CN111751668A - 基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的方法，包括获取母线保护故障录波图，其上形成有跳闸开关量波形、母线保护大差及小差元件三相电流波形、1M母线及2M母线三相电压波形、支路1及支路2三相电流波形和母联间隔三相电流波形；若所有波形存在突变，则认定母线故障存在并已起动母线保护动作；母线故障存在且母线保护动作后，根据支路1和支路2三相电流波形中突变的各相电流波形与各自相应突变前的电流波形的相位方向变化，判定母线故障为区内故障或区外故障。实施本发明，克服现有技术所存在的缺点及不足，无需数学计算，简单直观，且省时省力。

Description

基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的方法及系统

技术领域

本发明涉及继电保护技术领域，尤其涉及一种基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的方法及系统。

背景技术

母线是电网系统中发电厂和变电站重要组成部分之一。母线又称汇流排，是汇集电能及分配电能的重要设备。母线上连接有变压器、出线、电压互感器及电流互感器等多种元件，在众多连接元件中，难免由于绝缘老化，污秽引起的闪络接地故障和雷击造成的短路故障等。母线发生的故障类型也有多种，如单相接地故障、两相接地故障、两相或三相短路故障等。不论发生何种类型故障后，工作人在分析故障特性时，若不准确判断母线区内故障或是区外故障，在故障点未排除前就盲目恢复送电，可能会导致恢复送电时再次发故障，这将会损坏多间隔电力设备并破坏系统的稳定性，从而造成全厂或全站大停电，及至全电力系统瓦解。因此，母线故障而言准确判断区内或是区外故障尤其重要。

为了满足速动性和取择性的要求，按照差动原理构成母线保护，使技术人员能在主变差动保护中基于基尔霍夫电流定律来判断是否有故障，即通过计算各侧的电流和来判断是否有故障。

例如，如图1所示，以双母线接线为例，1M母线和2M母线各接支路1和支路2并通过母联开关连接起来。母线保护就只需要计算连接在各母线上的所有元件的电流矢量和即可，即差动电流为

式中，I_j为各支路电流。

若母线正常时，母线上所有连接元件中流入的电流和流出的电流完全相等，此时对于支路1、支路2级母联的电流波形图相位不会发生变化。

若母线区外故障时(如支路2外部发生故障)，支路1提供一个I₁大小的故障电流，经过母联间隔再经支路2流向故障点。此时，对于母线(1M和2M)来说，从支路1流入一个I₁大小的故障电流，又从母联流出一个I₁大小的故障电流，这样一进一出且两个电流大小相等，因而母线电流I_d＝I₁-I₁＝0，即母线电流为零，此时支路1、支路2及母联间隔的电流波形图相位可能不会发生变化，或可能支路1、支路2及母联间隔的电流波形图相位均发生变化。

若母线区内故障时(如1M母线发生故障)，所有与母线连接的元件都向故障点供给故障电流，此时母线保护的差流就是各支路电流之和。支路1提供一个I₁大小的故障电流，支路2提供一个I₂大小的故障电流经过母联间隔流向故障点。此时，对2M母线来说，从支路2流入一个I₂大小的故障电流，又从母联流出一个I₂大小的故障电流，这样一进一出且两个电流大小相等，因而2M母线电流I_d＝I₂-I₂＝0，即2M母线电流为零。对1M母线来说，从支路1流入一个I₁大小的故障电流，又从母联流入一个I₂大小的故障电流，因而1M母线电流I_d＝I₁+I₂，即1M母线电流不为零，此时支路1、支路2及母联间隔的电流波形图相位可能仅部分支路发生变化。

然而，上述判断方法涉及各母线、母联间隔上各相电流的大小及方向的读取、计算等，导致容易出错，且不直观，费时费力。

为了克服现有技术所存在的缺点及不足，发明人提出了一种基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的方法，无需数学计算，简单直观，且省时省力。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的方法，能克服现有技术所存在的缺点及不足，无需数学计算，简单直观，且省时省力。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1、获取母线保护故障录波图，所述母线保护故障录波图上形成有跳闸开关量波形、母线保护大差元件三相电流波形、母线保护小差元件三相电流波形、1M母线三相电压波形、2M母线三相电压波形、支路1三相电流波形、支路2三相电流波形和母联间隔三相电流波形；

