基于過渡電阻與故障初始角的輸電線路暫態(tài)保護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電網(wǎng)輸電線路保護(hù)技術(shù)，尤其涉及到利用按過渡電阻與故障初始角進(jìn) 行歸算后的高頻分量處理量實(shí)現(xiàn)線路區(qū)內(nèi)故障與區(qū)外故障的識(shí)別或線路故障方向的識(shí)別， 進(jìn)行輸電線路保護(hù)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前在電力系統(tǒng)中廣泛采用基于故障工頻量變化特征的保護(hù)，整套保護(hù)的動(dòng)作速 度不夠快（一般需要20~40ms)，同時(shí)基于工頻電氣量變化的保護(hù)受到高壓輸電線路分布 電容電流的影響、電流互感器飽和、電力系統(tǒng)振蕩和過渡電阻等因素的影響。隨著電力系統(tǒng) 規(guī)模的日益擴(kuò)大，要求繼電保護(hù)切除故障的時(shí)間更短。20世紀(jì)80年代提出的基于線路故障 產(chǎn)生的行波的保護(hù)具有超高速動(dòng)作特性，并且不受電流互感器飽和、電力系統(tǒng)振蕩等影響。 因此，自從基于故障暫態(tài)行波的保護(hù)被提出W來，行波保護(hù)受到廣大電網(wǎng)繼電保護(hù)工作者 與學(xué)者關(guān)注。
[0003] 為此，近二十年來，人們一直在致力于尋找一種具有高可靠性的基于行波的暫 態(tài)保護(hù)方法，例如將各種數(shù)字信號(hào)處理方法，比如將小波分析、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)學(xué)形態(tài) 學(xué)、應(yīng)到暫態(tài)保護(hù)中，或?qū)⒍喾N信號(hào)處理方法組合應(yīng)用到暫態(tài)保護(hù)中，W期達(dá)到較好的效 果。中國文獻(xiàn)"基于貝瑞隆模型的特高壓線路單端暫態(tài)電流保護(hù)"（中國電機(jī)工程學(xué)報(bào) Vol. 30N〇. 16化n. 5, 2010)利用輸電線路的故障電流行波傳播過程中，故障初始行波方向與 故障方向有關(guān)，測(cè)量點(diǎn)處第1個(gè)行波突變對(duì)間間隔與故障距離有關(guān)，故障點(diǎn)處在故障行波 的母線反射波返回前非故障相中相故障電流為0且故障相的故障電流為故障支路電流的 1 / 2,利用貝瑞隆模型將單端電氣量歸算到特定位置并對(duì)比歸算前后的暫態(tài)電流來構(gòu)成 保護(hù)。中國發(fā)明專利公開說明書CN102122815A(高壓輸電線路超高速行波保護(hù)縱聯(lián)方法、 裝置和系統(tǒng)）公開了一種基于行波的方向縱聯(lián)保護(hù)方法，包括分別獲取高壓輸電線路的第 一側(cè)的電流故障初始行波的波頭極性和電壓故障行波中工頻分量的初始極性，W及分別獲 取高壓輸電線路的第二側(cè)的電流故障初始行波的波頭極性和電壓故障行波中工頻分量的 初始極性；將本側(cè)的電流故障初始行波的波頭極性和電壓故障行波中的工頻分量的初始極 性進(jìn)行比較，W確定本側(cè)的故障方向信息，比較兩側(cè)之間的故障方向信息，判斷故障區(qū)域。 但是該些暫態(tài)保護(hù)方法，都沒有考慮故障時(shí)的過渡電阻與故障初始角對(duì)行波的影響，因此 存在著可靠性不高的問題，同時(shí)該種保護(hù)同傳統(tǒng)保護(hù)一樣，一套保護(hù)裝置只能保護(hù)一條線 路。中國發(fā)明專利CN2013100656942(基于過渡電阻與故障角歸算輸電線路自適應(yīng)單端暫 態(tài)保護(hù)）公開了一種按過渡電阻與故障角的輸電線路暫態(tài)保護(hù)方法，但其給出的歸算公式 不能適應(yīng)輸電線路故障所有高頻分量處理量的歸算，歸算精度也有待進(jìn)一步提高，W便更 好地消除過渡電阻與故障初始角對(duì)保護(hù)的影響，W達(dá)到進(jìn)一步提高保護(hù)可靠性與保護(hù)靈敏 度的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種動(dòng)作高速、可靠性高、靈敏度高、 克服了過渡電阻與故障初始角影響的輸電線路保護(hù)方法。
