CN105548740B - 雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识方法与系统，获取变电站故障侵入波，分析变电站故障侵入波主波能量分布范围，获取雷击故障侵入波主波能量分布范围以及接地故障侵入波主波能量分布范围，根据变电站故障侵入波主波能量分布范围、雷击故障侵入波主波能量分布范围以及接地故障侵入波主波能量分布范围，辨别变电站故障侵入波为雷击故障侵入波或为接地故障侵入波。整个过程中，利用雷击故障侵入波主波和接地故障侵入波主波不同的能量分布范围，高效且准确辨别变电站故障侵入波为雷击故障侵入波或为接地故障侵入波。
Description
技术领域
本发明涉及电力电网技术领域，特别是涉及雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识方法与系统。
背景技术
引起输电线路故障跳闸的主要原因包括气候因素(例如雷害、污闪、大风、洪水等)、非气候因素(例如鸟害、外力、树竹等)、设备因素、人为因素(例如设计、施工、运行等)以及其他一些不明因素。
一旦输电线路发生雷击和其他接地故障，产生冲击电压将会沿着输电线路侵入到变电站，引起系统过电压，进而影响电网一、二次设备的性能。
针对雷击故障侵入波与接地故障侵入波的识别，国内外均开展了研究，并取得了一些有益的成果。目前对于故障造成的雷击侵入波与接地侵入波辨识方法概括起来存在两类问题：1)辨识判据特征不能准确提取，往往造成较大的辨识准确率不高；2)辨识方法原理复杂，辨识效率不高。
发明内容
基于此，有必要针对一般雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识方法存在辨识效率低且不准确的问题，提供一种辨识效率高且准确的雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识方法与系统。
一种雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识方法，包括步骤：
获取变电站故障侵入波；
分析所述变电站故障侵入波主波能量分布范围；
获取雷击故障侵入波主波能量分布范围以及接地故障侵入波主波能量分布范围；
当所述变电站故障侵入波主波能量分布范围处于所述雷击故障侵入波主波能量分布范围内时，辨识所述变电站故障侵入波为雷击故障侵入波，当所述变电站故障侵入波主波能量分布范围处于所述接地故障侵入波主波能量分布范围内时，辨识所述变电站故障侵入波为接地故障侵入波。
一种雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识系统，包括：
故障侵入波获取模块，用于获取变电站故障侵入波；
第一能量分布模块，用于分析所述变电站故障侵入波主波能量分布范围；
第二能量分布模块，用于获取雷击故障侵入波主波能量分布范围以及接地故障侵入波主波能量分布范围；
辨别模块，用于当所述变电站故障侵入波主波能量分布范围处于所述雷击故障侵入波主波能量分布范围内时，辨识所述变电站故障侵入波为雷击故障侵入波，当所述变电站故障侵入波主波能量分布范围处于所述接地故障侵入波主波能量分布范围内时，辨识所述变电站故障侵入波为接地故障侵入波。
本发明雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识方法与系统，获取变电站故障侵入波，分析变电站故障侵入波主波能量分布范围，获取雷击故障侵入波主波能量分布范围以及接地故障侵入波主波能量分布范围，根据变电站故障侵入波主波能量分布范围、雷击故障侵入波主波能量分布范围以及接地故障侵入波主波能量分布范围，辨别变电站故障侵入波为雷击故障侵入波或为接地故障侵入波。整个过程中，利用雷击故障侵入波主波和接地故障侵入波主波不同的能量分布范围，高效且准确辨别变电站故障侵入波为雷击故障侵入波或为接地故障侵入波。
附图说明
图1为本发明雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识方法第一个实施例的流程示意图；
图2为本发明雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识系统第一个实施例的结构示意图；
图3为具体实施例一中变电站故障侵入波完整波形图；
图4为具体实施例一中变电站故障侵入波主波波形图；
图5为具体实施例一中变电站故障侵入波主波能量分布图；
图6为具体实施例二中变电站故障侵入波完整波形图；
图7为具体实施例二中变电站故障侵入波主波波形图；
图8为具体实施例二中变电站故障侵入波主波能量分布图。
具体实施方式
为了详细解释本发明雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识方法与系统的技术方案以及其有益效果，下面将首先对其技术原理进行详细说明。