步骤S2、若所述母线保护大差元件三相电流波形、所述母线保护小差元件三相电流波形、所述1M母线三相电压波形、所述2M母线三相电压波形、所述支路1三相电流波形、所述支路2三相电流波形和所述母联间隔三相电流波形中均存在突变的波形，则认定母线故障存在并已起动母线保护动作；

步骤S3、待认定所述母线故障存在并已起动母线保护动作后，在所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中均获取突变的各相电流波形及各自相应突变前的电流波形，并根据所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中突变的各相电流波形与各自相应突变前的电流波形的相位方向变化，判定所述母线故障为区内故障或区外故障。

其中，所述步骤S3具体包括：

在所述支路1三相电流波形中获取突变的各相电流波形及各自相应突变前的电流波形，以及在所述支路2三相电流波形中获取突变的各相电流波形及各自相应突变前的电流波形；

从所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中，取出同相均存在突变的电流波形的相线；

若所述支路1三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向未发生改变，而所述支路2三相电流波形中与所述当前所取相线同相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向发生改变，则判定所述母线故障为区内故障；

若所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均发生改变，或所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均未发生改变，则判定所述母线故障为区外故障。

其中，所述方法进一步包括：

在所述母线故障为区内故障时，若所述母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向发生改变，则认定所述区内故障的故障点位于1M母线上，且母线保护动作为正确。

其中，所述方法进一步包括：

在所述母线故障为区内故障时，若所述母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向未发生改变，则认定所述区内故障的故障点位于2M母线上，且母线保护动作为正确。

其中，所述方法进一步包括：

在所述母线故障为区外故障，且所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均发生改变时，若所述母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向也发生改变，且所述支路1三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的幅值变小，则认定所述区外故障的故障点位于支路1上，且母线保护动作为误动。

其中，所述方法进一步包括：

在所述母线故障为区外故障，且所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均未发生改变时，若所述母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向也未发生改变，且所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的幅值变小，则认定所述区外故障的故障点位于支路2上，且母线保护动作为误动。

本发明实施例还提供了一种基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的系统，包括：

母线保护故障录波图获取单元，用于获取母线保护故障录波图，所述母线保护故障录波图上形成有跳闸开关量波形、母线保护大差元件三相电流波形、母线保护小差元件三相电流波形、1M母线三相电压波形、2M母线三相电压波形、支路1三相电流波形、支路2三相电流波形和母联间隔三相电流波形；

母线故障检测单元，用于若所述母线保护大差元件三相电流波形、所述母线保护小差元件三相电流波形、所述1M母线三相电压波形、所述2M母线三相电压波形、所述支路1三相电流波形、所述支路2三相电流波形和所述母联间隔三相电流波形中均存在突变的波形，则认定母线故障存在并已起动母线保护动作；

母线故障判定单元，用于待认定所述母线故障存在并已起动母线保护动作后，在所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中均获取突变的各相电流波形及各自相应突变前的电流波形，并根据所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中突变的各相电流波形与各自相应突变前的电流波形的相位方向变化，判定所述母线故障为区内故障或区外故障。

其中，所述母线故障判定单元包括：

电流波形获取模块，用于在所述支路1三相电流波形中获取突变的各相电流波形及各自相应突变前的电流波形，以及在所述支路2三相电流波形中获取突变的各相电流波形及各自相应突变前的电流波形；

选取模块，用于从所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中，取出同相均存在突变的电流波形的相线；

第一判定模块，用于若所述支路1三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向未发生改变，而所述支路2三相电流波形中与所述当前所取相线同相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向发生改变，则判定所述母线故障为区内故障；

第二判定模块，用于若所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均发生改变，或所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均未发生改变，则判定所述母线故障为区外故障。

其中，所述第一判定模块包括：

第一区内故障点及保护动作判定子模块，用于在所述母线故障为区内故障时，若所述母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向发生改变，则认定所述区内故障的故障点位于1M母线上，且母线保护动作为正确；

第二区内故障点及保护动作判定子模块，用于在所述母线故障为区内故障时，若所述母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向未发生改变，则认定所述区内故障的故障点位于2M母线上，且母线保护动作为正确。