[0005] 本發(fā)明另一個(gè)要解決的問題是提供一種保護(hù)區(qū)域更寬的保護(hù)方法。
[0006] 與此相應(yīng)，本發(fā)明另一個(gè)要解決的問題是為得到一種動(dòng)作高速、可靠性高、靈敏度 高、克服了過渡電阻與故障初始角影響的輸電線路保護(hù)方法，提供一種待歸算量按過渡電 阻與故障初始角進(jìn)行歸算的方法。
[0007] 與此相應(yīng)，本發(fā)明另一個(gè)要解決的問題是為得到一種動(dòng)作高速、可靠性高、克服了 過渡電阻與故障初始角影響的輸電線路保護(hù)方法，提供一種故障初始角的計(jì)算方法。
[0008] 就輸電線路保護(hù)方法而言，本發(fā)明解決上述問題的基于過渡電阻與故障初始角的 輸電線路暫態(tài)保護(hù)方法可W包括W下步驟：
[0009] (1)在被保護(hù)線路一端，不斷采集輸電線路故障電流i，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)后的電流仍然用i表示；電流i可為A相電流、B相電流、C相 電流，也可為A、B、C H相電流經(jīng)相模變換后的模電流；
[0010] 似從線路故障暫態(tài)電流信號(hào)i中提取暫態(tài)高頻分量ih(高頻：指是的相對(duì)于電力 系統(tǒng)工頻而言，比工頻高的頻率）；
[0011] (3)計(jì)算高頻分量ih的高頻分量處理量P (高頻分量處理量是指高頻分量的能量、 賭（包括能量賭（能譜賭）、奇異賭、時(shí)間賭、相對(duì)賭等）、信號(hào)復(fù)雜度、信號(hào)奇異性（模極大 值、李氏指數(shù)）、幅值積分、瞬時(shí)幅值、奇異值或其它高頻分量處理量，他們中的一種。W下高 頻分量處理量含義同此）；
[0012] (4)保護(hù)是否啟動(dòng)的判斷：判斷P是否滿足保護(hù)啟動(dòng)條件；或者P<-P,t"t， Pst。,,為保護(hù)啟動(dòng)整定值，取值為正實(shí)數(shù)；如果滿足表示有故障發(fā)生，則啟動(dòng)保護(hù)，并轉(zhuǎn)入到 下一步驟巧）；否則，表示無故障發(fā)生，轉(zhuǎn)入到步驟（1);
[0013] (5)判斷故障類型與故障選相；
[0014] (6)計(jì)算過渡電阻與故障初始角；
[0015] (7)構(gòu)建故障特征量；依據(jù)高頻分量處理量P構(gòu)造故障特征量FF ;
[0016] (8)故障特征量歸算；根據(jù)故障類型，選擇相應(yīng)歸算參數(shù)，按過渡電阻與故障初始 角將故障特征量FF進(jìn)行歸算，得到歸算后的故障特征量RFF ;
[0017] (9)構(gòu)造保護(hù)判據(jù)，進(jìn)行故障判斷；根據(jù)歸算后的故障特征量RFF構(gòu)造保護(hù)判據(jù)， 進(jìn)行故障判斷，即判斷故障發(fā)生區(qū)域或故障發(fā)生方向；
