CN114034981A - 一种交流输电线路故障检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交流输电线路故障检测方法及系统，属于电力系统继电保护技术领域。本发明采集实测电气量暂态信号，进而获取暂态量信息；基于所述采集电流暂态信息进行一种相模变换提取线模分量，再将所述线模分量进行派克变换投影到直轴d和交轴q轴上。然后基于差分电流变化梯度运算构造故障表征增量，对故障表征增量的一定次方分别在一定时窗内乘以故障特征因子进行积分得突变能量，基于所述故障表征增量和突变能量来构造门槛值，用作保护启动元件的启动，基于突变能量用于交流输电线路故障检测。本发明适用于各种电压等级的各种故障类型，其鲁棒性高、可靠性和灵敏度都比较高。

Description

一种交流输电线路故障检测方法及系统

技术领域

本发明涉及一种交流输电线路故障检测方法及系统，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

交流输电可以方便的通过变压器升压和降压，配送电方便，在发电、输送通过变压器改变电压在输电端升高电压减小输电消耗，在配电、用电过程中通过变压器降压至合适电压，配电方便。配电电器主要设备是断路器，隔离开关灭弧是一个大问题。而交流输电每个周波有两次过零，对于开关设备来说，过零时，电弧会自动熄灭，这会提高开关设备的稳定。在负荷侧，负荷大多是交流电动机，交流电应用方便，相对于直流电机，虽然直流电机调速方便，但通过变频器，交流电动机的调速也很方便，交流输在应用端应被用户普遍接受。

交流输电相比于直流输电来说，一是交流电的电压变换通过变压器实现且效率很高，而直流需要通过硅整流器件，容量较大时会消耗大量的无功功率。二是在发电方面，交流输电有着巨大优势，在火电，核电，水电都是交流电机，从源头上就是交流电多。三是交流电电压电流有过零点，对开关设备的灭弧是有利的，而直流正常是没有过零点，开断困难。

随着新能源大规模接入电网和特高压、远距离输电线路的建成，新型电网提出了新的挑战与机遇，而启动元件是超高速保护和测距中必不可少的重要组成元件，就要求故障检测更可靠、更灵敏；而现有的微机保护突变量启动元件在弱故障模式(超长输电线路远端故障、高阻接地故障等)无法准确感知到，导致无法检测到信号的奇异性，进而导致故障检测元件无法正常启动，故需一种可靠性更高、灵敏度更高、抗干扰能力更好的暂态量保护启动元件来满足继电保护对故障检测的要求，本文就提出了一种交流输电线路故障检测方法及系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种交流输电线路故障检测方法及系统，用以解决在交流输电线路弱故障模式状态下，量测端获得的故障行波较为平缓，致使提取故障行波波头的时间及波到时刻的标定并不理想的问题。

本发明的技术方案是：一种交流输电线路故障检测方法，具体步骤为：

Step1：采用电流互感器采集双端实测电流量信息，通过计算进而获取双端故障检测电气量信息，即实测电流暂态量信息；

Step2：基于所述电气信息的任意个采集终端的多个时域内的多个电流信息进行电磁解耦，将三相交流电气信息变换到静止的α和β坐标系中，具体如式(1)所示：

式(1)中，i_a、i_b、i_c分别为采集的A相电流、B相电流和C相电流，i_α、i_β为变换后的电流量。

Step3：再基于此种相模变换变换到静止的α和β坐标系中的线模分量变换到旋转的d、q坐标上，如式(2)所示：

式(2)中，i_d、i_q分别为直轴电流和交轴电流。

Step4：弱故障模式下，量测端获得的行波波头变化较为缓慢，较难捕捉，故采用差分梯度方法构造Δc_dif(k)，基于所述旋转的d、q坐标构造表征故障增量c_dif(k)，如式(3)和(4)所示，通过利用展宽时间判断来提高可靠性，且灵敏度极高。

Δc_dif-d(k)＝[i_d(k)-i_d(k-1)]/Δt (3)

Δc_dif-q(k)＝[i_q(k)-i_q(k-1)]/Δt (4)

