CN109471003A - 一种基于110kV同塔双回输电线路雷击闪落与未闪落辨识方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于110kV同塔双回输电线路雷击闪落与未闪落辨识方法，属于电力系统继电保护技术领域。当线路遭受雷击时，在母线量测点分别采集ⅠⅡ回线路的三相电流，并求得短时窗内的同向零模电流波形，对短时窗内的同向零模电流波形利用一元线性回归中的直线拟合方法来判断波形发展趋势，并进而得到拟合后的直线斜率，通过拟合后直线斜率的绝对值|k|与阈值的对比来判别线路是否发生闪络，在考虑仿真实验误差的情况下设为雷击闪络和未闪络判据的阈值，k<0.8×10‑4时判定为雷击未闪络，k≥0.8×10‑4时判定为雷击闪络。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于110kV同塔双回输电线路雷击闪落与未闪落辨识方法，属于电力系统继电保护技术领域。
背景技术
如何有效保证输电线路的稳定运行，一直是当今国内外学者主要研究的热门话题之一。经过我国多年的线路运行经验及相关数据表明，我国输电线路由雷电直接或间 接引起的线路跳闸故障约占总数的40～70％。尤其对于云南地区，由于地处云贵高原且 具有气候形式多样的特点，属于雷暴频发地区，输电线路由雷电引起的故障较为频繁。 据云南省某研究院数据，云南省内某5年期间(2005年至2010年)共落雷370余万次， 年平均超过60万次以上。因此，对雷击闪落与未闪落性质进行分析，可以更加直观认 识雷击故障特点，对识别不同的雷击故障类型以及研究雷击定位技术有着积极的意义。 并且针对不同雷击情况采取不同措施，可以保障电力系统安全可靠运行，为相关研究 提供理论依据。
正确判别雷击性质对输电线路可靠运行有着积极的意义。闪络性质辨识可以避免行波保护与暂 态量保护误动作。当今对雷击性质的辨识研究对多针对单回线路，对于同塔双回线路雷击性质辨识 的研究相对较少。因此如何有效识别同塔双回线路的雷击类型，对今后同塔双回线路的发展有着指 导性的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于110kV同塔双回输电线路雷击闪落与未闪落辨识方法，可以避免行波保护与暂态量保护误动作，正确判别雷击性质对输电线 路可靠运行，解决上述问题。
本发明的技术方案是：一种基于110kV同塔双回输电线路雷击闪落与未闪落辨识方法，当线路遭受雷击时，在测量端A分别采集ⅠⅡ回线路短时窗内的零模电流，并 求得短时窗内的同向零模电流波形，对短时窗内的同向零模电流波形利用一元线性回 归中的直线拟合方法来判断波形发展趋势，并进而得到拟合后的直线斜率。通过拟合 后直线斜率的绝对|k|与阈值的对比来判别线路是否发生闪络。
具体步骤如下：
(1)当110kV部分同塔双回线路受到雷击时，从母线量测点分别获取Ⅰ、Ⅱ回线 路的三相电流IⅠA、IⅠB、IⅠC与IⅡA、IⅡB、IⅡC。
(2)利用(1)中所测得的三相电流值，根据如下公式得到被雷击线路的零模电 流波形。
iⅠ0(j)＝iⅠA(j)+iⅠB(j)+iⅠC(j)，j＝1,2,…,n
iⅡ0(j)＝iⅡA(j)+iⅡB(j)+iⅡC(j)，j＝1,2,…,n
其中，iⅠA(j)、iⅠB(j)、iⅠC(j)分别为Ⅰ回线路三相电流IⅠA、IⅠB、IⅠC的离散信号 点；，iⅡA(j)、iⅡB(j)、iⅡC(j)分别为Ⅱ回线路三相电流IⅡA、IⅡB、IⅡC的离散信号点；n 为离散信号的总采样点个数。
(3)将Ⅰ回、Ⅱ回线路的零模电流数据进行叠加处理，得到线路同向零模分量的 波形数据如下所示：
i10(j)＝iⅠ0(j)+iⅡ0(j)＝iⅠA(j)+iⅡA(j)+iⅠB(j)+iⅡB(j)+iⅠC(j)+iⅡC(j)，j＝1,2,…,n、
