CN106655110B - 一种基于故障电流小波分解暂态能量的母线保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于故障电流小波分解暂态能量的母线保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。当线路或母线发生故障时，提取故障后短时窗内的母线上各条线的暂态电流，相模变换后取含故障相模电流进行小波变换；求取各线路的小波能量值，通过比较各线路暂态电流能量的大小来区分母线故障与否，若为母线故障再依据所连接的回路的暂态高频能量比值判决发生故障的母线线路。本发明能可靠地对线路故障与母线故障进行判别，不但原理简单，而且可靠有效。

Description

一种基于故障电流小波分解暂态能量的母线保护方法

技术领域

本发明涉及一种基于故障电流小波分解暂态能量的母线保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

母线与变压器是在发电厂、变电站内直接参与电力传输的一次设备，母线负责电能在同一电压等级的汇集与分配，变压器负责电能在不同电压等级之间传输。母线和变压器是输配电系统的关键设备，在电力系统中占有极其重要的地位，在母线或变压器发生故障时，若不能及时检测并切除故障，将会扩大事故范围，毁坏更多设备，破坏电力系统安全稳定运行，甚至瓦解整个电力系统。因此，探寻性能完善、可靠性高的母线保护与变压器保护原理很有必要。

目前，母线行波保护在理论研究方面已取得了比较多的成果，并且随着硬件水平的大幅度提高，以及新兴的各种数字信号处理、分析工具、和人工智能技术的快速发展，这种新型快速的母线保护原理得到了快速的发展。但是由于行波信号具有随机分量较大、易受干扰、瞬间即逝、不可重复，现场实现上难以准确测量的特点，基于行波原理构成的母线保护在实现上依然面临诸多考验，尤其是快速性和可靠性之间的矛盾依然没有得到很好的解决。

基于故障电流突变方向的母线保护主要是从极性的角度探索了暂态量母线保护的新应用，而基于暂态高频能量的母线保护则是从幅值的角度研究如何将基于行波母线保护发展到暂态量母线保护。暂态能量母线保护采用的能量信息在故障初瞬、故障暂态和故障稳态期间都能可靠稳定的存在，故障过程其实就是暂态能量在新的边界条件下通过行波的反复折反射重新获得平衡的过程，因此较之基于幅值特征构建的行波母线保护，暂态能量母线保护更具可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于故障电流小波分解暂态能量的母线保护方法，用以解决上述问题。

本发明的技术方案是：一种基于故障电流小波分解暂态能量的母线保护方法，当线路或母线发生故障时，提取故障后短时窗内的母线上各条线的暂态电流，相模变换后取含故障相模电流进行小波变换；求取各线路的小波能量值，通过比较各线路暂态电流能量的大小来区分母线故障与否，若为母线故障再依据所连接的回路的暂态高频能量比值判决发生故障的母线线路。

具体步骤为：

第一步、当系统发生故障，故障启动元件动作后，读取2τ_min时窗内的暂态电流数据并进行相模变换，利用相模变换得到的α模电流行波进行小波变换，将得到的第二层小波系数i根据式(1)计算小波能量E_j；

式(1)中，i_j为对母线上回路j的暂态电流进行小波变换后获取的第二层小波系数，j＝1，2，…，n，P为计算小波能量的时窗所对应的第二层小波系数的个数，k＝1，2，...，P；

第二步、求取发生故障时与母线所连的n条线路的暂态能量最大值为：

M＝max(E₁,E₂,...,E_n) (2)

则剩余线路的暂态能量之和为：

第三步、构建判据：根据第二步得到的母线所连的n条线路的暂态能量M和剩余线路的暂态能量之和R构建暂态能量母线保护的判据为：

若λ>λ_set，则判断为母线故障

若λ<λ_set，则判断为线路故障

对不同故障位置进行故障遍历，取λ_set为1.5；

第四步、构建附加判据：为保证母线故障时保护对故障母线的选择性，增加附加判据，当母线M发生故障时，计算母线M、母线N侧各线路的暂态高频能量和：

构建附加判据：

若S_M＞K·S_N，则判断为母线M故障

若S_M＜K·S_N，则判断为母线N故障

式中，S_M、S_N分别为母线M、母线N侧各线路的暂态高频能量和，K为可靠性系数，其值大于1。

本发明的有益效果是：

(1)暂态能量母线保护采用的能量信息在故障初瞬、故障暂态和故障稳态期间都能可靠稳定的存在，故障过程其实就是暂态能量在新的边界条件下通过行波的反复折反射重新获得平衡的过程，更具可靠性。

(2)利用暂态能量构成的母线保护不受故障位置、故障电阻、故障角度的影响。

附图说明

图1为本发明的输电线路：采样频率为20kHz，数据窗为1ms，F₁，F₂为A相金属性接地故障，故障初始角均为90°。母线侧电流互感器CT1、CT2、CT3构成母线M侧保护，CT4、CT5、CT6构成母线N侧保护。