其中，所述第二判定模块包括：

第一区外故障点及保护动作判定子模块，用于在所述母线故障为区外故障，且所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均发生改变时，若所述母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向也发生改变，且所述支路1三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的幅值变小，则认定所述区外故障的故障点位于支路1上，且母线保护动作为误动；

第二区外故障点及保护动作判定子模块，用于在所述母线故障为区外故障，且所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均未发生改变时，若所述母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向也未发生改变，且所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的幅值变小，则认定所述区外故障的故障点位于支路2上，且母线保护动作为误动。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、本发明通过识别母线保护故障录波图中母线保护大差元件三相电流波形、母线保护小差元件三相电流波形、1M母线三相电压波形、2M母线三相电压波形、支路1三相电流波形、支路2三相电流波形和母联间隔三相电流波形中是否均存在突变的波形来检测母线故障是否存在，并在母线故障存在时，通过识别支路1三相电流波形及支路2三相电流波形中各相电流的突变及突变前的波形的相位方向变化，直观的确定母线故障为区内故障或区外故障，整个过程无需数学计算，简单直观，且省时省力，克服了现有技术所存在的缺点及不足；

2、本发明在区别出区内故障后，通过识别母联间隔三相电流波形中各相电流的突变及突变前的波形的相位方向变化，直观的确定母线区内故障的故障点位置及保护动作的正确性，进一步的提高了母线保护故障录波图的应用场景；

3、本发明在区别出区外故障后，通过识别母联间隔三相电流波形中各相电流的突变及突变前的波形的相位方向变化，以及支路1或支路2三相电流波形中各相电流的突变及突变前的波形的幅值变化，直观的确定母线区外故障的故障点位置及保护动作的正确性，进一步的提高了母线保护故障录波图的应用场景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为现有技术中母线保护的工作原理图；

图2为本发明实施例提供的一种基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的方法的应用场景中母线存在区内故障时的母线保护故障录波图；

图4为本发明实施例提供的一种基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的方法的应用场景中母线存在区外故障时的母线保护故障录波图；

图5为本发明实施例提供的一种基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图2所示，为本发明实施例中，提供的一种基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1、获取母线保护故障录波图，所述母线保护故障录波图上形成有跳闸开关量波形、母线保护大差元件三相电流波形、母线保护小差元件三相电流波形、1M母线三相电压波形、2M母线三相电压波形、支路1三相电流波形、支路2三相电流波形和母联间隔三相电流波形；

步骤S2、若所述母线保护大差元件三相电流波形、所述母线保护小差元件三相电流波形、所述1M母线三相电压波形、所述2M母线三相电压波形、所述支路1三相电流波形、所述支路2三相电流波形和所述母联间隔三相电流波形中均存在突变的波形，则认定母线故障存在并已起动母线保护动作；

步骤S3、待认定所述母线故障存在并已起动母线保护动作后，在所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中均获取突变的各相电流波形及各自相应突变前的电流波形，并根据所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中突变的各相电流波形与各自相应突变前的电流波形的相位方向变化，判定所述母线故障为区内故障或区外故障。

具体过程为，在步骤S1中，通过录波器采集母线保护故障录波图并导入计算机设备中，使得计算机设备能随时调取各种母线保护故障录波图；其中，该母线保护故障录波图包括但不局限有跳闸开关量波形、母线保护大差元件三相电流波形、母线保护小差元件三相电流波形、1M母线三相电压波形、2M母线三相电压波形、支路1三相电流波形、支路2三相电流波形和母联间隔三相电流波形等。

在步骤S2中，根据母线保护大差元件三相电流波形、母线保护小差元件三相电流波形、1M母线三相电压波形、2M母线三相电压波形、支路1三相电流波形、支路2三相电流波形和母联间隔(如母联开关)三相电流波形的幅值变化来判定各相波形是否存在突变；如，某一相电流波形幅值在某一段时间内突然增大，即电流曲线上波峰或波谷的位置超出原有曲线的波峰或波谷，则认定该相电流波形存在突变；又如，某一相电压波形幅值在某一段时间内突然减少，即电压曲线上波峰或波谷的位置落后原有曲线的波峰或波谷，则认定该相电压波形存在突变；

