CN107085166A - 一种适应输电线路密集落雷的行波测距方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适应输电线路密集落雷的行波测距方法,适用于线路保护行波测距一体化装置,该方法利用雷击行波三相幅度近似的特征识别雷击行波;设置灵敏的行波启动判据,防止行波拒动,同时利用继电保护的启动或动作信号作为行波启动的确认判据,防止行波误启动,并可实现保护启动或保护动作与行波启动的一一对应;采用大规模FPGA、大容量DDR配合两级缓存技术实现故障行波的无死区记录;根据信号幅度选择线模行波信号进行行波测距,以消除雷电波对行波测距的干扰。采用本发明可以提高线路保护行波测距一体化装置在密集落雷工况下的行波测距的可靠性和测距精度,具有良好的应用前景。

Description

一种适应输电线路密集落雷的行波测距方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电网保护技术领域,具体涉及一种适应输电线路密集落雷的行波测距 方法。
背景技术
[0002] 目前,输电线路继电保护装置的故障分析法易受到电网系统运行方式、过渡电阻、 衰减直流分量和测量误差的影响,难以实现精确的故障定位;行波测距方法理论精度较高, 但工程应用上也存在一些适应性问题,而且,在输电线路遭遇雷击时,一般的行波测距装置 容易受干扰而误启动,形成不必要的波形和时间记录;在密集落雷的情况下,行波测距装置 的频繁启动形成的大量无用信息可能会覆盖有用的故障记录信息,由于行波采集记录的采 样率很高,一般的行波测距装置通常采用高速缓存加低速写入的解决方案,因此,每次行波 录波之后通常会有一段记录死区;密集落雷的情况下,很可能伴随着线路故障,而且,很有 可能故障时刻落入行波记录装置的死区时间内,由此会导致输电线路继电保护装置的拒 动。 t〇〇〇3]此外,雷击引发的行波与故障行波可能叠加在一起,若直接取单相行波信号进行 故障测距,则行波测距的可靠性和精度都会受到影响,因此,在输电线路继电保护装置中集 成行波测距功能是一种新的技术方向,它能够通过故障分析法与行波测距法的结合解决一 些单一方法难以解决的问题,对于输电线路密集落雷的运行工况,有必要研宄线路保护行 波测距一体化装置的行波测距方法,包括行波启动方法、行波记录方法和故障测距方法,以 提高行波测距的可靠性和精度,是当前急需解决的问题。
发明内容
[0004]本发明的目的是克服现有技术中对于输电线路密集落雷的运行工况,不能实现行 波测距可靠性和精度要求的问题。本发明的适应输电线路密集落雷的行波测距方法,包括 行波启动过程、行波记录过程和故障测距过程,能够提高行波测距装置的可靠性和精度,具 有良好的应用前景。
[0005]为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案是: 一种适应输电线路密集落雷的行波测距方法,应用在线路保护行波测距一体化装置 上,包括以下步骤, 步骤(A),根据雷击输电线路三相电流行波信号的特征,识别三相电流行波为雷击行波 或者故障行波; 步骤(B),配置线路保护行波测距一体化装置的行波启动判据,且利用继电保护的启动 或动作信号作为行波启动的确认判据,确认行波启动是否有效; 步骤(C),通过可编程门阵列FPGA、动态随机存储器DDR,实现两级缓存,从而无死区记 录故障行波; 步骤①),根据幅度选择线模行波信号进行行波测距。
[0006]前述的适应输电线路密集落雷的行波测距方法,步骤(A),根据雷击输电线路三相 电流行波信号的特征,识别三相电流行波为雷击行波或者故障行波,包括以下步骤, (A1),线路保护行波测距一体化装置检测雷击输电线路的三相电流行波信号; (A2),若三相电流行波信号极性相同且幅度相近时,则判为雷击行波;否则,判为故障 行波,所述雷击行波为雷击杆塔或避雷线产生的波形信号;所述故障行波为线路短路故障 或雷击导线故障产生的波形信号。
