CN109239531A - 基于继电保护在线监视与分析系统的故障录波在线分析方法 - Google Patents

基于继电保护在线监视与分析系统的故障录波在线分析方法 Download PDF

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张华宁
李俊
樊磊
何诗琦
吉祥
滕书宇
王晓
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Abstract

本发明公开了一种基于继电保护在线监视与分析系统的故障录波在线分析方法。电网发生故障以后，基于继电保护在线监视与分析系统采集的保护动作信息、开关遥信变位、SOE和录波简报等实时确定故障线路，根据一次设备与故障录波器的关联关系召唤所属双侧厂站的指定录波器的录波文件，对故障录波进行在线分析得到测距、故障相别、故障电流及故障电压等。本发明实现对故障录波的实时分析，为快速评价继电保护动作行为，分析设备故障性质，查找事故原因提供有效可靠的手段。

Description

基于继电保护在线监视与分析系统的故障录波在线分析方法
技术领域
本发明属于电力系统智能分析与控制技术领域，尤其涉及一种基于继电保护在线监视与分析系统的故障录波在线分析方法。
背景技术
当电力系统发生故障时，继电保护和自动装置动作切除故障后，还需尽快查明故障原因，以便采取相应的防范措施。目前大多数厂家采用故障录波离线分析方法，主要是故障后分析，有一定的延迟性。在故障过程中没有对故障录波进行实时分析，就不可能得到可靠的直接数据，因此，在分析事故时，不得不进行假设或推测，这样常常前后矛盾，难以解释。特别是当保护装置发生拒动或误动而扩大了事故时，情况就更加复杂。同时，发生事故时，如果现场值班人员忙于处理事故，未能正确地记录继电保护和自动装置的运动情况，就会给事故分析增加困难甚至造成混乱。而通过对录波的波形、数据的实时分析，可以准确地反映故障类型、相别、故障电流、电压的数值及断路器的跳合闸时间和重合闸动作情况等，这样就可以快速正确分析和确定事故的原因，研究有效的防范措施。
继电保护在线监视与分析系统是智能电网调度技术支持系统实时监控与预警类应用下的基本功能模块之一，用于实现对于继电保护装置、安全自动装置、故障录波器等二次设备的运行状态监视和故障分析，并为其它应用提供可靠的数据基础与服务。
因此需要研究一种基于继电保护在线监视与分析系统的故障录波在线分析方法，实现故障录波的在线分析，为快速正确的分析事故的原因并研究对策、评价继电保护及安全自动装置的动作行为、准确定位线路故障及缩小巡线范围提供可靠的技术支撑。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于继电保护在线监视与分析系统的故障录波在线分析方法，能够实现故障录波的在线分析，为快速正确的分析事故的原因并研究对策、评价继电保护及安全自动装置的动作行为、准确定位线路故障及缩小巡线范围提供可靠的技术支撑。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于继电保护在线监视与分析系统的故障录波在线分析方法，包括步骤：
(1)基于继电保护在线监视与分析系统，对故障录波器进行建模，并确定一次设备与故障录波器之间的关联关系；
(2)电力系统发生故障以后，继电保护在线监视与分析系统收集电力系统故障原始数据，包括保护动作信息、开关遥信变位及SOE等，通过故障原始数据判断故障设备；
(3)根据一次设备与故障录波器之间的关联关系，自动召唤故障线路两侧厂站的故障录波文件；
(4)对故障录波文件进行在线分析，得到故障相别。
(5)确定故障相别以后，继续对故障录波文件进行分析，得到故障测距，故障电压及故障电流等。
所述步骤(4)中包括步骤：
s1、判断是否存在负序电流分量，若是则判定为ABC三相故障，否则执行步骤s2；
s2、判断是否存在零序电流分量，若是执行步骤s3，否则执行步骤s9；
s3、判断A相电流相角是否小于30度或者大于330度，若是则判定为A相故障，否则执行步骤s4；
s4、判断A相电流相角是否大于150度且小于210度，若是则判定为BC相间接地故障，否则执行步骤s5；
s5、判断B相电流相角是否小于30度或者大于330度，若是则判定为B相故障，否则执行步骤s6；
s6、判断B相电流相角是否大于150度且小于210度，若是则判定为CA相间接地故障，否则执行步骤s7；
s7、判断C相电流相角是否小于30度或者大于330度，若是则判定为C相故障，否则执行步骤s8；
s8、判断C相电流相角是否大于150度且小于210度，若是则判定为AB相间接地故障，否则故障选相失败；
s9、判断A相正序电流及A相负序电流是否存在，若是则判定为BC相间故障，否则执行步骤s10；
s10、判断B相正序电流及B相负序电流是否存在，若是则判定为CA相间故障，否则执行步骤s11；
s11、判断C相正序电流及C相负序电流是否存在，若是则判定为AB相间故障，否则故障选相失败。