式(3)和(4)中，k表示当前采样点，Δt表示采样间隔，以ms为单位，i_d(k)表示第k个采样点的直轴电流，i_q(k)表示第k个采样点的交轴电流。

Step5：基于所述的故障表征增量，对Δc_dif(k)的一定次方分别在一定时窗内进行积分得突变能量S_i(k)，如下式(5)-(7)所示：

其中，a和b为能量指标，式(5)表示无极性，式(6)和式(7)表示有极性；ξ_k的选取与故障类型和模式相关；可根据实际情况酌情选择，N取值与采样时窗有关，取决于何种电压等级发生何种交流输电线路故障，如在f_s＝1MHz情况下，N取8-12有利于近端短路故障行波或者雷击故障行波标定，N取值更大便有利于山火故障标定，式中ξ_k(k＝1,2,3,4)的取值依据故障类型和模式而定；

本步骤的主要特征在于加入了故障特征因子ξ_k并采用先微分后积分的算法，此方法既放大了暂态与稳态状态下的差异，又增强了抗干扰能力，还提高了检测直流分量的计算精度；

Step6：将突变能量S_i(k)的绝对值与阈值σ进行比较，比较突变能量S_i(k)与阈值σ的大小，若突变能量S_i(k)的绝对值小于阈值σ，则保护不启动；若突变能量S_i(k)的绝对值大于或等于阈值σ，则保护启动，并进行故障检测；

本发明还公开了一种交流输电线路故障检测系统，包括；

数据采集子系统，用于采集实测电气量信息，进而获取暂态量信息；

数值分析子系统，用于对所需的电气量信息进行进一步分析，计算和存储等；

保护启动子系统，基于所述故障表征增量Δc_dif(k)和突变能量S_i(k)来构造门槛值，用于保护启动元件的启动；

故障检测子系统，基于突变能量S_i(k)的门槛值用于交流输电线路故障检测；用于检测交流输电线路是否发生故障；

故障测距子系统，与故障检测子系统相连，用于故障测距。

所述保护启动子系统主要采用暂态量保护启动元件，相比于现有的微机保护突变量启动元件更有优势，抗干扰能力更强，普适性高。

所述数值分析子系统包括：

处理器，用于采集、监控、分析、存储所需的数据；

线模分量单元，基于所述采集电流暂态信息进行一种相模变换用于提取线模分量；

派克变换单元，用于将线模分量进行派克变换，投影到直轴d和交轴q轴上；

故障表征增量单元(故障突变增量单元)：基于差分电流变化梯度运算构造故障表征增量Δc_dif(k)，此微分用于解决突变量较小的问题；

突变能量单元，对故障表征增量Δc_dif(k)的一定次方分别在一定时窗内进行积分得突变能量S_i(k)。

所述突变能量单元，其突变能量S_i(k)的门槛值取决于何种电压等级发生何种类型故障，对保护要求的精度，依据实际情况而定，其主要用来对故障进行检测并发出信号。

本发明的原理是：

电力系统故障分析常用的是对称分量法，其适用于工频稳态情况下的向量分析，不适用于暂态的时域和频域分析，而行波信号是明显的暂态信号。行波在电力线路上传输时，线路之间的互感，线路和大地之间的互感都会对信号产生影响，因此需要采用一种算法来将耦合的互感分量分离出来，这就是相模变换，采用此方法可以将三维量投影到二维量上且不丢失任何的电气信息。

派克变换是现在占主流地位的交流电机分析计算时的基本变换。从物理意义上讲，park变换就是将i_a,i_b,i_c电流在α和β轴上的投影等效到d轴和q轴上，将定子上的电流都等效到直轴和交轴上去。对于稳态来说，这么等效之后，i_q,i_d正好就是一个常数了，而对于暂态来说突变量就比较大；然后再用一个先积分后微分和引入故障特征因子的方法用来放大故障与正常状态下的差异，削弱噪声等其他影响因素，用来提高故障检测的可靠性。