[0007]前述的适应输电线路密集落雷的行波测距方法,所述幅度相近的判别门槛为70%〜 100%,即三相电流行波信号的最小行波幅度达到最大行波幅度的70%〜1〇〇%,则判为幅度相 近。
[0008]前述的适应输电线路密集落雷的行波测距方法,步骤(B),配置线路保护行波测距 一体化装置的行波启动判据,且利用继电保护的启动或动作信号作为行波启动的确认判 据,包括以下步骤, (B1),配置线路保护行波测距一体化装置产生保护启动信号的判别时间tl、产生保护 动作信号的判别时间t2,t2大于tl; (B2),行波启动后,线路保护行波测距一体化装置将行波启动期间的数据缓存,并判别 tl时间内是否产生保护启动信号,或者t2时间内是否产生保护动作信号,进行行波启动的 确认判据; (B3),若存在保护启动信号或保护动作信号,则确认此次行波启动为有效启动,并执行 (B4);否则,丢弃此次缓存的数据; (B4),线路保护行波测距一体化装置有效启动行波缓存的数据转存到非易失性存储卡 中,并进行后续的行波分析计算。
[0009]前述的适应输电线路密集落雷的行波测距方法,所述11的定值选择范围在1 〇〜 40ms之间,t2的定值选择范围在3〜10s之间。
[0010]前述的适应输电线路密集落雷的行波测距方法,步骤(〇,通过可编程门阵列 FPGA、动态随机存储器DDR,实现两级缓存,从而无死区记录故障行波,包括以下步骤, (C1),行波数据在可编程门阵列FGPA的片内缓存持续循环缓存,此为第一级缓存; (C2),当行波启动判据动作后,可编程门阵列FPGA截取启动期间的数据,将其缓存到动 态随机存储器DDR内,此为第二级缓存,从而实现无死区记录; (C3),线路保护行波测距一体化装置从动态随机存储器DDR取出数据进行判断,将有效 启动行波缓存的数据转存到非易失性存储卡中。
[0011]前述的适应输电线路密集落雷的行波测距方法,步骤①),根据幅度选择线模行波 信号进行行波测距,具体过程为,线路保护行波测距一体化装置选用线模行波信号进行行 波故障测距;其中,线模行波信号为两相行波信号之差,分别为Iab=Ia-lb,Ibc=Ib-Ic,Ica= Ic-Ia,两相相减可抵消雷击行波信号,所述Ia、Ib、Ic为雷击时输电线路上的三相电流行波 信号的各相电流瞬时值。
[0012]前述的适应输电线路密集落雷的行波测距方法,当幅值最大的线模量在单相接地 故障时包含故障相;在相间故障时对应两个故障相;在三相故障时包含故障信号幅度最大 的两相。
[0013]本发明的有益效果是:本发明的适应输电线路密集落雷的行波测距方法,能够根 据雷击输电线路三相电流行波信号识别雷击行波;设置行波启动判据,防止行波拒动,同时 利用继电保护的启动或动作彳曰号作为行波启动的确认判据,防止行波误启动,实现保护启 动或保护动作与行波启动的--对应;采用FPGA、DDR两级缓存实现故障行波的无死区记 录;根据信号幅度选择线模行波信号进行行波测距,以消除雷电波对行波测距的干扰,能够 提高线路保护行波测距一体化装置在密集落雷工况下的行波测距的可靠性和测距精度,具 有良好的应用前景。
附图说明
[0014] 图1是现有的线路保护行波测距一体化装置的安装示意图。
[0015] 图2是现有的线路保护行波测距一体化装置的系统框图。
[0016]图3是本发明的于输电线路密集落雷运行工况的行波测距方法的流程图。
具体实施方式
[0017]下面将结合说明书附图,对本发明作进一步的说明。
[0018]本发明的适应输电线路密集落雷的行波测距方法,应用在线路保护行波测距一体 化装置上,这里的线路保护行波测距一体化装置是现有技术,安装示意图,如图1所示;系统 框图,如图2所示,其包括可编程门阵列FPGA、动态随机存储器DDR、DSP处理器、CPU和非易失 存储卡,本发明的的方法,如图3所示,包括以下步骤, 步骤(A),根据雷击输电线路三相电流行波信号的特征,识别三相电流行波为雷击行波 或者故障行波,包括以下步骤, (A1),线路保护行波测距一体化装置检测雷击输电线路的三相电流行波信号; (A2),若三相电流行波信号极性相同且幅度相近时,则判为雷击行波;否则,判为故障 行波,所述雷击行波为雷击杆塔或避雷线产生的波形信号;所述故障行波为线路短路故障 