图2为本发明母线M的F₁处发生A相接地故障，以20Ω为故障电阻间隔进行故障遍历，求取R与M的比值λ。

图3为本发明母线M的F₁处发生A相接地故障，算得母线M与母线N的暂态高频能量和的比值S_M/S_N。

图4为本发明线路L₄的F₂处发生A相接地故障，以10km为线路长度间隔对不同故障位置进行故障遍历，求取R与M的比值λ。

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。

一种基于故障电流小波分解暂态能量的母线保护方法，当线路或母线发生故障时，提取故障后短时窗内的母线上各条线的暂态电流，相模变换后取含故障相模电流进行小波变换；求取各线路的小波能量值，通过比较各线路暂态电流能量的大小来区分母线故障与否，若为母线故障再依据所连接的回路的暂态高频能量比值判决发生故障的母线线路。

具体步骤为：

第一步、当系统发生故障，故障启动元件动作后，读取2τ_min时窗内的暂态电流数据并进行相模变换，利用相模变换得到的α模电流行波进行小波变换，将得到的第二层小波系数i根据式(1)计算小波能量E_j；

式(1)中，i_j为对母线上回路j的暂态电流进行小波变换后获取的第二层小波系数，j＝1，2，…，n，P为计算小波能量的时窗所对应的第二层小波系数的个数，k＝1，2，...，P；

第二步、求取发生故障时与母线所连的n条线路的暂态能量最大值为：

M＝max(E₁,E₂,...,E_n) (2)

则剩余线路的暂态能量之和为：

第三步、构建判据：根据第二步得到的母线所连的n条线路的暂态能量M和剩余线路的暂态能量之和R构建暂态能量母线保护的判据为：

若λ>λ_set，则判断为母线故障

若λ<λ_set，则判断为线路故障

对不同故障位置进行故障遍历，取λ_set为1.5；

第四步、构建附加判据：为保证母线故障时保护对故障母线的选择性，增加附加判据，当母线M发生故障时，计算母线M、母线N侧各线路的暂态高频能量和：

构建附加判据：

若S_M＞K·S_N，则判断为母线M故障

若S_M＜K·S_N，则判断为母线N故障

式中，S_M、S_N分别为母线M、母线N侧各线路的暂态高频能量和，K为可靠性系数，其值大于1。

实施例1：系统仿真图如线路如图1所示。其线路参数如下：现假设于母线M的F₁处发生A相接地故障，故障初始角为90°，过渡电阻从0Ω到200Ω变化。

(1)以20Ω为故障电阻间隔进行故障遍历，根据说明书中的步骤一至步骤四求取R与M的比值λ，如图2所示；母线M保护计算得到的λ_M值随着过渡电阻的增大先增大后减小且λ_M>1.5；母线N保护计算得到的λ_N值随着过渡电阻的增大先减小后增大且λ_N<1.5，则可判断为母线故障；；

(2)为保证母线故障时保护对故障母线的选择性，算得母线M与母线N的暂态高频能量和的比值S_M/S_N，如图4所示，则母线M保护动作，与假设一致，判别结果准确，母线N不会误动作。

实施例2：系统仿真图如线路如图1所示。其线路参数如下：现假设于线路L₄的F₂处发生A相接地故障，故障初始角为90°，过渡电阻为10Ω。

(1)对线路L₄以10km为线路长度间隔对不同故障位置进行故障遍历，根据说明书中的步骤一至步骤四求取R与M的比值λ；

(2)故障初始角都为90°时，母线M保护和母线N保护计算得到的λ值都小于0.75，此时两侧母线保护都不满足母线保护动作的判据λ>λ_set，则判定为线路故障，与假设一致，判别结果准确，母线保护不会误动。

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 (1)

1.一种基于故障电流小波分解暂态能量的母线保护方法，其特征在于：当线路或母线发生故障时，提取故障后短时窗内的母线上各条线的暂态电流，相模变换后取含故障相模电流进行小波变换；求取各线路的小波能量值，通过比较各线路暂态电流能量的大小来区分母线故障与否，若为母线故障再依据所连接的回路的暂态高频能量比值判决发生故障的母线线路；

具体步骤为：

第一步、当系统发生故障，故障启动元件动作后，读取2τ_min时窗内的暂态电流数据并进行相模变换，利用相模变换得到的α模电流行波进行小波变换，将得到的第二层小波系数i根据式(1)计算小波能量E_j；

式(1)中，i_j为对母线上回路j的暂态电流进行小波变换后获取的第二层小波系数，j＝1，2，…，n，P为计算小波能量的时窗所对应的第二层小波系数的个数，k＝1，2，...，P；

第二步、求取发生故障时与母线所连的n条线路的暂态能量最大值为：

M＝max(E₁,E₂,...,E_n) (2)

则剩余线路的暂态能量之和为：

第三步、构建判据：根据第二步得到的母线所连的n条线路的暂态能量M和剩余线路的暂态能量之和R构建暂态能量母线保护的判据为：

对不同故障位置进行故障遍历，取λ_set为1.5；

第四步、构建附加判据：为保证母线故障时保护对故障母线的选择性，增加附加判据，当母线M发生故障时，计算母线M、母线N侧各线路的暂态高频能量和：

构建附加判据：

若S_M＞K·S_N，则判断为母线M故障

若S_M＜K·S_N，则判断为母线N故障

式中，S_M、S_N分别为母线M、母线N侧各线路的暂态高频能量和，K为可靠性系数，其值大于1。