CN109596935A - 一种结合磁场能衰减特征的输电线路故障行波法 - Google Patents

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周正雄
刘炎
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Abstract

本发明公开了一种结合磁场能衰减特征的输电线路故障行波法。该方法通过安装在杆塔上的磁阻传感器和电流互感器实时监测输电线路的磁场能变化特征，通过对比故障前后磁场能衰减曲线与不同频带中的磁场能比值关系诊断出故障区间，并将结果与通过线路两端的行波测距装置获得的故障点区间进行对比分析，这种组合测距方式弥补了传统行波法的劣势可有效提高故障测距的可靠性与精确性。

Description

一种结合磁场能衰减特征的输电线路故障行波法
技术领域
本发明涉及一种结合磁场能衰减特征的输电线路故障行波法，适用于高压电压等级，属于电力技术领域。
背景技术
近几年电力工业的迅猛发展，高电压等级输电线路的数量只增不减，输电架空线路跨越山川河流，发生故障时，某些故障点查找极为困难，而任何一条线路发生故障都将会对输电系统乃至整个电网产生不良影响，如果故障不能及时排除，易引发多重故障，导致大面积停电事故，严重危及电网安全。当线路发生短路故障时，其相应的继电保护和安全自动装置必将动作，在继电保护装置切除故障后，尽可能迅速地确定故障点将有利于及时修复线路和恢复系统，传统的人工目测巡线方式显然不符合如今智能化要求的普及，随着信息技术与传感器技术的发展，对故障定位的精确性和可靠性有了更高的要求。
早期基于阻抗法的模拟式故障测距装置，用保护安装处的母线电压与流过保护的电流的比值来反映故障点距母线的距离，随着计算机的应用与普及，国内外开始将微机用于高压输电线路的故障测距，将线路单侧连续变化的模拟电流、电压信号转变为离散的数字信号，利用计算机高速的运算功能与逻辑判断能力加以处理。现阶段的故障定位法根据高压输电线路的模型、被测量的分量及原理和设备的不同可以分为阻抗法、故障分析法和行波法。其中行波测距法是以输电线路的分布参数模型为基础，采集故障时线路中产生的行波，对其进行变换、分析和计算，从而得到故障距离。各种行波测距方法主要分为A，D，E，F四类，近几年的研究主要集中在A型单端测距和D型双端行波测距方法上，由于行波测量方法精度高，实现起来简单快捷，在现代输电线路故障定位的实际工作中得到了广泛的应用。
针对初始行波的波头识别主要有导数法、小波变换法、数学形态法和希尔伯特-黄变换(HHT)法等。其中导数法存在对噪声敏感的问题，HHT法存在模态混叠、筛分停止等问题，而小波变换和数学形态法要选取合适的“基”。针对波头到达时刻的标定问题有两种思路，第一种是将行波信号分解到各个频带，选取能量相对集中的频带进行测距，第二种用拟合的方法将传播系数表示出来，来校正行波色散效应而产生的波头畸变。行波测距法较为成熟，但是存在可靠性差、精度有待进一步提高的问题，因而结合行波法与其他定位方法的优势发展组合测距技术是具有意义性的。
发明内容
由电磁场理论可知，当输电线路中有电流流过时，其周围磁场会随着线路中电流的变化而变化，线路正常运行时，三相电流大小相等，相位差为120°，导线下方的合成磁场处于稳态，但在线路发生故障时，故障点流出整个系统非故障相的电流和，将会产生向线路两端传播的暂态行波，产生的暂态量和电力电子器件的干扰谐波量会引起线路电流改变，进而引起周围磁通密度的变化，同时由磁场能定义可知，在线路周围特定空间体积内磁场能就会因此产生改变，并且磁场能会随着电流行波的衰减而沿线向两端衰减。
通过安装在输电线路杆塔上的的磁阻传感器以及电流互感器，在线测量线路的磁感应强度和电流，能够实时计算并反映线路运行时的磁场能稳态曲线。当线路发生故障时，不同区段的磁场能将产生不同程度的衰减，在不同频带域分离提取出电力电子器件产生的干扰谐波磁场能以及暂态电流行波磁场能，并对故障暂态电流能量进行分离，计算得出高频磁能和低频磁能。将两个磁场能比值与输电线路正常运行时的各部分磁能比值进行分析比较，实现故障检测与区段定位。
设定合适的磁场能阈值，当两个杆塔区段间的磁场能衰减值超过阈值时，启动线路两端的行波测距装置，根据故障行波电流信号线模分量的模极大值性质，对故障点进行定位与测距，对比两种定位方式下结果的耦合程度与关联性，可以有效提高故障定位的精确度与可靠性，也弥补了现有双端行波法的不稳定性劣势。
附图说明
图1为杆塔区段间的测量以及故障时的磁场能衰减模型
图2为简化的输电线路磁场能监测模型
图3为故障前后磁场能在不同频带下的比值图
图4为结合磁场能衰减特征的故障行波组合测距流程图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施过程对本发明作进一步描述。
参见图1，在特定区段内发生故障时，安装在杆塔上的电流互感器和磁阻传感器测量得到该点的电流和磁通密度，由计算得到故障前后磁场能衰减特征，与线路正常运行时的磁场能稳态曲线对比完成故障诊断。
参见图2，M1，M2,...,Mn分别是沿各条线路在杆塔正下方2米处安装的磁阻传感器，对于任意时刻t，任意传感器测量点0＜i＜n，满足|Ei-Ei+1|≥EN时，则为故障线路，并确定故障点在i与i+1两个测量点之间。其中EN为设定的磁场能阈值，可以通过在最大运行与最小运行方式下分别计算线路短路电流与磁通密度，计算得到相应的磁场能，取其最小值作为阈值。
参见图3，对比了线路两端不同频带域内的磁场能比值，不同频次下的电流行波衰减引起了磁场能不同程度的衰减变化。
参见图4，将电力电子器件产生的干扰谐波磁场能和暂态电流行波磁场能以及其中的高频磁能和低频磁能两对分量进行了对比分析，实现了基于磁场能衰减特征的故障诊断。同时启动行波测距装置，根据故障行波电流信号线模分量的模极大值性质，对故障点进行定位与测距。分析比较两种定位方式下结果的耦合程度与关联性并同步发送故障信息并显示故障预警。
该发明的技术关键是设定合适的磁场能量衰减阈值，重点在于分离提取故障后高频/低频电流行波引导的磁场能量变化量，对故障前后的磁场能比值特征作出更准确的判断，结合行波法发挥组合故障定位方式的稳定性与精确性。

Claims (1)

1.一种结合磁场能衰减特征的输电线路故障行波法，其特征在于：通过测量不同线路区段的电流和磁通密度计算得到相应的磁场能，当线路故障时，磁场能随着电流行波的衰减而不同程度的衰减，分离提取出电力电子器件产生的干扰谐波磁场能以及暂态电流行波磁场能，和不同频带中故障暂态电流分离得到的高频磁能和低频磁能，通过这两组磁场能比值与输电线路正常运行时的各部分磁能比值进行分析比较，实现故障检测与区段定位。同时采用基于小波变换的双端行波法求得故障距离，结合两种定位方式的结果，可以有效提高定位的精确性和可靠性。
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