其中，i10(j)为Ⅰ回Ⅱ回线路的零模电流数据进行叠加后的线路同向零模分量数据。
(4)对上式中所求得的i10(j)选取故障后短时窗(选取4ms)的波形进行直线拟合，根据 直线拟合公式得出拟合后的直线方程为yi＝kxi+b，直线斜率为k。直线拟合公式如下所示：
式中xi为第i个采样点，yi为拟合后直线第i个采样点的对应值，m为采样点个数。
(5)在考虑多种不同雷击类型，不同雷击距离以及不同相位的情况下，通过大量的仿真数据来最终确定雷击闪络与雷击未闪络的判别阈值
(6)通过上述直线拟合方法确定拟合后直线的斜率k的绝对值|k|，即确定叠加后的零模电流波形的波头发展趋势。通过与设定的阈值比较来确定线路是否发生闪络，即：
若则判定为雷击闪络；
若则判定为雷击未闪络。
本发明的有益效果是：
1、本发明在判断输电线路雷击闪落与未闪落辨识的过程中，排除了雷击类型为绕击还是反击的影响，无论是绕击还是反击皆利用统一阈值进行判别，简化了判断过程， 且判断结果真实可靠。
2、通过大量的仿真数据来最终确定雷击闪络与雷击未闪络的判别阈值，考虑了在雷击未造成绝缘子闪络情况下的|k|即使在最恶劣情况下其大小仍小于0.5×10-4，通过多种情况考虑，试验数据充分可靠，选取出了最合适的阈值作为判断依据。
3、对线路短时窗内同向零模电流波形进行直线拟合的过程，可以有效的判断短时窗内波形的发展趋势，起到合理预测的作用。
附图说明
图1是本发明实施例变压内部故障与励磁涌流仿真系统模型图；
图2是本发明实施例1中110kV同塔双回输电线路Ⅰ回线路零模电流波形图；
图3是本发明实施例1中110kV同塔双回输电线路Ⅱ回线路零模电流波形图；
图4是本发明实施例1中拟合后的波形图；
图5是本发明实施例2中110kV同塔双回输电线路Ⅰ回线路零模电流波形图；
图6是本发明实施例2中110kV同塔双回输电线路Ⅱ回线路零模电流波形图；
图7是本发明实施例2中拟合后的波形图；
图8是本发明步骤流程图。
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110kV同塔双回输电线路雷击闪落与未闪落辨识方法，当线路遭受雷击时，在母线量测点分别采集Ⅰ、Ⅱ回线路的三相电流，并求得短时窗内的同向零模电 流波形，对短时窗内的同向零模电流波形利用一元线性回归中的直线拟合方法来判断 波形发展趋势，并进而得到拟合后的直线斜率，通过拟合后直线斜率的绝对值|k|与阈 值的对比来判别线路是否发生闪络，在考虑仿真实验误差的情况下设为 雷击闪络和未闪络判据的阈值，k<0.8×10-4时判定为雷击未闪络，k≥0.8×10-4时判定为 雷击闪络。
具体步骤为：
(1)当110kV部分同塔双回线路受到雷击时，从母线量测点分别获取Ⅰ、Ⅱ回线 路的三相电流IⅠA、IⅠB、IⅠC与IⅡA、IⅡB、IⅡC；
(2)利用(1)中所测得的三相电流，根据下式得到被雷击线路的短时窗内的同 向零模电流波形；
iⅠ0(j)＝iⅠA(j)+iⅠB(j)+iⅠC(j)，j＝1,2,…,n
iⅡ0(j)＝iⅡA(j)+iⅡB(j)+iⅡC(j)，j＝1,2,…,n
其中，iⅠA(j)、iⅠB(j)、iⅠC(j)分别为Ⅰ回线路三相电流IⅠA、IⅠB、IⅠC的离散信号 点，iⅡA(j)、iⅡB(j)、iⅡC(j)分别为Ⅱ回线路三相电流IⅡA、IⅡB、IⅡC的离散信号点；n 为离散信号的总采样点个数；
(3)将Ⅰ回Ⅱ回线路的零模电流波形进行叠加处理，得到线路同向零模分量的波形数据如下所示：
i10(j)＝iⅠ0(j)+iⅡ0(j)＝iⅠA(j)+iⅡA(j)+iⅠB(j)+iⅡB(j)+iⅠC(j)+iⅡC(j)，j＝1,2,…,n
其中，i10(j)为Ⅰ回、Ⅱ回线路的零模电流数据进行叠加后的线路同向零模分量数据；
