CN106405194A - 一种基于导线两端瞬时电气量的雷电流波形恢复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于导线两端瞬时电气量的雷电流波形恢复方法，属电力系统继电保护技术领域。当输电线路发生雷击故障时，注入导线的雷电流由故障点传播至输电线路两端的保护安装处的高速行波记录装置，并记录电压和电流的数据；通过高速行波记录装置所采集的暂态电压和电流，计算雷击发生前后雷击点两侧线路暂态电流，以此获取雷击电流波形。本发明利用多通道高速行波采样装置采集到的瞬时电压和瞬时电流数据可在时域反演得到雷电流波形，原理简单易于实现；修正后的雷电流波形可准确反映雷电流上升沿参数。

Description

一种基于导线两端瞬时电气量的雷电流波形恢复方法
技术领域
本发明涉及一种基于导线两端瞬时电气量的雷电流波形恢复方法，属电力系统继电保护技术领域。
背景技术
雷击是导致线路跳闸、供电中断的主要原因。行波保护与暂态保护也会面临更多的高频干扰，雷电冲击就是其中最重要的干扰因素，雷击未故障就是暂态保护的雷击干扰。近年来广泛应用的雷电定位系统易获取得雷电流极性、幅值等基础数据，进而得到一些重要雷电参数，但无法给出正确的雷电流波形及陡度等参数。可见，现存的雷电流参数测量方法均存在着各自的局限性，因此，电力系统运行部门迫切需要一种经济可行的雷电流参数测量方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种基于导线两端瞬时电气量的雷电流波形恢复方法，用以解决上述问题。
本发明的技术方案是：一种基于导线两端瞬时电气量的雷电流波形恢复方法，当输电线路发生雷击故障时，注入导线的雷电流由故障点传播至输电线路两端的保护安装处的高速行波记录装置，并记录电压和电流的数据；通过高速行波记录装置所采集的暂态电压和电流，计算雷击发生前后雷击点两侧线路暂态电流，以此获取雷击电流波形。
具体步骤为：
第一步、瞬时电气量的获取：当输电线路MN发生故障时，注入导线的雷电流由故障点传播至输电线路M、N两端的保护安装处，通过高速行波采样装置采集输电线路M、N两端的瞬时电压uM、uN和电流iM、iN；
第二步、雷击点处M侧和N侧电流的计算：剔除量测点所测瞬时电压和电流中的工频稳态分量，利用式(1)和式(2)，推算雷击发生前后雷击点处M侧电流iM1(t)和N侧电流iN1(t)；
式中，r为导线电阻率，l为线路全长，x为雷击点距M端的距离，ZC为线路阻抗，v为电流的波速。
第三步、雷击电流波形的计算：
根据式(3)计算雷击电流波形：
iM1(t)+iN1(t)＝ilight(t) (3)。
本发明的有益效果是：本发明利用多通道高速行波采样装置采集到的瞬时电压和瞬时电流数据可在时域反演得到雷电流波形，原理简单易于实现；修正后的雷电流波形可准确反映雷电流上升沿参数。
附图说明
图1为本发明仿真系统图，图中被保护线路为MN，输电线路电压等级为500kV，线路长度分别为：lMN＝310km，F点为雷击点，lMF＝160km，lFN＝150km；
图2为本发明实施例1中iM1(t)+iN1(t)和雷电流比较波形图；
图3为本发明实施例2中iM1(t)+iN1(t)和雷电流比较波形图；
图4为本发明实施例3中iM1(t)+iN1(t)和雷电流比较波形图。
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。
一种基于导线两端瞬时电气量的雷电流波形恢复方法，当输电线路发生雷击故障时，注入导线的雷电流由故障点传播至输电线路两端的保护安装处的高速行波记录装置，并记录电压和电流的数据；通过高速行波记录装置所采集的暂态电压和电流，计算雷击发生前后雷击点两侧线路暂态电流，以此获取雷击电流波形。
具体步骤为：
第一步、瞬时电气量的获取：当输电线路MN发生故障时，注入导线的雷电流由故障点传播至输电线路M、N两端的保护安装处，通过高速行波采样装置采集输电线路M、N两端的瞬时电压uM、uN和电流iM、iN；
第二步、雷击点处M侧和N侧电流的计算：剔除量测点所测瞬时电压和电流中的工频稳态分量，利用式(1)和式(2)，推算雷击发生前后雷击点处M侧电流iM1(t)和N侧电流iN1(t)；
式中，r为导线电阻率，l为线路全长，x为雷击点距M端的距离，ZC为线路阻抗，v为电流的波速。
第三步、雷击电流波形的计算：
根据式(3)计算雷击电流波形：
iM1(t)+iN1(t)＝ilight(t) (3)。
实施例1：以图1所示500kV高压输电线路仿真模型。输电线路发生雷电绕击C相导线，雷击未引起绝缘子闪络，雷电流峰值14kA，雷击点F距M点160km，距N点150km，采样频率为1MHz。
(1)按照所设置的雷击故障，通过线路两侧的多通道高速行波采样装置获得两侧的瞬时电气量uM、uN和电流iM、iN。
(2)根据说明书中步骤二剔除量测点所测瞬时电压和电流中的工频稳态分量，利用公式推算雷击发生前后雷击点处M侧电流iM1(t)和N侧电流iN1(t)。
(3)根据公式iM1(t)+iN1(t)＝ilight(t)计算雷击电流波形，所得到的iM1(t)+iN1(t)和雷电流波形如图2所示，可见，iM1(t)+iN1(t)能够反映雷电流的陡度和幅值。
实施例2：以图1所示500kV高压输电线路仿真模型。输电线路发生雷电绕击C相导线，雷击引起绝缘子在峰值前闪络，雷电流峰值37kA，闪络点F距M点160km，距N点150km，采样频率为1MHz。
(1)按照所设置的雷击故障，通过线路两侧的多通道高速行波采样装置获得两侧的瞬时电气量uM、uN和电流iM、iN。
(2)根据说明书中步骤二剔除量测点所测瞬时电压和电流中的工频稳态分量，利用公式推算雷击发生前后雷击点处M侧电流iM1(t)和N侧电流iN1(t)。
(3)根据公式iM1(t)+iN1(t)＝ilight(t)计算雷击电流波形，所得到的iM1(t)+iN1(t)和雷电流波形如图3所示，可见，iM1(t)+iN1(t)能够反映雷击点两侧电流所包含的雷电流上升沿部分。
实施例3:以图1所示500kV高压输电线路仿真模型。输电线路发生雷电绕击C相导线，雷击引起绝缘子在峰值后闪络，雷电流峰值25kA，闪络点F距M点160km，距N点150km，采样频率为1MHz。
(1)按照所设置的雷击故障，通过线路两侧的多通道高速行波采样装置获得两侧的瞬时电气量uM、uN和电流iM、iN。
(2)根据说明书中步骤二剔除量测点所测瞬时电压和电流中的工频稳态分量，利用公式推算雷击发生前后雷击点处M侧电流iM1(t)和N侧电流iN1(t)。
(3)根据公式iM1(t)+iN1(t)＝ilight(t)计算雷击电流波形，所得到的iM1(t)+iN1(t)和雷电流波形如图4所示，可见，iM1(t)+iN1(t)反演得到的雷电流能够准确反映雷电流峰值、陡度等信息。
以上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)