若母线保护大差元件三相电流波形、母线保护小差元件三相电流波形和母联间隔三相电流波形中有同一相或多相电流波形存在突变(如突然增大)，1M母线三相电压波形和2M母线三相电压波形中有同一相或多相三相电压波形存在突变(如突然减小)，以及支路1三相电流波形和支路2三相电流波形都有同一相或多相电流波形存在突变(如突然增大，或突变减小)，则认定母线故障存在并已起动母线保护动作。如，母线保护大差元件三相电流波形、母线保护小差元件三相电流波形、支路1三相电流波形、支路2三相电流波形和母联间隔三相电流波形中有同一相(如A相)电流波形突变增大，且对应1M母线三相电压波形及2M母线三相电压波形、中同相(如A相)三相电压波形突变减小，则认定母线故障存在并已起动母线保护动作。

在步骤S3中，计算机设备对母线保护故障录波图上的各类波形进行识别，并可根据所识别的各类波形，直观的判断出母线故障为区内故障或区外故障，整个过程无需数学计算，简单直观，且省时省力。可以理解的是，通过人工也可以肉眼直接对母线保护故障录波图进行识别，直观的判断出母线故障为区内故障或区外故障，整个过程也无需数学计算，简单直观，且省时省力。

上述直观判断母线故障为区内故障或区外故障的具体过程如下：

首先，在支路1三相电流波形中获取突变的各相电流波形及各自相应突变前的电流波形，以及在支路2三相电流波形中获取突变的各相电流波形及各自相应突变前的电流波形；

其次，从支路1三相电流波形及支路2三相电流波形中，取出同相均存在突变的电流波形的相线；可以理解的是，将所取的同相电流波形均存在突变的相线(可能是单个相线，也可能是多个相线)认定为母线故障中存在故障的相线；例如，支路1三相电流波形及支路2三相电流波形中A相电流均存在突变，则故障相线为A相。

最后，若支路1三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向未发生改变，而支路2三相电流波形中与当前所取相线同相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向发生改变，则判定母线故障为区内故障；即支路1三相电流波形中只是当前所取相线电流突变前后波形的幅值有改变而已，但支路2三相电流波形中不仅当前所取相线电流突变前后波形的幅值有改变而且波形相位方向也有改变(如反向180度的趋势走向)。或者

若支路1三相电流波形及支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均发生改变，或支路1三相电流波形及支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均未发生改变，则判定母线故障为区外故障；即支路1三相电流波形及支路2三相电流波形中不仅当前所取相线电流突变前后波形的幅值有改变而且波形相位方向也有改变(如反向180度的趋势走向)，或支路1三相电流波形及支路2三相电流波形中只是当前所取相线电流突变前后波形的幅值有改变而已，此时因启动了母线保护来切除故障，才会存在突变波形。

可以理解的是，若支路1三相电流波形及支路2三相电流波形之中一个突变波形走向趋势不变，另一个走向趋势发生改变，则判定母线故障为区内故障；若支路1三相电流波形及支路2三相电流波形中突变波形走向趋势均不变或走向趋势均发生改变，则判定母线故障为区外故障。

在本发明实施例中，还可以在母线故障为区内故障时，基于母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向变化，判定出母线区内故障的故障点位置及母线保护动作的正确性。因此，所述方法进一步包括：

在母线故障为区内故障时，若母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向发生改变(如反向180度的趋势走向)，则认定区内故障的故障点位于1M母线上，且母线保护动作为正确。

或

在母线故障为区内故障时，若母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向未发生改变，则认定区内故障的故障点位于2M母线上，且母线保护动作为正确。

在本发明实施例中，还可以在母线故障为区外故障时，基于支路1三相电流波形、支路2三相电流波形及母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向变化，判定出母线区外故障的故障点位置及母线保护动作的正确性。因此，方法进一步包括：

在母线故障为区外故障，且支路1三相电流波形及支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均发生改变时，若母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向也发生改变，且支路1三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的幅值变小，则认定区外故障的故障点位于支路1上，且母线保护动作为误动。或

在母线故障为区外故障，且支路1三相电流波形及支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均未发生改变时，若母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向也未发生改变，且支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的幅值变小，则认定区外故障的故障点位于支路2上，且母线保护动作为误动。