或雷击导线故障产生的波形信号,对于雷击行波,线路保护行波测距一体化装置可以根据 需要进行后续处理,例如忽略此次行波启动,或用于行波波速或线路全长测试,或用于雷电 定位等;若故障行波,则继续执行以下步骤; 所述幅度相近的判别门槛为70%〜100%,即三相电流行波信号的最小行波幅度达到最大 行波幅度的70H00%,则判为幅度相近; 步骤(B),配置线路保护行波测距一体化装置的行波启动判据,且利用继电保护的启动 或动作信号作为行波启动的确认判据,包括以下步骤, (B1),配置线路保护行波测距一体化装置产生保护启动信号的判别时间tl、产生保护 动作信号的判别时间t2,t2大于11,所述11的定值选择范围在1 〇〜40ms之间,12的定值选择 范围在3〜10s之间,本发明的优选实施例,tl的定值选择为30ms,t2的定值选择为7s; (B2),行波启动后,线路保护行波测距一体化装置将行波启动期间的数据缓存,并判别 tl时间内是否产生保护启动信号,或者t2时间内是否产生保护动作信号,进行行波启动的 确认判据; (B3),若存在保护启动信号或保护动作信号,则确认此次行波启动为有效启动,并执行 (B4);否则,丢弃此次缓存的数据; (B4),线路保护行波测距一体化装置有效启动行波缓存的数据转存到非易失性存储卡 中,并进行后续的行波分析计算; 步骤(C),通过可编程门阵列FPGA、动态随机存储器DDR,实现两级缓存,从而无死区记 录故障行波,包括以下步骤, (C1),行波数据在可编程门阵列FGPA的片内缓存持续循环缓存,此为第一级缓存; (C2),当行波启动判据动作后,可编程门阵列FPGA截取启动期间的数据,将其缓存到动 态随机存储器DDR内,此为第二级缓存,从而实现无死区记录,具体表现在:可编程门阵列 FPGA内部缓存可缓存足够长的高速AD数据(例如10〜20ms),且缓存长度大于行波录波时长 (例如5ms〜10ms)和数据搬运耗时(小于lms);选用大容量的动态随机存储器DDR,使可实现 足够多次数的行波数据缓存(例如64〜1028次),从而保证在密集落雷、行波启动多次连续触 发的情况下,装置仍能有足够的时间进行后续的行波分析和行波数据永久存储,从而实现 无死区记录; (C3),线路保护行波测距一体化装置从动态随机存储器DDR取出数据进行判断,将有效 启动行波缓存的数据转存到非易失性存储卡中; 步骤(D),根据幅度选择线模行波信号进行行波测距,具体过程为,线路保护行波测距 一体化装置选用线模行波信号进行行波故障测距;其中,线模行波信号为两相行波信号之 差,分别为Iab=Ia-Ib,Ibc=Ib-Ic,Ica=Ic_Ia,两相相减可抵消雷击行波信号,所述la、lb、 Ic为雷击时输电线路上的三相电流行波信号的各相电流瞬时值,当幅值最大的线模量在单 相接地故障时包含故障相;在相间故障时对应两个故障相;在三相故障时包含故障信号幅 度最大的两相,由于幅值最大的线模行波信号是故障特征最为明显的信号,且能消除雷电 行波的干扰;另外,由于线模行波的衰减比单相行波要小,行波波速比单相行波要稳定,因 此,采用幅值最大的线模量行波可取得最好的测距精度。
[0019]综上所述,本发明的适应输电线路密集落雷的行波测距方法,能够根据雷击输电 线路三相电流行波信号识别雷击行波;设置行波启动判据,防止行波拒动,同时,利用继电 保护的启动或动作信号作为行波启动的确认判据,防止行波误启动,实现保护启动或保护 动作与行波启动的一一对应;采用FPGA、DDR两级缓存实现故障行波的无死区记录;根据信 号幅度选择线模行波信号进行行波测距,以消除雷电波对行波测距的干扰,能够提高线路 保护行波测距一体化装置在密集落雷工况下的行波测距的可靠性和测距精度,具有良好的 应用前景。
[0020]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该 了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原 理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进 都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界 定。