本发明的有益效果是：

1、在现有的微机线路保护启动量算法中，多数算法在弱故障模式灵敏度不足，启动元件易拒动，本发明解决了量测端故障行波波头较为平缓或无法识别而引起的启动元件拒动问题。

2、派克变换具有把三相交流电气量变为直流量，发生故障时，经派克变换后的故障不在是直流量，更易于进行交流输电线路故障检测。

3、本发明可用于高阻故障的检测及行波浪涌到达时刻的标定，且效果较好，更具鲁棒性和普适性，为后续保护元件动作和故障测距起到了至关重要的作用。

4、所述交流输电线路故障检测系统所用的突变能量S(k)算法是引入了故障特征因子ξ_k并采用了先微分后积分，具有较好的抗干扰能力和波头识别能力，其算法简单且具有消噪功能，可靠性和灵敏性都较高，可根据N值和ξ_k的合适选择用于鸟害、山火、冰害、风偏、普通短路和雷击等故障类型的波头标定。

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，在没有实施创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述系统图；

图2是本发明流程图；

图3是本发明实施例1半波长输电线路拓扑图；

图4是本发明实施例1仿真结果图；

图5是本发明实施例2线缆混合故障拓扑图；

图6是本发明实施例2仿真结果图；

图7是本发明实施例3仿真结果图；

图8是本发明实施例4拓扑结构图；

图9是本发明实施例4仿真结果图。

具体实施方式

下面结合本发明中的具体实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明适用于各种电压等级的线路的多种类型故障，图1是本发明所述的系统图。本发明选取了几种不同的电压等级和不同的故障类型进行验证本发明的可靠性和灵敏性。其中，几种情况包括：超长线路远端接地故障、110kV交流输电线路小故障角故障、配网线缆混合高阻接地故障和雷击故障。

实施例1：

半波长交流输电技术是指输电的电气距离接近一个工频半波，即3000公里(50Hz)的超远距离的三相交流输电技术。由于特高压半波长交流输电线路传输距离接近3000km，半波长线路具有明显的分布参数特性，电气传输的时空特征不可被忽略，导致目前广泛应用的基于集中参数的原理不再适用，行波的幅值随着频率的增大而急剧衰减，传播波速随着频率的改变出现差异。半波长交流输电线路的运行特征与普通输电线路有着很大区别线路分布电容电流较大，传统的继电保护原理将不能在半波长交流输电线路上应用，因此本发明就提出了一种新的故障检测方法及系统。

仿真系统模型图如图2所示，线路l全长3000km，电压等级为1000kV，设故障在距M端600km处0.45ms发生AG金属性接地永久性故障，采样率为10kHz，系统拓扑图如附图3所示；具体的，实施设计步骤如下：

Step1：将半波长上M侧、N侧作为量测端，采用新型传感器测量电路中所需的电流信息，再将其经过高速A/D转换器获得实录电流暂态行波。

Step2：将三相交流电流量经克拉克变换到α和β静止的坐标系中，如式(1)所示；分别对半波长量测端M侧、N侧的电气信息进行一种相模变换，得到所需的线模分量。

式(1)中，i_a、i_b、i_c分别为采集的A相电流、B相电流和C相电流，i_α、i_β为变换后的电流量。

Step3：基于上述线模分量进行派克变换，即将d和q轴电流向α和β坐标轴投影，可得式(2)；即将三相交流电流量i_a、i_b和i_c变换成直流量i_d和i_q；

式(2)中，i_d、i_q分别为直轴电流和交轴电流。

对于长线路发生故障，由于故障引起的暂态过程微弱，直接采用i_d和i_q进行故障启动，可能会由于i_d和i_q的突变量较小，而导致启动元件无法启动。

Step4：基于上述所述，利用相电流相邻的两个采样值向后差分构造电流变化梯度c_dif(k)，用于表征故障增量，则如式(3)和(4)所示：

Δc_dif-d(k)＝[i_d(k)-i_d(k-1)]/Δt (3)

Δc_dif-q(k)＝[i_q(k)-i_q(k-1)]/Δt (4)

式(3)和(4)中，k表示当前采样点；Δt表示采样间隔，以ms为单位，i_d(k)表示第k个采样点的直轴电流，i_q(k)表示第k个采样点的交轴电流。

Step5：现定义电流梯度和为综合突变能量S₁(k)，用来进行故障检测，则如式(5)所示

式中，N表示一定时窗内的采样点数，在半波长远端故障情况下，本实施例1采样率为10kHz，N取值为3-5；

Step6：将综合突变能量S₁(k)的绝对值与阈值σ₁进行比较，比较综合突变能量S₁(k)与阈值σ₁的大小，若综合突变能量S₁(k)的绝对值小于阈值σ₁，则保护不启动；若综合突变能量S₁(k)的绝对值大于或等于阈值σ₁，则保护启动，并进行故障检测。