如图3和图4所示，对本发明实施例中提供的一种基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的方法的应用场景做进一步说明：

该母线保护故障录波图包括跳闸开关量波形1～7、母线保护大差元件三相电流DIA、DIB、DIC波形、母线保护小差元件三相电流DIA1/2、DIB1/2、DIC1/2波形、1M母线三相电压UA1、UB1、UC1波形、2M母线三相电压UA2、UB2、UC2波形、支路1三相电流IA1、IB1、IC1波形、支路2三相电流IA2、IB2、IC2波形和母联间隔三相电流MLIA、MLIB、MLIC波形。

跳闸开关量波形1～7存在突变(如图中所示黑色粗线)，即为跳闸动作开出；最后，跳闸开关量波形1～7均消失，则说明跳闸断开电流流向故障点。其中，1：母差跳1M；2：母差跳2M；3：母差跳3M；4：母联死区；5：母差跳分段；6：母差跳母联1；7：母差跳母联2。

在图3中，母线保护大差元件A相DIA通道中有突变的电流波形并持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)，母线保护小差元件A相DIA1通道中有突变的电流波形并持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)，说明母线故障时母差保护大差元件和1M小差元件均感受到差流，满足母差保护动作条件：母差保护大、小差元件动作；应当说明的是，从母线保护小差元件A相DIA1通道中有突变的电流波形，可以初步知悉故障点是靠近1M母线这侧。

1M母线A相UA1通道中有突变的电压波形并持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)，B相UB1、C相UC1通道整个过程中未出现变化，持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)后全部消失(证明1M上所有电源支路被切除)；2M母线A相UA2通道中有突变的电压波形并持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)，B相UB2、C相UC2通道整个过程中未出现变化，但UA2持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)后恢复正常，说明确实发生了A相接地故障，故障相电压明显降低，母差保护复压闭锁条件开放；

支路1的A相IA1通道中有突变的电流波形并持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)，B相IB1、C相IC1通道中电流波形大小和方向均未发生变化，持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)后三相通道IA1、IB1、IC1中电流波形全部消失；支路2的A相IA2通道中有突变的电流波形并持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)，B相IB2、C相IC2通道中电流波形大小和方向均未发生变化，持续60ms后全部恢复正常；母联间隔A相MLIA通道中有突变的电流波形并持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)，B相MLIB、C相MLIC通道中电流波形大小和方向均未发生变化，持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)后三相通道MLIA、MLIB、MLIC中电流波形全部消失。

此时，因支路1的A相IA1通道中突变的电流波形对比其突变之前的电流波形的相位方向未发生变化，而支路2的A相IA2通道中突变的电流波形对比其突变之前的电流波形的相位方向发生了变化(如反向180度)，就可根据上述特征判断出母线故障为区内故障，即母线故障出现A相区内故障。

更进一步的，母联间隔A相MLIA通道中突变的电流波形对比其突变之前的电流波形的相位方向发生了变化(如反向180度)，就可根据上述特征判断出母线故障出现A相区内故障的故障点位于1M母线上，且母线保护动作为正确。

可以理解的是，相对应的，在母线保护故障录波图上的跳闸开关量波形1、6存在突变(如图3中所示黑色粗线)。

根据上述特征可以反推出，母线故障出现A相区内故障的故障点位于2M母线上的相关特征。此时，具体区别与1M故障点的特征如下：(1)母联间隔A相MLIA通道中突变的电流波形对比其突变之前的电流波形的相位方向未发生变化；(2)支路1A相IA1通道中尽管突变的电流波形对比其突变之前的电流波形的相位方向未发生变化，同时B相IB1、C相IC1通道中电流波形大小和方向均未发生变化，但在持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)后全部恢复正常；(3)支路2的A相IA2通道中尽管有突变的电流波形并持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)，且支路2的A相IA2通道中突变的电流波形对比其突变之前的电流波形的相位方向发生了变化(如反向180度)，同时B相IB2、C相IC2通道中电流波形大小和方向均未发生变化，但在持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)后三相通道IA2、IB2、IC2中电流波形全部消失；(4)1M母线尽管A相UA1通道中有突变的电压波形并持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)，且B相UB1、C相UC1通道整个过程中未出现变化，但A相UA1持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)后恢复正常；(5)2M母线A相UA2通道中尽管有突变的电压波形并持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)，同时B相UB2、C相UC2通道整个过程中未出现变化，但在持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)后三相通道UA2、UB2、UC2中电压波形全部消失(证明2M上所有电源支路被切除)；(6)，跳闸开关量波形2、6存在突变(如图中所示黑色粗线)。