步骤(5)所述故障测距方法是单端量法和两端量法。
有益效果：本发明的基于继电保护在线监视与分析系统的故障录波在线分析方法，基于继电保护在线监视与分析系统实时采集的保护动作信息、开关遥信变位、SOE和录波简报等实时确定故障线路，利用一次设备与故障录波器的关联关系召唤所属双侧厂站的指定录波器的录波文件，对故障录波进行在线分析得到测距、故障相别、故障电压及故障电流等，有利于迅速寻找故障点并消除故障，及时恢复供电，减小经济损失。
附图说明
图1是本发明方法的流程示意图。
图2是本发明方法的故障选相示意图。
图3是本发明方法的单相系统接线图。
图4是图3分解为正常状态(a)与故障附加状态(b)示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示，本发明所述的基于继电保护在线监视与分析系统的故障录波在线分析方法，包括以下步骤：
S1、基于继电保护在线监视与分析系统，对故障录波器进行建模，并确定一次设备与故障录波器之间的关联关系；
S2、电电力系统发生故障以后，继电保护在线监视与分析系统收集电力系统故障原始数据，包括保护动作信息、开关遥信变位及SOE等，通过故障原始数据判断故障设备；
S3、根据一次设备与故障录波器之间的关联关系，自动召唤故障线路两侧厂站的故障录波文件；
S4、对故障录波文件进行在线分析，得到故障相别。
S5、确定故障相别以后，继续对故障录波文件进行分析，得到故障测距，故障电压及故障电流等。
如图2所示，具体的实施过程中，步骤S4确定故障相别的具体过程如下：
s1、判断是否存在负序电流分量，若是则判定为ABC三相故障，否则执行步骤s2；
s2、判断是否存在零序电流分量，若是执行步骤s3，否则执行步骤s9；
s3、判断A相电流相角是否小于30度或者大于330度，若是则判定为A相故障，否则执行步骤s4；
s4、判断A相电流相角是否大于150度且小于210度，若是则判定为BC相间接地故障，否则执行步骤s5；
s5、判断B相电流相角是否小于30度或者大于330度，若是则判定为B相故障，否则执行步骤s6；
s6、判断B相电流相角是否大于150度且小于210度，若是则判定为CA相间接地故障，否则执行步骤s7；
s7、判断C相电流相角是否小于30度或者大于330度，若是则判定为C相故障，否则执行步骤s8；
s8、判断C相电流相角是否大于150度且小于210度，若是则判定为AB相间接地故障，否则故障选相失败；
s9、判断A相正序电流及A相负序电流是否存在，若是则判定为BC相间故障，否则执行步骤s10；
s10、判断B相正序电流及B相负序电流是否存在，若是则判定为CA相间故障，否则执行步骤s11；
s11、判断C相正序电流及C相负序电流是否存在，若是则判定为AB相间故障，否则故障选相失败。
图3是单相系统结构图。单端量法算法如下：
设m端为测量端，F点为故障点，则测量阻抗可表示为
式中：Z为线路单位长度的阻抗；DmF为m端到故障点F的距离；为m端测量到的电压、电流；RF为故障点的过渡电阻；为故障点的短路电流。
由图4可得故障点与m端电流的故障分量之间存在以下关系：
其中是m端的负荷电流和故障分量；为故障点的电流；Cm为m端的电流分布系数。
根据式(1)和(2)可得到
将式(3)两端分别乘以的共轭复数可写出
对式(4)两端取虚部，经整理即可求出
其中为的共轭复数。
由式(5)可推得单相短路接地时，测距算法的普遍式
式中：为故障相电压，电流。p代表短路接地相，为A或B或C。为m端的电流故障分量。j为代表正序、负序、或零序，j＝1、2、0。为的共轭复数。
两相短路时的算法为
式中：为两故障相的电压差、电流差；为非故障相为特殊相的负序电流。为的共轭复数。
两相短路接地时的测距算法为
式中：为非故障相为特殊相的正序故障分量电流。为的共轭复数。
三相短路时的算法为
式中：为任一相电流的故障分量，其中p为A或B或C。为的共轭复数。
两端量法算法如下：
根据线路长度不同可采用不同的计算方法。对于短线路采用不需要考虑分布电容的集中参数模型，其基本原理如下：
根据图3可知故障点电压为：
当式(10)的幅值和式(11)的幅值无限趋近于相等时，DmF为故障测距值。
对于长距离线路，由于分布电容不可忽略，所以需要采用分布参数模型，其基本原理如下：
根据图3可知故障点电压为：
其中γ为传播常数，Zc为波阻抗。当式(12)的幅值和式(13)的幅值无限趋近于相等时，DmF为故障测距值。
根据故障录波文件中的相电流突变量确定故障时刻，并对故障前后一个周波的离散采样点应用傅里叶级数算法，可得到故障电压及故障电流。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本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及原理的前提下，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 (5)