输电线路发生非雷击故障时，暂态电流附加分量是由故障点的附加电压源产生的。由于附加电压源为工频正弦波，其产生的暂态电流分量中高频分量的含量远低于雷电流所包含的情况；而雷击故障无论是绕击还是反击，其暂态附加分量不仅包含附加电压源作用产生的暂态分量，同时包含雷电流直接注入形成的暂态分量。因为雷电流包含的高频分量远高于故障点附加电压源作用产生的分量，进而可知非雷击故障的包含的高频分量部分会远小于雷击故障。因此，本发明雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识方法与系统基于上述原理，提出频谱能量分析方法，分析变电站侵入波主波能量分布范围，分别确定雷击故障侵入波主波能量分布范围与接地故障侵入波主波能量分布范围，辨识变电站侵入波是雷击故障侵入波还是接地故障侵入波。
如图1所示，一种雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识方法，包括步骤：
S100：获取变电站故障侵入波。
对变电站实时监控，当变电站被电压冲击时，获取变电站故障侵入波。非必要的，在对变电站实时监控过程中可以将遭受电压冲击的时间记录下，以便日后数据的分析与总结。
S200：分析所述变电站故障侵入波主波能量分布范围。
变电站故障侵入波主波能量分布范围可以采用频谱能量分析技术进行分析，具体来说，可以借助频谱能量分析仪器设备进行操作。非必要的，可以采用多台设备分别对变电站故障侵入波进行分析，之后获取整合多台设备的分析结果，获得变电站故障侵入波主波能量分布范围。当然变电站故障侵入波主波能量分布范围也可以采用严谨的数据处理和数学计算获得。
S300：获取雷击故障侵入波主波能量分布范围以及接地故障侵入波主波能量分布范围。
雷击故障侵入波主波能量分布范围以及接地故障侵入波主波能量分布范围可以通过历史数据或者专家库数据获得，其也可以采用步骤S200中相同的方式获得。
S400：当所述变电站故障侵入波主波能量分布范围处于所述雷击故障侵入波主波能量分布范围内时，辨识所述变电站故障侵入波为雷击故障侵入波，当所述变电站故障侵入波主波能量分布范围处于所述接地故障侵入波主波能量分布范围内时，辨识所述变电站故障侵入波为接地故障侵入波。
当变电站故障侵入波主波能量分布范围处于雷击故障侵入波主波能量分布范围时，即表明此时变电站故障侵入波为雷击故障侵入波；当变电站故障侵入波主波能量分布范围处于接地故障侵入波主波能量分布范围时，即表明此时变电站故障侵入波为接地故障侵入波。
本发明雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识方法，获取变电站故障侵入波，分析变电站故障侵入波主波能量分布范围，获取雷击故障侵入波主波能量分布范围以及接地故障侵入波主波能量分布范围，根据变电站故障侵入波主波能量分布范围、雷击故障侵入波主波能量分布范围以及接地故障侵入波主波能量分布范围，辨别变电站故障侵入波为雷击故障侵入波或为接地故障侵入波。整个过程中，利用雷击故障侵入波主波和接地故障侵入波主波不同的能量分布范围，高效且准确辨别变电站故障侵入波为雷击故障侵入波或为接地故障侵入波。
在其中一个实施例中，所述分析所述变电站故障侵入波主波能量分布范围的步骤具体包括：
提取所述变电站故障侵入波电流的主波头；
基于FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅氏变换)分析所述主波头，获取FFT计算结果，并根据所述FFT计算结果，求取所述变电站故障侵入波主波中每点复数模值的平方作为该点的能量值；
根据所述变电站故障侵入波主波中每点复数模值的平方作为该点的能量值，获取所述变电站故障侵入波主波0～50kHz能量占比。
在本实施例中，采用严谨的数据处理和数学计算。具体来说，先提取变电站故障侵入波电流的主波头，基于FFT分析主播头，获得FFT计算结果，再根据FFT计算结果，求取每点复数模值的平方作为该点的能量值，再计算变电站故障侵入波主波0～50kHz能量占比。
在其中一个实施例中，所述获取雷击故障侵入波主波能量分布范围以及接地故障侵入波主波能量分布范围的步骤具体包括：
获取多个标准雷击故障侵入波和多个标准接地故障侵入波；
根据所述多个标准雷击故障的变电站侵入波，计算所述标准雷击故障侵入波主波0～50kHz能量占比范围值，根据所述多个标准接地故障的变电站侵入波，计算所述标准接地故障侵入波主波0～50kHz能量占比范围值。
标准雷击故障侵入波主波0～50kHz能量占比范围值和标准接地故障侵入波主波0～50kHz能量占比范围值可以采用上述“分析所述变电站故障侵入波主波能量分布范围”相同的方式计算获得，为了确保计算结果的确定可以采用“多次计算求取平均值”的方式。当然标准雷击故障侵入波主波0～50kHz能量占比范围值和标准接地故障侵入波主波0～50kHz能量占比范围值也可以采用设备仪器直接测量获得，或者基于历史经验数据以及专家库数据获得。