(4)对上式中所求得的i10(j)选取故障后短时窗的波形进行直线拟合，根据直线拟合公式 得出拟合后的直线方程为yi＝kxi+b，直线斜率为k，直线拟合公式如下所示：
式中，xi为第i个采样点，yi为拟合后直线第i个采样点的对应值，m为采样点个 数；
(5)在考虑多种不同雷击类型，不同雷击距离以及不同相位的情况下，通过大量的仿真数据来最终确定雷击闪络与雷击未闪络的判别阈值
(6)通过上述直线拟合方法确定拟合后直线的斜率k的绝对值|k|，即确定叠加后的零模电流波形的波头发展趋势，通过与设定的阈值比较来确定线路是否发生闪络，即：
若则判定为雷击闪络；
若则判定为雷击未闪络。
本发明的原理是：
一、提取零模电流，并求得短时窗内的同向零模电流波形
(1)当110kV部分同塔双回线路受到雷击时，从母线量测点分别获取Ⅰ、Ⅱ回线 路的三相电流IⅠA、IⅠB、IⅠC与IⅡA、IⅡB、IⅡC。并根据公式(1)和(2)得到被雷击 线路的零模电流波形。
iⅠ0(j)＝iⅠA(j)+iⅠB(j)+iⅠC(j)，j＝1,2,…,n (1)
iⅡ0(j)＝iⅡA(j)+iⅡB(j)+iⅡC(j)，j＝1,2,…,n (2)
其中，iⅠA(j)、iⅠB(j)、iⅠC(j)分别为Ⅰ回线路三相电流IⅠA、IⅠB、IⅠC的离散信号点；，iⅡA(j)、iⅡB(j)、iⅡC(j)分别为Ⅱ回线路三相电流IⅡA、IⅡB、IⅡC的离散信号点；n为离 散信号的总采样点个数。
(2)将Ⅰ回Ⅱ回线路的零模电流数据进行叠加处理，得到线路同向零模分量的波形数据如下所示：
i10(j)＝iⅠ0(j)+iⅡ0(j)＝iⅠA(j)+iⅡA(j)+iⅠB(j)+iⅡB(j)+iⅠC(j)+iⅡC(j)，j＝1,2,…,n (3)
其中i10(j)为Ⅰ回、Ⅱ回线路的零模电流数据进行叠加后的线路同向零模分量数据。
二、一元线性回归直线拟合
对短时窗内的同向零模电流波形利用一元线性回归中的直线拟合方法来判断波形 发展趋势，并进而得到拟合后的直线斜率。
对i10(j)选取故障后短时窗(选取4ms)的波形进行直线拟合，根据直线拟合公式得出拟合后的直线方程为yi＝kxi+b，直线斜率为k。直线拟合公式如下所示：
式中xi为第i个采样点，yi为拟合后直线第i个采样点的对应值，m为采样点个数。
三、雷击闪落与未闪落判据
通过上述直线拟合方法确定拟合后直线的斜率k的绝对值|k|，即确定叠加后的零模 电流波形的波头发展趋势。通过与设定的阈值比较来确定线路是否发生闪络，即：
若则判定为雷击闪络；
若则判定为雷击未闪络。
四、阈值的选取
在考虑多种不同雷击类型，不同雷击距离以及不同相位的情况下，通过大量的仿真数据来最 终确定雷击闪络与雷击未闪络的判别阈值。
无论是反击造成闪络情况下的|k|还是绕击造成闪络情况下的|k|，其在数值上仍有明 显的差异。利用这种差异进行闪络与未闪络的区分，在雷击未造成绝缘子闪络情况下的|k|即使在最恶劣情况下其大小仍小于0.5×10-4。而在雷击造成绝缘子闪络情况下的|k|在任何情况下均大于1×10-4。因此，在考虑仿真实验误差的情况下设为雷 击闪络和未闪络判据的阈值，k<0.8×10-4时判定为雷击未闪络，k≥0.8×10-4时判定为 雷击闪络。
实施例1：如图2-4所示，采用图1中建立的仿真模型进行雷击判别模拟。在距离 量测端23km处发生雷击。根据上述步骤首先在量测端采集Ⅰ、Ⅱ回线路零模电流波形 如图二与图三所示。
选取短时窗内的ⅠⅡ回线路零模电流波形根据公式(3)计算得出同向零模电流，对短时窗内同向零模电流波形根据公式(4)和(5)进行直线拟合，拟合后的结果如 图四，并且由计算可知：
k＝-0.00026552
b＝-0.30633
拟合后直线的函数为：
y＝-0.00026552x-0.30633
进而得拟合后直线的斜率绝对值|k|为：