仿真结果如附图4所示；

实施本发明实施例，具有如下效果：

1、对于类似半波长线路的超长线路，现有的微机量启动元件可能因为故障点距量测端过远，而导致在量测端首波头变换缓慢或无法识别，本实施例完美地解决了这一问题。

2、仿真结果见附图4所示，采样时窗取t＝0.09ms，故障波头到达M侧的时间为t_M＝0.4504ms，到达N侧的时间为t_N＝0.4514ms，故障到达之后保护启动元件进行启动，然后再进行故障检测，其故障检测可靠性极高。

实施例2：配网线缆混合故障

随着分布式发电、智能配电网、综合能源系统以及能源互联网等新理念与新技术的发展和应用，传统配电网正转变成含有异构分布式电源的新一代多能源配电系统，使得配网供电呈现点多、面广、线路较短、运行环境复杂的特性。而配网线路以架空线为主，电缆为辅，山林覆盖面积广，运行环境复杂，经常遭受雷电、山火、树木、车辆等外力破坏而发生跳闸、接地等故障，影响用户的生产生活用电，降低了电网的供电可靠性。配电线路故障率高且隐蔽性强，特别是处于农田、山区的农网，超长分支线路发生故障时保护无法正常启动，只能步行逐杆逐塔排查，巡线难度大，故障排查难度大且时间长，用户恢复供电时间无法保障；雷雨季节，农网故障频繁，配网运检人员劳动强度大、效率低，故障停电时间长，故须一种可靠性和灵敏度较高的故障检测方法，准确、可靠的故障检测是配电网故障行波测距的基础，因此本文提出了一种适用于交流输电线路的故障检测方法及系统。

现假设10kV电压等级线路距M端10公里处架空线路发生A相高阻接地故障，10kV电压等级线路距负荷侧N端6公里处电缆发生A相接地故障，线缆混合线路全长30km，量测端为M端和N端，系统具体拓扑图见附图5；

Step1：新型传感器测量电路中所需的电流信息，再将其经过高速A/D转换器获得实录电流暂态行波。

Step2：将三相交流电流量经克拉克变换到α和β静止的坐标系中，如式(1)所示；

式(1)中，i_a、i_b、i_c分别为采集的A相电流、B相电流和C相电流，i_α、i_β为变换后的电流量。

进一步地说，分别对10kV线缆混合故障量测端M侧、N侧的电气信息进行一种相模变换，得到所需的线模分量。

Step3：基于上述线模分量进行派克变换，即将d和q轴电流向α和β坐标轴投影，可得式(2)；

式(2)中，i_d、i_q分别为直轴电流和交轴电流。

进一步地说，对于配网线缆混合高阻抗接地故障，即将三相交流电流量i_a、i_b和i_c变换成直流量i_d和i_q，对于发生高阻抗接地故障，由于故障引起的暂态过程微弱，直接采用i_d和i_q进行故障启动，可能会由于i_d和i_q的突变量较小，而导致启动元件无法启动。

Step4：利用相电流相邻的两个采样值向后差分构造电流变化梯度c_dif(k)，用于表征故障增量，则如式(3)和式(4)所示：

Δc_dif-d(k)＝[i_d(k)-i_d(k-1)]/Δt (3)

Δc_dif-q(k)＝[i_q(k)-i_q(k-1)]/Δt (4)

式(3)和(4)中，k表示当前采样点；Δt表示采样间隔，以ms为单位，i_d(k)表示第k个采样点的直轴电流，i_q(k)表示第k个采样点的交轴电流。

Step5：现定义电流梯度和为综合突变能量S₂(k)，用来进行故障检测，则

式(5)中，N表示一定时窗内的采样点数，在配网架空线路高阻接地故障情况下，本实施例2采样率为100KHz，N取值为8-12；在配网电缆单相接地故障情况下，本实施例2采样率为100KHz，N取值为8-12；ξ₁＝ξ₂＝15000。

Step6：将综合突变能量S₂(k)的绝对值与阈值σ₂进行比较，比较综合突变能量S₂(k)与阈值σ₂的大小，若综合突变能量S₂(k)的绝对值小于阈值σ₂，则保护不启动；若综合突变能量S₂(k)的绝对值大于或等于阈值σ₂，则保护启动，并进行故障检测；