在其中一个实施例中，所述雷击故障侵入波主波能量分布范围具体为雷击故障侵入波主波0～50kHz能量占比小于85％，所述接地故障侵入波主波能量分布范围为接地故障侵入波主波0～50kHz能量占比为大于95％。
在其中一个实施例中，所述当所述变电站故障侵入波主波能量分布范围处于所述雷击故障侵入波主波能量分布范围内时，辨识所述变电站故障侵入波为雷击故障侵入波，当所述变电站故障侵入波主波能量分布范围处于所述接地故障侵入波主波能量分布范围内时，辨识所述变电站故障侵入波为接地故障侵入波的步骤之后还包括：
记录所述变电站故障侵入波的类型和侵入时间。
记录下变电站故障侵入波的类型和侵入时间有利于后续对变电站运行情况进行了解，记录下的变电站故障侵入波的类型和侵入时间可以写入变电站运行日志。
如图2所示，一种雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识系统，包括：
故障侵入波获取模块100，用于获取变电站故障侵入波；
第一能量分布模块200，用于分析所述变电站故障侵入波主波能量分布范围；
第二能量分布模块300，用于获取雷击故障侵入波主波能量分布范围以及接地故障侵入波主波能量分布范围；
辨别模块400，用于当所述变电站故障侵入波主波能量分布范围处于所述雷击故障侵入波主波能量分布范围内时，辨识所述变电站故障侵入波为雷击故障侵入波，当所述变电站故障侵入波主波能量分布范围处于所述接地故障侵入波主波能量分布范围内时，辨识所述变电站故障侵入波为接地故障侵入波。
本发明雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识系统，故障侵入波获取模块100获取变电站故障侵入波，第一能量分布模块200分析变电站故障侵入波主波能量分布范围，第二能量分布模块300获取雷击故障侵入波主波能量分布范围以及接地故障侵入波主波能量分布范围，辨别模块400根据变电站故障侵入波主波能量分布范围、雷击故障侵入波主波能量分布范围以及接地故障侵入波主波能量分布范围，辨别变电站故障侵入波为雷击故障侵入波或为接地故障侵入波。整个过程中，利用雷击故障侵入波主波和接地故障侵入波主波不同的能量分布范围，高效且准确辨别变电站故障侵入波为雷击故障侵入波或为接地故障侵入波。
在其中一个实施例中，所述第一能量分布模块200具体包括：
提取单元，用于提取所述变电站故障侵入波电流的主波头；
第一计算单元，用于基于FFT分析所述主波头，获取FFT计算结果，并根据所述FFT计算结果，求取所述变电站故障侵入波主波中每点复数模值的平方作为该点的能量值；
第二计算单元，用于根据所述变电站故障侵入波主波中每点复数模值的平方作为该点的能量值，获取所述变电站故障侵入波主波0～50kHz能量占比。
在其中一个实施例中，所述第二能量分布模块300具体包括：
获取单元，用于获取多个标准雷击故障侵入波和多个标准接地故障侵入波；
第三计算单元，用于根据所述多个标准雷击故障的变电站侵入波，计算所述标准雷击故障侵入波主波0～50kHz能量占比范围值，根据所述多个标准接地故障的变电站侵入波，计算所述标准接地故障侵入波主波0～50kHz能量占比范围值。
在其中一个实施例中，所述雷击故障侵入波主波能量分布范围具体为雷击故障侵入波主波0～50kHz能量占比小于85％，所述接地故障侵入波主波能量分布范围为接地故障侵入波主波0～50kHz能量占比为大于95％。
在其中一个实施例中，所述雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识系统还包括：
记录模块500，用于记录所述变电站故障侵入波的类型和侵入时间。
为了更进一步详细解释本发明雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识方法与系统的技术方案及其带来的有益效果，下面将采用2个具体实例并结合图3至图8进行解释说明。
具体实施例一
图3所示为某个变电站故障侵入波完整波形图，从其中提取出该变电站故障侵入波主波波形图如图4所示，对该变电站故障侵入波主波进行上述基于FFT分析的能量分布分析获得如图5所示的雷击故障侵入波主波能量分布图，采用上述基于FFT分析的结果：侵入波主波0～50kHz能量占比为75.4％，结果小于85％，即该变电站故障侵入波为雷击故障侵入波。
具体实施例二
图6所示为另一个变电站故障侵入波完整波形图，从其中提取出该变电站故障侵入波主波波形图如图7所示，对该变电站故障侵入波主波进行上述基于FFT分析的能量分布分析获得如图8所示的雷击故障侵入波主波能量分布图，采用上述基于FFT分析的结果：侵入波主波0～50kHz能量占比为99.8％，结果大于95％，即该变电站故障侵入波为接地故障侵入波。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识方法，其特征在于，包括步骤：