[0018] 由于最后用于構(gòu)造線路保護(hù)判據(jù)的故障特征向量是按過渡電阻與故障初始角進(jìn) 行歸算過，將過渡電阻與故障初始角的因素考慮了進(jìn)去，所W克服了該二者的影響，同時(shí)采 用了更精確的歸算方法，歸算精度更高，效果更好，也就是說更精確的歸算就能更好地消除 過渡電阻與故障初始角對(duì)暫態(tài)保護(hù)的影響，使得線路區(qū)內(nèi)故障與區(qū)外故障的故障特征值相 差更大，區(qū)內(nèi)故障與區(qū)外故障故障特征區(qū)別更加明顯，該樣判據(jù)整定更加容易，從而使得保 護(hù)可靠性和靈敏度都大幅提高。本發(fā)明方法也可將多條（兩條或兩條W上）線路的暫態(tài)電 流信息引入到同一套保護(hù)裝置，進(jìn)行構(gòu)造保護(hù)方案，該些方案的保護(hù)范圍是傳統(tǒng)保護(hù)的幾 倍，該樣一套保護(hù)可W同時(shí)保護(hù)多條線路，該樣可W大幅減低投資費(fèi)用；另一方面，若每條 線路都配備該保護(hù)，則可互為備用，再次大幅提高保護(hù)可靠性。由于該保護(hù)原理利用的是暫 態(tài)信號(hào)，所W其動(dòng)作速度很快。
[0019] 上述步驟可W只利用了一個(gè)頻帶暫態(tài)高頻信號(hào)如上所述構(gòu)造故障判據(jù)，進(jìn)行故障 判斷，也可W對(duì)本方法作進(jìn)一步改進(jìn)，從被保護(hù)線路的故障電流中提取多個(gè)頻帶的暫態(tài)信 號(hào)，每個(gè)頻帶的暫態(tài)信號(hào)分別按照如上所述方法構(gòu)造判據(jù)，分別進(jìn)行故障判別，該樣有多個(gè) 判據(jù)同時(shí)對(duì)同一故障進(jìn)行判斷，按照多數(shù)一致的表決機(jī)制進(jìn)行故障判定，例如：如果該多個(gè) 判據(jù)中的多數(shù)判據(jù)判斷該故障為區(qū)內(nèi)故障，則最后判定為區(qū)內(nèi)故障，如果該多個(gè)判據(jù)中的 多數(shù)判據(jù)判斷該故障為區(qū)外故障，則最后判定為區(qū)外故障。改進(jìn)后的方法，利用了多個(gè)頻帶 的故障信號(hào)構(gòu)造多個(gè)判據(jù)，按照多數(shù)一致的表決機(jī)制進(jìn)行故障判定，使得保護(hù)可靠性進(jìn)一 步提局。
[0020] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)基于過渡電阻與故障初始角的輸電線路暫態(tài)保護(hù)方法的方案1，可W 為包括W下步驟：
[0021]步驟1 ;在被保護(hù)線路一端，不斷采集輸電線路電流i，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后的電流信號(hào)仍然用表示i;電流i可為A相電流、B相電 流、C相電流，也可為A、B、CH相相電流經(jīng)相模變換后的模電流；
[0022] 步驟2 ;從被保護(hù)線路的電流i中提取一個(gè)頻帶的暫態(tài)電流高頻分量ih;
[0023] 步驟3 ;計(jì)算高頻分量ih的高頻分量處理量P ;
[0024] 步驟4 ;保護(hù)是否啟動(dòng)的判斷；判斷高頻分量處理量P是否滿足保護(hù)啟動(dòng)條件： 或者為保護(hù)啟動(dòng)整定值，取值為正實(shí)數(shù)；如果滿足表示電網(wǎng)有故障發(fā) 生，則啟動(dòng)保護(hù)，并轉(zhuǎn)入到下一步驟5 ;否則，表示電網(wǎng)中無故障發(fā)生，轉(zhuǎn)入到步驟1 ;
[002引步驟5 ;判斷故障類型與故障選相；
[0026] 步驟6 ;計(jì)算過渡電阻與故障初始角；
[0027] 步驟7 ;構(gòu)建故障特征量；本方案中高頻分量處理量P即為故障特征量FF，即有 FF=P；
[0028] 步驟8 ;故障特征量歸算；根據(jù)故障類型選擇相應(yīng)歸算參數(shù)，將FF按過渡電阻與故 障初始角歸算為RFF，歸算公式為；= ，其中y為歸算因子.