在图4中，母线保护大差元件A相DIA通道中有突变的电流波形并持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)，母线保护小差元件A相DIA2通道中有突变的电流波形并持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)，说明母线故障时母差保护大差元件和2M小差元件均感受到差流，满足母差保护动作条件：母差保护大、小差元件动作；应当说明的是，从母线保护小差元件A相DIA1通道中有突变的电流波形，可以初步知悉故障点是靠近2M母线这侧；

1M母线A相UA1通道中有突变的电压波形并持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)，B相UB1、C相UC1通道整个过程中未出现变化，持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)后全部消失(证明1M上所有电源支路被切除)；2M母线A相UA2通道中有突变的电压波形并持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)，B相UB2、C相UC2通道整个过程中未出现变化，但UA2持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)后恢复正常，说明确实发生了A相接地故障，故障相电压明显降低，母差保护复压闭锁条件开放；

支路1的A相IA1通道中有突变的电流波形并持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)，B相IB1、C相IC1通道中电流波形大小和方向均未发生变化，持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)后全部恢复正常；支路2的A相IA2通道中有突变的电流波形并持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)，B相IB2、C相IC2通道中电流波形大小和方向均未发生变化，持续60ms后三相通道IA2、IB2、IC2中电流波形全部消失；母联间隔A相MLIA通道中有突变的电流波形并持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)，B相MLIB、C相MLIC通道中电流波形大小和方向均未发生变化，持续60ms(持续三个周波，每周波20ms)后三相通道MLIA、MLIB、MLIC中电流波形全部消失。

此时，因支路1的A相IA1通道及支路2的A相IA2通道中突变的电流波形各自对比其突变之前的电流波形的相位方向均未发生变化，则可根据上述特征判断出母线故障为区外故障，即母线故障出现A相区外故障。应当说明的是，若支路1的A相IA1通道及支路2的A相IA2通道中突变的电流波形各自对比其突变之前的电流波形的相位方向均发生变化(如反向180度)，则也可判断出母线故障为区外故障，即母线故障出现A相区外故障。可以理解的是，由于突变波形是在母线保护起动来切除故障时出现，因而可以根据该特征来得到母线故障存在且母线保护起动的结论。

由于母线故障为A相区外故障，因此支路1的A相IA1通道、支路2的A相IA2通道及母联间隔A相MLIA通道中突变的电流波形的相位方向是全部都改变或全部不变，故此时在图4中的母联间隔A相MLIA通道中突变的电流波形与其突变之前的电流波形的相位方向也未发生变化，然而因支路2的A相IA2通道中突变的电流波形对比其突变之前的电流波形的幅值变小，就可根据上述特征判断出母线故障出现A相区外故障的故障点位于支路2上。

可以理解的是，相对应的，在母线保护故障录波图上的跳闸开关量波形2、6存在突变(如图4中所示黑色粗线)。

根据上述特征可以反推出，母线故障出现A相区外故障的故障点位于支路1上的相关特征，在此不再赘述。

如图5所示，为本发明实施例中，提供的一种基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的系统，包括：

母线保护故障录波图获取单元110，用于获取母线保护故障录波图，所述母线保护故障录波图上形成有跳闸开关量波形、母线保护大差元件三相电流波形、母线保护小差元件三相电流波形、1M母线三相电压波形、2M母线三相电压波形、支路1三相电流波形、支路2三相电流波形和母联间隔三相电流波形；

母线故障检测单元120，用于若所述母线保护大差元件三相电流波形、所述母线保护小差元件三相电流波形、所述1M母线三相电压波形、所述2M母线三相电压波形、所述支路1三相电流波形、所述支路2三相电流波形和所述母联间隔三相电流波形中均存在突变的波形，则认定母线故障存在并已起动母线保护动作；