仿真结果如附图6所示；

实施本发明实施例，具有如下效果：

1、对于配网架空线路高阻接地故障模式，现有的微机量启动元件可能因为突变量微弱，而导致首波头变换缓慢或无法识别，本实施例完美地解决了这一问题。

2、对于配网线缆混合故障模式，现有的启动元件可能因为架空线路和电缆特性不同，而导致启动元件启动失败实施例引入故障特征因子ξ_k(k＝1,2,3,4)来放大突变量，从而启动元件可以快速又可靠的启动，解决了这一问题。

3、本实例仿真结果见附图4所示，采样时窗取t＝0.09ms，当架空线路发生故障时，故障波头到达M侧的时间为t_M＝0.447ms，到达N侧的时间为t_N＝0.4471ms，满足故障检测元件的要求。当电缆线路发生故障时，故障波头到达母线M侧的时间为t_M2＝0.447ms，到达负荷侧N的时间为t_N2＝0.447ms，满足故障检测的要求。

实施例3：山火或雷击故障

雷击是导致输电线路故障的主要原因，需要对输电线路雷击故障进行预警以减少其造成的损失。传统雷区预报方法在预报准确性与雷区识别精度之间存在矛盾，难以进一步提高雷击故障预测的准确性。本发明提出了一种准确性较高的故障检测方法，其可用于雷击故障检测，本发明具体采用2021年6月9日羊丽Ⅰ回线路发生雷击故障，采样率为1MHz，具体如下：

Step1：新型传感器测量电路中所需的电流信息，再将其经过高速A/D转换器获得实录电流暂态行波。

Step2：将三相交流电流量经克拉克变换到α和β静止的坐标系中，如式(1)所示：

式(1)中，i_a、i_b、i_c分别为采集的A相电流、B相电流和C相电流，i_α、i_β为变换后的电流量。

进一步地说，分别对雷击故障量测端的电气信息进行一种克拉克变换，得到所需的线模分量。

Step3：基于上述线模分量进行派克变换，即将d和q轴电流向α和β坐标轴投影，可得式(2)，即将三相交流电流量i_a、i_b和i_c变换成直流量i_d和i_q，对于长线路发生故障，由于故障引起的暂态过程微弱，直接采用i_d和i_q进行故障启动，可能会由于i_d和i_q的突变量较小，而导致启动元件无法启动。

式(2)中，i_d、i_q分别为直轴电流和交轴电流。

Step4：利用相电流相邻的两个采样值向后差分构造电流变化梯度c_dif(k)，用于表征故障增量，则如式(3)和(4)所示，

Δc_dif-d(k)＝[i_d(k)-i_d(k-1)]/Δt (3)

Δc_dif-q(k)＝[i_q(k)-i_q(k-1)]/Δt (4)

式(3)和(4)中，k表示当前采样点；Δt表示采样间隔，以ms为单位，i_d(k)表示第k个采样点的直轴电流，i_q(k)表示第k个采样点的交轴电流。

Step5：现定义电流梯度和为综合突变能量S₃(k)，用来进行故障检测，则

式(5)中，N表示一定时窗内的采样点数，在半波长远端故障情况下，本实施例1采样率为1MHz，N取值为8-12；

Step6：将综合突变能量S₃(k)的绝对值与阈值σ₃进行比较，比较综合突变能量S₃(k)与阈值σ₃的大小，若综合突变能量S₃(k)的绝对值小于阈值σ₃，则保护不启动；若综合突变能量S₃(k)的绝对值大于或等于阈值σ₃，则保护启动，并进行故障检测；

仿真结果如附图7所示；

实施本发明实施例，具有如下效果：

1、对于雷击线路，由于暂态过程过为复杂，现有的微机量保护启动元件可能在弱故障模式下无法正常启动，而本实施例合适地选择了采样率和采样点，进而使启动元件能够可靠地启动。

