输电线路故障暂态保护方法，包括如下步骤：
(1)设置样本故障点：将输电线路按照一定距离设置样本故障点；
所述步骤(1)中一定距离的取值特征：对于短线路，每距离100m-500m设置一个样本故障点；对于长线路，每距离500m到2000m设置一个样本故障点；
(2)建立样本数据库：分别在所有样本故障点处模拟各种故障情况，在输电线路一端检测所有故障情况下的故障暂态波形，建立故障暂态波形样本数据库T；
(3)检测实际故障暂态波形：输电线路发生故障后，在输电线路一端检测一段时间、一定频带范围内的实际故障暂态波形；一段时间表示输电线路发生故障后在输电线路一端检测到的故障暂态波形的时间段范围是1us-1ms；一定频带表示输电线路发生故障后在输电线路一端检测到的故障暂态波形的频带段范围是10KHz-1MHz；
(4)计算波形相关系数：将检测的实际故障暂态波形与样本数据库T中的所有故障暂态波形进行波形相关性分析，计算波形相关系数k；将实际故障暂态波形与样本数据库T中的所有故障暂态波形进行波形相关性分析时采用的公式为：
<mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mrow> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </munderover> <mi>x</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>y</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mrow> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </munderover> <msup> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo> </mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mrow> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </munderover> <msup> <mi>y</mi> <mn>2</mn> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> </mrow> </msup> </mrow>
上式中，x(n)为实际故障暂态波形，y(n)为样本数据库T中的故障暂态波形；k为实际故障暂态波形与样本数据库T中的故障暂态波形的波形相关系数，表征实际故障暂态波形与样本数据库T中的故障暂态波形的波形相似程度；波形相关系数k的取值区间为[-1,1]，k值越大，表示两个波形越相似，当k＝1时，表示两个波形完全相同；
(5)故障判定：根据波形相关系数的差异，利用保护判据判定区内外故障；
(6)线路保护：区内故障时发出跳闸指令，隔离故障；区外故障时闭锁保护装置。
2.根据权利要求1所述的输电线路故障暂态保护方法，所述步骤(5)中故障保护判据具体为：
k＞kset
kset是为了输电线路故障暂态保护能够可靠动作而设置的波形相关系数门槛值；当波形相关系数大于波形相关系数门槛值时，判定为区内故障；反之，判定为区外故障。
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