母线故障判定单元130，用于待认定所述母线故障存在并已起动母线保护动作后，在所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中均获取突变的各相电流波形及各自相应突变前的电流波形，并根据所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中突变的各相电流波形与各自相应突变前的电流波形的相位方向变化，判定所述母线故障为区内故障或区外故障。

其中，所述母线故障判定单元130包括：

电流波形获取模块1301，用于在所述支路1三相电流波形中获取突变的各相电流波形及各自相应突变前的电流波形，以及在所述支路2三相电流波形中获取突变的各相电流波形及各自相应突变前的电流波形；

选取模块1302，用于从所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中，取出同相均存在突变的电流波形的相线；

第一判定模块1303，用于若所述支路1三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向未发生改变，而所述支路2三相电流波形中与所述当前所取相线同相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向发生改变，则判定所述母线故障为区内故障；

第二判定模块1304，用于若所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均发生改变，或所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均未发生改变，则判定所述母线故障为区外故障。

其中，所述第一判定模块1303包括：

第一区内故障点及保护动作判定子模块13031，用于在所述母线故障为区内故障时，若所述母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向发生改变，则认定所述区内故障的故障点位于1M母线上，且母线保护动作为正确；

第二区内故障点及保护动作判定子模块13032，用于在所述母线故障为区内故障时，若所述母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向未发生改变，则认定所述区内故障的故障点位于2M母线上，且母线保护动作为正确。

其中，所述第二判定模块1304包括：

第一区外故障点及保护动作判定子模块13041，用于在所述母线故障为区外故障，且所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均发生改变时，若所述母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向也发生改变，且所述支路1三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的幅值变小，则认定所述区外故障的故障点位于支路1上，且母线保护动作为误动；

第二区外故障点及保护动作判定子模块13042，用于在所述母线故障为区外故障，且所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均未发生改变时，若所述母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向也未发生改变，且所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的幅值变小，则认定所述区外故障的故障点位于支路2上，且母线保护动作为误动。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、本发明通过识别母线保护故障录波图中母线保护大差元件三相电流波形、母线保护小差元件三相电流波形、1M母线三相电压波形、2M母线三相电压波形、支路1三相电流波形、支路2三相电流波形和母联间隔三相电流波形中是否均存在突变的波形来检测母线故障是否存在，并在母线故障存在时，通过识别支路1三相电流波形及支路2三相电流波形中各相电流的突变及突变前的波形的相位方向变化，直观的确定母线故障为区内故障或区外故障，整个过程无需数学计算，简单直观，且省时省力，克服了现有技术所存在的缺点及不足；

2、本发明在区别出区内故障后，通过识别母联间隔三相电流波形中各相电流的突变及突变前的波形的相位方向变化，直观的确定母线区内故障的故障点位置及保护动作的正确性，进一步的提高了母线保护故障录波图的应用场景；

3、本发明在区别出区外故障后，通过识别母联间隔三相电流波形中各相电流的突变及突变前的波形的相位方向变化，以及支路1或支路2三相电流波形中各相电流的突变及突变前的波形的幅值变化，直观的确定母线区外故障的故障点位置及保护动作的正确性，进一步的提高了母线保护故障录波图的应用场景。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1、获取母线保护故障录波图，所述母线保护故障录波图上形成有跳闸开关量波形、母线保护大差元件三相电流波形、母线保护小差元件三相电流波形、1M母线三相电压波形、2M母线三相电压波形、支路1三相电流波形、支路2三相电流波形和母联间隔三相电流波形；

步骤S2、若所述母线保护大差元件三相电流波形、所述母线保护小差元件三相电流波形、所述1M母线三相电压波形、所述2M母线三相电压波形、所述支路1三相电流波形、所述支路2三相电流波形和所述母联间隔三相电流波形中均存在突变的波形，则认定母线故障存在并已起动母线保护动作；

步骤S3、待认定所述母线故障存在并已起动母线保护动作后，在所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中均获取突变的各相电流波形及各自相应突变前的电流波形，并根据所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中突变的各相电流波形与各自相应突变前的电流波形的相位方向变化，判定所述母线故障为区内故障或区外故障。