|k|＝0.00026552＝2.6552×10-4
通过与阈值对比可知可以推断出雷击造成110kV部分同塔双回线路发生闪络。该验证与仿真结果一致。
实施例2：如图5-7所示，采用图1中建立的仿真模型进行雷击判别模拟在距离量测端46km处发生雷击。根据上述步骤首先在量测端采集Ⅰ、Ⅱ回线路零模电流波形如 图五与图六所示。
选取短时窗内的ⅠⅡ回线路零模电流波形根据公式(3)计算得出同向零模电流，对短时窗内同向零模电流波形根据公式(4)和(5)进行直线拟合，拟合后的结果如 图七，并且由计算可知：
k＝-1.5571×10-8
b＝-3.5083×10-5
拟合后直线的函数为：
y＝-1.5571×10-8x--3.5083×10-5
进而得拟合后直线的斜率绝对值|k|为：
|k|＝1.5571×10-8＝0.00015571×10-4
通过与阈值对比可知可以推断出雷击未造成110kV部分同塔双回线路发生闪络。该验证与仿真结果一致。
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110kV同塔双回输电线路雷击闪落与未闪落辨识方法，其特征在于：当线路遭受雷击时，在母线量测点分别采集ⅠⅡ回线路的三相电流，并求得短时窗内的同向零模电流波形，对短时窗内的同向零模电流波形利用一元线性回归中的直线拟合方法来判断波形发展趋势，并进而得到拟合后的直线斜率，通过拟合后直线斜率的绝对值|k|与阈值的对比来判别线路是否发生闪络，在考虑仿真实验误差的情况下设为雷击闪络和未闪络判据的阈值，k<0.8×10-4时判定为雷击未闪络，k≥0.8×10-4时判定为雷击闪络。
2.根据权利要求1所述的基于110kV同塔双回输电线路雷击闪落与未闪落辨识方法，其特征在于具体步骤为：
(1)当110kV部分同塔双回线路受到雷击时，从母线量测点分别获取Ⅰ、Ⅱ回线路的三相电流IⅠA、IⅠB、IⅠC与IⅡA、IⅡB、IⅡC；
(2)利用(1)中所测得的三相电流，根据下式得到被雷击线路的短时窗内的零模电流波形；
iⅠ0(j)＝iⅠA(j)+iⅠB(j)+iⅠC(j)，j＝1,2,…,n
iⅡ0(j)＝iⅡA(j)+iⅡB(j)+iⅡC(j)，j＝1,2,…,n
其中，iⅠA(j)、iⅠB(j)、iⅠC(j)分别为Ⅰ回线路三相电流IⅠA、IⅠB、IⅠC的离散信号点，iⅡA(j)、iⅡB(j)、iⅡC(j)分别为Ⅱ回线路三相电流IⅡA、IⅡB、IⅡC的离散信号点；n为离散信号的总采样点个数；
(3)将Ⅰ回、Ⅱ回线路的零模电流波形进行叠加处理，得到线路同向零模分量的波形数据如下所示：
i10(j)＝iⅠ0(j)+iⅡ0(j)＝iⅠA(j)+iⅡA(j)+iⅠB(j)+iⅡB(j)+iⅠC(j)+iⅡC(j)，j＝1,2,…,n
其中，i10(j)为Ⅰ回Ⅱ回线路的零模电流数据进行叠加后的线路同向零模分量数据；
(4)对上式中所求得的i10(j)选取故障后短时窗的波形进行直线拟合，根据直线拟合公式得出拟合后的直线方程为yi＝kxi+b，直线斜率为k，直线拟合公式如下所示：
式中，xi为第i个采样点，yi为拟合后直线第i个采样点的对应值，m为采样点个数；
(5)在考虑多种不同雷击类型，不同雷击距离以及不同相位的情况下，通过大量的仿真数据来最终确定雷击闪络与雷击未闪络的判别阈值
(6)通过上述直线拟合方法确定拟合后直线的斜率k的绝对值|k|，即确定叠加后的零模电流波形的波头发展趋势，通过与设定的阈值比较来确定线路是否发生闪络，即：
若则判定为雷击闪络；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190315 |
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