获取变电站故障侵入波；
分析所述变电站故障侵入波主波能量分布范围；
获取雷击故障侵入波主波能量分布范围以及接地故障侵入波主波能量分布范围；
当所述变电站故障侵入波主波能量分布范围处于所述雷击故障侵入波主波能量分布范围内时，辨识所述变电站故障侵入波为雷击故障侵入波，当所述变电站故障侵入波主波能量分布范围处于所述接地故障侵入波主波能量分布范围内时，辨识所述变电站故障侵入波为接地故障侵入波；
所述分析所述变电站故障侵入波主波能量分布范围的步骤具体包括：
提取所述变电站故障侵入波电流的主波头；
基于FFT分析所述主波头，获取FFT计算结果，并根据所述FFT计算结果，求取所述变电站故障侵入波主波中每点复数模值的平方作为该点的能量值；
根据所述变电站故障侵入波主波中每点复数模值的平方作为该点的能量值，获取所述变电站故障侵入波主波0～50kHz能量占比。
2.根据权利要求1所述的雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识方法，其特征在于，所述获取雷击故障侵入波主波能量分布范围以及接地故障侵入波主波能量分布范围的步骤具体包括：
获取多个标准雷击故障侵入波和多个标准接地故障侵入波；
根据所述多个标准雷击故障的变电站侵入波，计算所述标准雷击故障侵入波主波0～50kHz能量占比范围值，根据所述多个标准接地故障的变电站侵入波，计算所述标准接地故障侵入波主波0～50kHz能量占比范围值。
3.根据权利要求1或2所述的雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识方法，其特征在于，所述雷击故障侵入波主波能量分布范围具体为雷击故障侵入波主波0～50kHz能量占比小于85％，所述接地故障侵入波主波能量分布范围为接地故障侵入波主波0～50kHz能量占比为大于95％。
4.根据权利要求1或2所述的雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识方法，其特征在于，所述当所述变电站故障侵入波主波能量分布范围处于所述雷击故障侵入波主波能量分布范围内时，辨识所述变电站故障侵入波为雷击故障侵入波，当所述变电站故障侵入波主波能量分布范围处于所述接地故障侵入波主波能量分布范围内时，辨识所述变电站故障侵入波为接地故障侵入波的步骤之后还包括：
记录所述变电站故障侵入波的类型和侵入时间。
5.一种雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识系统，其特征在于，包括：
故障侵入波获取模块，用于获取变电站故障侵入波；
第一能量分布模块，用于分析所述变电站故障侵入波主波能量分布范围；
第二能量分布模块，用于获取雷击故障侵入波主波能量分布范围以及接地故障侵入波主波能量分布范围；
辨别模块，用于当所述变电站故障侵入波主波能量分布范围处于所述雷击故障侵入波主波能量分布范围内时，辨识所述变电站故障侵入波为雷击故障侵入波，当所述变电站故障侵入波主波能量分布范围处于所述接地故障侵入波主波能量分布范围内时，辨识所述变电站故障侵入波为接地故障侵入波；
所述第一能量分布模块具体包括：
提取单元，用于提取所述变电站故障侵入波电流的主波头；
第一计算单元，用于基于FFT分析所述主波头，获取FFT计算结果，并根据所述FFT计算结果，求取所述变电站故障侵入波主波中每点复数模值的平方作为该点的能量值；
第二计算单元，用于根据所述变电站故障侵入波主波中每点复数模值的平方作为该点的能量值，获取所述变电站故障侵入波主波0～50kHz能量占比。
6.根据权利要求5所述的雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识系统，其特征在于，所述第二能量分布模块具体包括：
获取单元，用于获取多个标准雷击故障侵入波和多个标准接地故障侵入波；
第三计算单元，用于根据所述多个标准雷击故障的变电站侵入波，计算所述标准雷击故障侵入波主波0～50kHz能量占比范围值，根据所述多个标准接地故障的变电站侵入波，计算所述标准接地故障侵入波主波0～50kHz能量占比范围值。
7.根据权利要求5或6所述的雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识系统，其特征在于，所述雷击故障侵入波主波能量分布范围具体为雷击故障侵入波主波0～50kHz能量占比小于85％，所述接地故障侵入波主波能量分布范围为接地故障侵入波主波0～50kHz能量占比为大于95％。
8.根据权利要求5或6所述的雷击故障侵入波与接地故障侵入波的辨识系统，其特征在于，还包括：
记录模块，用于记录所述变电站故障侵入波的类型和侵入时间。
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