2.如权利要求1所述的基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

在所述支路1三相电流波形中获取突变的各相电流波形及各自相应突变前的电流波形，以及在所述支路2三相电流波形中获取突变的各相电流波形及各自相应突变前的电流波形；

从所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中，取出同相均存在突变的电流波形的相线；

若所述支路1三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向未发生改变，而所述支路2三相电流波形中与所述当前所取相线同相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向发生改变，则判定所述母线故障为区内故障；

若所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均发生改变，或所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均未发生改变，则判定所述母线故障为区外故障。

3.如权利要求2所述的基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

在所述母线故障为区内故障时，若所述母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向发生改变，则认定所述区内故障的故障点位于1M母线上，且母线保护动作为正确。

4.如权利要求2所述的基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

在所述母线故障为区内故障时，若所述母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向未发生改变，则认定所述区内故障的故障点位于2M母线上，且母线保护动作为正确。

5.如权利要求2所述的基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

在所述母线故障为区外故障，且所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均发生改变时，若所述母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向也发生改变，且所述支路1三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的幅值变小，则认定所述区外故障的故障点位于支路1上，且母线保护动作为误动。

6.如权利要求2所述的基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

在所述母线故障为区外故障，且所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均未发生改变时，若所述母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向也未发生改变，且所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的幅值变小，则认定所述区外故障的故障点位于支路2上，且母线保护动作为误动。

7.一种基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的系统，其特征在于，包括：

母线保护故障录波图获取单元，用于获取母线保护故障录波图，所述母线保护故障录波图上形成有跳闸开关量波形、母线保护大差元件三相电流波形、母线保护小差元件三相电流波形、1M母线三相电压波形、2M母线三相电压波形、支路1三相电流波形、支路2三相电流波形和母联间隔三相电流波形；

母线故障检测单元，用于若所述母线保护大差元件三相电流波形、所述母线保护小差元件三相电流波形、所述1M母线三相电压波形、所述2M母线三相电压波形、所述支路1三相电流波形、所述支路2三相电流波形和所述母联间隔三相电流波形中均存在突变的波形，则认定母线故障存在并已起动母线保护动作；

母线故障判定单元，用于待认定所述母线故障存在并已起动母线保护动作后，在所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中均获取突变的各相电流波形及各自相应突变前的电流波形，并根据所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中突变的各相电流波形与各自相应突变前的电流波形的相位方向变化，判定所述母线故障为区内故障或区外故障。

8.如权利要求7所述的基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的系统，其特征在于，所述母线故障判定单元包括：

电流波形获取模块，用于在所述支路1三相电流波形中获取突变的各相电流波形及各自相应突变前的电流波形，以及在所述支路2三相电流波形中获取突变的各相电流波形及各自相应突变前的电流波形；

选取模块，用于从所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中，取出同相均存在突变的电流波形的相线；

第一判定模块，用于若所述支路1三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向未发生改变，而所述支路2三相电流波形中与所述当前所取相线同相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向发生改变，则判定所述母线故障为区内故障；

第二判定模块，用于若所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均发生改变，或所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均未发生改变，则判定所述母线故障为区外故障。

9.如权利要求8所述的基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的系统，其特征在于，所述第一判定模块包括：

第一区内故障点及保护动作判定子模块，用于在所述母线故障为区内故障时，若所述母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向发生改变，则认定所述区内故障的故障点位于1M母线上，且母线保护动作为正确；

第二区内故障点及保护动作判定子模块，用于在所述母线故障为区内故障时，若所述母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向未发生改变，则认定所述区内故障的故障点位于2M母线上，且母线保护动作为正确。

10.如权利要求8所述的基于电网故障录波图来判断母线区内外故障的系统，其特征在于，所述第二判定模块包括：

第一区外故障点及保护动作判定子模块，用于在所述母线故障为区外故障，且所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均发生改变时，若所述母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向也发生改变，且所述支路1三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的幅值变小，则认定所述区外故障的故障点位于支路1上，且母线保护动作为误动；

第二区外故障点及保护动作判定子模块，用于在所述母线故障为区外故障，且所述支路1三相电流波形及所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形各自对比其突变前的电流波形的相位方向均未发生改变时，若所述母联间隔三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的相位方向也未发生改变，且所述支路2三相电流波形中当前所取相线上突变的电流波形对比其突变前的电流波形的幅值变小，则认定所述区外故障的故障点位于支路2上，且母线保护动作为误动。

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