1.一种基于继电保护在线监视与分析系统的故障录波在线分析方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)基于继电保护在线监视与分析系统，对故障录波器进行建模，并确定一次设备与故障录波器之间的关联关系；
(2)电力系统发生故障以后，继电保护在线监视与分析系统收集电力系统故障原始数据，包括保护动作信息、开关遥信变位及SOE，通过故障原始数据判断故障设备；
(3)根据一次设备与故障录波器之间的关联关系，自动召唤故障线路两侧厂站的故障录波文件；
(4)对故障录波文件进行在线分析，得到故障相别；
(5)确定故障相别以后，继续对故障录波文件进行分析，得到故障测距，故障电压及故障电流。
2.根据权利要求1所述的基于继电保护在线监视与分析系统的故障录波在线分析方法，其特征在于：所述步骤(4)中包括步骤：
s1、判断是否存在负序电流分量，若是则判定为ABC三相故障，否则执行步骤s2；
s2、判断是否存在零序电流分量，若是执行步骤s3，否则执行步骤s9；
s3、判断A相电流相角是否小于30度或者大于330度，若是则判定为A相故障，否则执行步骤s4；
s4、判断A相电流相角是否大于150度且小于210度，若是则判定为BC相间接地故障，否则执行步骤s5；
s5、判断B相电流相角是否小于30度或者大于330度，若是则判定为B相故障，否则执行步骤s6；
s6、判断B相电流相角是否大于150度且小于210度，若是则判定为CA相间接地故障，否则执行步骤s7；
s7、判断C相电流相角是否小于30度或者大于330度，若是则判定为C相故障，否则执行步骤s8；
s8、判断C相电流相角是否大于150度且小于210度，若是则判定为AB相间接地故障，否则故障选相失败；
s9、判断A相正序电流及A相负序电流是否存在，若是则判定为BC相间故障，否则执行步骤s10；
s10、判断B相正序电流及B相负序电流是否存在，若是则判定为CA相间故障，否则执行步骤s11；
s11、判断C相正序电流及C相负序电流是否存在，若是则判定为AB相间故障，否则故障选相失败。
3.根据权利要求1所述的基于继电保护在线监视与分析系统的故障录波在线分析方法，其特征在于：所述故障测距方法是单端量法和两端量法。
4.根据权利要求3所述的基于继电保护在线监视与分析系统的故障录波在线分析方法，其特征在于：
单端量法算法如下：
设m端为测量端，F点为故障点，则测量阻抗表示为式(1)
式中：Z为线路单位长度的阻抗；DmF为m端到故障点F的距离；为m端测量到的电压、电流；RF为故障点的过渡电阻；为故障点的短路电流；
故障点与m端电流的故障分量之间存在以下关系，即式(2)：
其中是m端的负荷电流和故障分量；为故障点的电流；Cm为m端的电流分布系数；
根据式(1)和(2)得到式(3)
将式(3)两端分别乘以的共轭复数写出式(4)
对式(4)两端取虚部，经整理即求出式(5)
其中为的共轭复数；
由式(5)推得单相短路接地时，测距算法的普遍式(6)
式中：为故障相电压，电流；p代表短路接地相，为A或B或C；为m端的电流故障分量；j为代表正序、负序、或零序，j＝1、2、0；为的共轭复数；
两相短路时的算法为式(7)
式中：为两故障相的电压差、电流差；为非故障相为特殊相的负序电流；为的共轭复数；
两相短路接地时的测距算法为式(8)
式中：为非故障相为特殊相的正序故障分量电流；为的共轭复数；
三相短路时的算法为式(9)
式中：为任一相电流的故障分量，其中p为A或B或C；为的共轭复数。
5.根据权利要求3或4所述的基于继电保护在线监视与分析系统的故障录波在线分析方法，其特征在于：
两端量法的算法为：
故障点电压为：
式(10)
式(11)
当式(10)的幅值和式(11)的幅值无限趋近于相等时，DmF为故障测距值；
对于长距离线路，由于分布电容不可忽略，所以需要采用分布参数模型，算法为：
故障点电压为：
式(12)
式(13)
其中γ为传播常数，Zc为波阻抗；当式(12)的幅值和式(13)的幅值无限趋近于相等时，DmF为故障测距值；
根据故障录波文件中的相电流突变量确定故障时刻，并对故障前后一个周波的离散采样点应用傅里叶级数算法，得到故障电压及故障电流。
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Application publication date: 20190118

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