2、当本线路发生故障时，取采样时窗取t＝0.09ms，雷击发生突变的时间为t＝4.3195ms，可以准确的检测出故障发生时间并启动。

实施例4：普通110kV小故障角接地故障

主网继电保护故障类型多，而且变化具有显著的随机性，使得传统技术无法进行准确的主网继电保护故障识别，导致主网继电保护故障识别成功率较低，经常出现误识别和拒识别现象，为了提高主网继电保护故障识别正确率，本文采用了基于派克变换的故障识别方法。仿真系统模型图如图8所示，线路l全长100km，电压等级为110kV,采样率为100K，设故障在距M端70km处0.42ms发生AG金属性接地永久性故障，故障角为25°，系统拓扑图如附图8所示；具体的，实施设计步骤如下：

Step1：新型传感器测量电路中所需的电流信息，再将其经过高速A/D转换器获得实录电流暂态行波。

Step2：将三相交流电流量经克拉克变换到α和β静止的坐标系中，如式(1)所示；

式(1)中，i_a、i_b、i_c分别为采集的A相电流、B相电流和C相电流，i_α、i_β为变换后的电流量。

进一步地说，分别对110kV电压等级线路M侧、N侧的电气信息进行克拉克变换，得到所需的线模分量。

Step3：基于上述线模分量进行派克变换，即将d和q轴电流向α和β坐标轴投影，可得式(2)，即将三相交流电流量i_a、i_b和i_c变换成直流量i_d和i_q；

式(2)中，i_d、i_q分别为直轴电流和交轴电流。

进一步地说，对于主网发生小故障角接地故障，由于故障引起的暂态过程比较微弱，直接采用i_d和i_q进行故障启动，可能会由于i_d和i_q的突变量较小，而导致启动元件无法启动。

Step4：利用相电流相邻的两个采样值向后差分构造电流变化梯度c_dif(k)，用于表征故障增量，则如式(3)和式(4)所示：

Δc_dif-d(k)＝[i_d(k)-i_d(k-1)]/Δt (3)

Δc_dif-q(k)＝[i_q(k)-i_q(k-1)]/Δt (4)

式(3)和(4)中，k表示当前采样点；Δt表示采样间隔，以ms为单位，i_d(k)表示第k个采样点的直轴电流，i_q(k)表示第k个采样点的交轴电流。

Step5：现定义电流梯度和为综合突变能量S₄(k)，用来进行故障检测，则

式(5)中，N表示一定时窗内的采样点数，在半波长远端故障情况下，本实施例4采样率为100KHz，N取值为3-5，ξ₁＝ξ₂＝600；

Step6：将综合突变能量S₄(k)的绝对值与阈值σ₄进行比较，比较综合突变能量S₄(k)与阈值σ₄的大小，若综合突变能量S₄(k)的绝对值小于阈值σ₄，则保护不启动；若综合突变能量S₄(k)的绝对值大于或等于阈值σ₄，则保护启动，并进行故障检测；

仿真结果如附图9所示；

实施本发明实施例，具有如下效果：

1、对于110kV小故障角接地故障模式，由于突变量较小，现有的微机量保护启动元件可能在弱故障模式下无法正常启动，而本实施例合适地选择了采样率和采样点，进而使启动元件能够可靠地启动。

2、该方法的主网继电保护故障识别正确率平均值超过95％，而且主网继电保护故障识别效率更优，相对于其他方法，主网继电保护故障识别结果具有明显的优越性。

3、当发生小故障角接地故障时，取采样时窗t＝0.09ms，故障波头到达M侧的时间为t_M＝0.4422ms，到达N侧的时间为t_N＝0.4421ms，可以有效地启动故障检测元件。