1.一种基于导线两端瞬时电气量的雷电流波形恢复方法，其特征在于：当输电线路发生雷击故障时，注入导线的雷电流由故障点传播至输电线路两端的保护安装处的高速行波记录装置，并记录电压和电流的数据；通过高速行波记录装置所采集的暂态电压和电流，计算雷击发生前后雷击点两侧线路暂态电流，以此获取雷击电流波形。
2.根据权利要求1所述的基于导线两端瞬时电气量的雷电流波形恢复方法，其特征在于具体步骤为：
第一步、瞬时电气量的获取：当输电线路MN发生故障时，注入导线的雷电流由故障点传播至输电线路M、N两端的保护安装处，通过高速行波采样装置采集输电线路M、N两端的瞬时电压uM、uN和电流iM、iN；
第二步、雷击点处M侧和N侧电流的计算：剔除量测点所测瞬时电压和电流中的工频稳态分量，利用式(1)和式(2)，推算雷击发生前后雷击点处M侧电流iM1(t)和N侧电流iN1(t)；
i M 1 ( t ) = 1 2 Z C ( Z C + r x / 4 Z C ) [ u M ( t + x / v ) - i M ( t + x / v ) ( Z C - r x / 4 ) ] - 1 2 Z C ( Z C - r x / 4 Z C ) [ u M ( t - x / v ) - i M ( t - x / v ) ( Z C - r x / 4 ) ] - r x 4 Z C 2 [ u M ( t ) - i M ( t ) ( r x / 4 ) ] - - - ( 1 )
i N 1 ( t ) = 1 2 Z C ( Z C + r ( l - x ) / 4 Z C ) [ u N ( t + ( l - x ) / v ) - i N ( t + ( l - x ) / v ) ( Z C - r ( l - x ) / 4 ) ] - 1 2 Z C ( Z C - r ( l - x ) / 4 Z C ) [ u N ( t - ( l - x ) / v ) - i N ( t - ( l - x ) / v ) ( Z C - r ( l - x ) / 4 ) ] - r ( l - x ) 4 Z C 2 [ u N ( t ) - i N ( t ) ( r ( l - x ) / 4 ) ] - - - ( 2 )
式中，r为导线电阻率，l为线路全长，x为雷击点距M端的距离，ZC为线路阻抗，v为电流的波速；
第三步、雷击电流波形的计算：
根据式(3)计算雷击电流波形：
iM1(t)+iN1(t)＝ilight(t) (3)。
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