Claims (8)

1. 一种适应输电线路密集落雷的行波测距方法,其特征在于:应用在线路保护行波测 距一体化装置上,包括以下步骤, 步骤(A),根据雷击输电线路三相电流行波信号的特征,识别三相电流行波为雷击行波 或者故障行波; 步骤(B),配置线路保护行波测距一体化装置的行波启动判据,且利用继电保护的启动 或动作信号作为行波启动的确认判据; 步骤(C),通过可编程门阵列FPGA、动态随机存储器DDR,实现两级缓存,从而无死区记 录故障行波; 步骤(D),根据幅度选择线模行波信号进行行波测距。
2. 根据权利要求1所述的适应输电线路密集落雷的行波测距方法,其特征在于:步骤 (A) ,根据雷击输电线路三相电流行波信号的特征,识别三相电流行波为雷击行波或者故障 行波,包括以下步骤, (A1),线路保护行波测距一体化装置检测雷击输电线路的三相电流行波信号; (A2),若三相电流行波信号极性相同且幅度相近时,则判为雷击行波;否则,判为故障 行波,所述雷击行波为雷击杆塔或避雷线产生的波形信号;所述故障行波为线路短路故障 或雷击导线故障产生的波形信号。
3.根据权利要求2所述的适应输电线路密集落雷的行波测距方法,其特征在于:所述幅 度相近的判别门槛为70%〜100%,即三相电流行波信号的最小行波幅度达到最大行波幅度的 70%〜100%,则判为幅度相近。
4. 根据权利要求1所述的适应输电线路密集落雷的行波测距方法,其特征在于:步骤 (B) ,配置线路保护行波测距一体化装置的行波启动判据,且利用继电保护的启动或动作信 号作为行波启动的确认判据,包括以下步骤, (B1),配置线路保护行波测距一体化装置产生保护启动信号的判别时间U、产生保护 动作信号的判别时间t2,t2大于11; ®2),行波启动后,线路保护行波测距一体化装置将行波启动期间的数据缓存,并判别 tl时间内是否产生保护启动信号,或者t2时间内是否产生保护动作信号,进行行波启动的 确认判据; (B3),若存在保护启动信号或保护动作信号,则确认此次行波启动为有效启动,并执行 (B4);否则,丢弃此次缓存的数据; (B4),线路保护行波测距一体化装置有效启动行波缓存的数据转存到非易失性存储卡 中,并进行后续的行波分析计算。
5. 根据权利要求4所述的适应输电线路密集落雷的行波测距方法,其特征在于:所述tl 的定值选择范围在10〜40ms之间,t2的定值选择范围在3〜10s之间。
6. 根据权利要求1所述的适应输电线路密集落雷的行波测距方法,其特征在于:步骤 (0,通过可编程门阵列FPGA、动态随机存储器DDR,实现两级缓存,从而无死区记录故障行 波,包括以下步骤, (C1),行波数据在可编程门阵列FGPA的片内缓存持续循环缓存,此为第一级缓存; (C2),当行波启动判据动作后,可编程门阵列FPGA截取启动期间的数据,将其缓存到动 态随机存储器DDR内,此为第二级缓存,从而实现无死区记录; (C3),线路保护行波测距一体化装置从动态随机存储器DDR取出数据进行判断,将有效 启动行波缓存的数据转存到非易失性存储卡中。
7.根据权利要求1所述的适应输电线路密集落雷的行波测距方法,其特征在于:步骤 ①),根据幅度选择线模行波信号进行行波测距,具体过程为,线路保护行波测距一体化装 置选用线模行波信号进行行波故障测距;其中,线模行波信号为两相行波信号之差,分别为 Iab=Ia-Ib,Ibc=Ib-Ic,Ica=Ic_Ia,两相相减可抵消雷击行波信号,所述Ia、Ib、Ic为雷击时 输电线路上的三相电流行波信号的各相电流瞬时值。
8.根据权利要求7所述的适应输电线路密集落雷的行波测距方法,其特征在于:当幅值 最大的线模量在单相接地故障时包含故障相;在相间故障时对应两个故障相;在三相故障 时包含故障信号幅度最大的两相。
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