实施例5：一种交流输电线路故障检测系统，包括；

数据采集子系统，其被确定为采集实测电气量暂态信息，进而获取暂态量信息；

数据分析子系统，其具体包括存储器、CPU、相模变换单元、派克变换单元、故障表征增量单元和突变能量单元。

保护启动子系统具体包括基于所述故障表征增量Δc_dif(k)和突变能量S_i(k)来构造门槛值，用于保护启动元件的启动。

故障检测子系统具体包括基于所述突变能量S_i(k)的是否超过预设的阈值进行故障的确定。

保护动作子系统具体包括基于所述的故障确定而进行保护的动作与否。

所述数据采集子系统就是采用新型传感器测量线路上的多种电气信息，然后将其通过A/D转换器转换为数字量。

所述数据采集子系统的量测端可以为线路首末端或者需要的位置。

所述数据分析子系统包括存储器，可用于存放多种电气量信息；

所述数据分析子系统包括处理器，可用于对所需电气信息进行进一步处理；

所述数据分析子系统包括相模变换单元，可用于三相交流电气量变为所需的线模分量；

所述数据分析子系统包括派克变换单元，可用于将线模分量变为直流量；

所述数据分析子系统包括故障表征增量单元，可用于计算故障表征增量；

所述数据分析子系统包括突变能量单元，可用于计算一定时窗内的突变能量，并将突变能量与所设的阈值作比较，进一步判断保护是否启动。

所述保护启动子系统，可用于交流输电线路故障启动元件。

所述故障检测子系统，可用于检测由接地电阻过大、长线路远端故障和小角度故障等各种弱故障。

所述保护动作子系统与故障检测子系统相连，主要用于为保护动作提供信号。

所述测距子系统与故障检测子系统相连，主要用于为测距提供所需的信息。

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 (7)

1.一种交流输电线路故障检测方法，其特征在于：

Step1：采集线路双端实测电气量信息，分别计算双端故障检测电气量信息；

Step2：将上述采集的电气量信息进行电磁解耦；

Step3：将进行相模变换的线模分量进行派克变换，将进行派克变换的线模分量投影到d轴和q轴上，得到所需的直流分量；

Step4：利用上述投影到的d轴或q轴的直流分量的电流差值除以时间，构造故障表征分量；

Step5：将故障表征分量的次方乘以故障特征因子，在时窗内进行积分，构建突变能量；

Step6：当突变能量的绝对值在某一阈值范围内，则启动元件不启动，当突变能量绝对值的大于或等于某一阈值时，则启动元件启动；进而进行故障检测。

2.根据权利要求1所述的交流输电线路故障检测方法，其特征在于：所述采集线路双端实测电气量信息具体是采集线路双端实测电气量信息的二次侧电流信息，再将二次侧电流信息经过高速A/D转换器获得实录电流暂态行波。

3.根据权利要求1所述的交流输电线路故障检测方法，其特征在于：所述电磁解耦是对电气量信息行相模变换，将三相交流电流量变换到静止的α和β坐标系中。

4.根据权利要求1所述的交流输电线路故障检测方法，其特征在于所述构造故障表征分量具体为：

Step4.1：利用差分梯度方法构造直轴故障表征分量Δc_dif-d(k)，具体如式(1)所示：

Δc_dif-d(k)＝[i_d(k)-i_d(k-1)]/Δt (1)

式(1)中，k表示当前采样点，i_d(k)表示第k个采样点的直轴电流，Δt表示采样间隔，以ms为单位；

Step4.2：利用差分梯度方法构造交轴故障表征分量Δc_dif-q(k)，具体如式(2)所示：

Δc_dif-q(k)＝[i_q(k)-i_q(k-1)]/Δt (2)

式(2)中，k表示当前采样点，i_q(k)表示第k个采样点的交轴电流，Δt表示采样间隔，以ms为单位。

5.根据权利要求1所述的交流输电线路故障检测方法，其特征在于所述构建突变能量具体为：

Step5.1：构造综合突变能量，如式(3)所示；

Step5.2：构造直轴上的突变能量，如式(4)所示；

Step5.3：构造交轴上的突变能量，如式(5)所示；

式中，ξ_k表示故障特征因子，N取值与采样时窗有关，a为能量指标。

6.一种交流输电线路故障检测系统，其特征在于，包括：

数据采集子系统，用于采集实测电气量信息，进而获取暂态量信息；

数值分析子系统，用于对所需的电气量信息进行进一步分析，计算和存储等；

保护启动子系统，用于保护启动元件的启动；

故障检测子系统，用于检测交流输电线路是否发生故障；

故障测距子系统，与故障检测子系统相连，用于故障测距。

7.根据权利要求6所述的交流输电线路故障检测系统，其特征在于，所述数值分析子系统包括：

处理器，用于采集、监控、分析、存储所需的数据；

线模分量单元，用于提取线模分量；

派克变换单元，用于将线模分量进行派克变换，投影到直轴d和交轴q轴上；

故障表征增量单元，用于解决突变量较小的问题。

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