[0029] 步驟9 ;構(gòu)造保護(hù)判據(jù)，進(jìn)行故障判斷；判斷RFF是否滿足RFF〉RFFgtt或者 RFF<-RFFgtt，RFFgtt為保護(hù)動(dòng)作整定值，取值為正實(shí)數(shù)；如果滿足表示保護(hù)區(qū)內(nèi)故障，則轉(zhuǎn)入 到步驟10 ;否則，表示保護(hù)區(qū)內(nèi)無故障發(fā)生，轉(zhuǎn)入到步驟1 ;
[0030] 步驟10;發(fā)出跳間命令。
[0031]由于最后用于構(gòu)造保護(hù)判據(jù)的故障特征向量是按過渡電阻與故障初始角進(jìn)行歸 算過，也就是說將過渡電阻與故障初始角的因素考慮了進(jìn)去，所W克服了該二者的影響，同 時(shí)采用了更精確的歸算方法，歸算精度更高，效果更好，也就是說更精確的歸算就能更好地 消除過渡電阻與故障初始角對(duì)暫態(tài)保護(hù)的影響，使區(qū)內(nèi)故障與區(qū)外故障的故障特征值相差 更大，區(qū)內(nèi)故障與區(qū)外故障故障特征區(qū)別更加明顯，該樣判據(jù)整定更加容易，從而使得保護(hù) 可靠性和靈敏度都大幅提高。由于該保護(hù)原理利用的是暫態(tài)信號(hào)，所W其動(dòng)作速度很快。
[0032] 上述步驟可W只利用了一個(gè)頻帶暫態(tài)高頻信號(hào)如上所述構(gòu)造故障判據(jù)，進(jìn)行故障 判斷，也可W對(duì)本方法作進(jìn)一步改進(jìn)，從被保護(hù)線路的故障電流中提取多個(gè)頻帶的暫態(tài)信 號(hào)，每個(gè)頻帶的暫態(tài)信號(hào)分別按照如上所述方法構(gòu)造判據(jù)，分別進(jìn)行故障判別，該樣有多個(gè) 判據(jù)同時(shí)對(duì)同一故障進(jìn)行判斷，按照多數(shù)一致的表決機(jī)制進(jìn)行故障判定，例如：如果該多個(gè) 判據(jù)中的多數(shù)判據(jù)判斷該故障為區(qū)內(nèi)故障，則最后判定為區(qū)內(nèi)故障，如果該多個(gè)判據(jù)中的 多數(shù)判據(jù)判斷該故障為區(qū)外故障，則最后判定為區(qū)外故障。改進(jìn)后的方法，利用了多個(gè)頻帶 的故障信號(hào)構(gòu)造多個(gè)判據(jù)，按照多數(shù)一致的表決機(jī)制進(jìn)行故障判定，使得保護(hù)可靠性進(jìn)一 步提高，具體可包含W下步驟：
[0033] 步驟1 ;在被保護(hù)線路一端，不斷采集輸電線路流i，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)后的電流信號(hào)仍然用表示i;電流i可為A相電流、B相電流、C 相電流，也可為A、B、C相電流經(jīng)相模變換后的模電流；
[0034] 步驟2 ;提取故障電流i的多個(gè)頻帶（W 3個(gè)頻帶為例）的暫態(tài)電流高頻分量ihi、 1膽、lh3 =
[00巧]步驟3 ;計(jì)算暫態(tài)高頻分量ihi、ih2、ih3的高頻分量處理量Pi、口2、口3 ;
[003引步驟4 ;保護(hù)是否啟動(dòng)的判斷：判斷Pi、P2、Pg是否滿足保護(hù)啟動(dòng)條件；Pi〉P,t。,?；騊2〉Pstart2或P3〉Psta地，Pstartl、Pstart2、Pstart3為保護(hù)啟動(dòng)整定值，取值為正實(shí)數(shù)；如果滿足表示 電網(wǎng)有故障發(fā)生，則啟動(dòng)保護(hù)，轉(zhuǎn)入到下一步驟5 ;否則，表示電網(wǎng)中無故障發(fā)生，轉(zhuǎn)入到步 驟1;
[0037] 步驟5 ;判別故障類型與故障選相；
[0038] 步驟6 ;計(jì)算過渡電阻與故障初始角；
[003引步驟7 ;構(gòu)建故障特征量；在本方案中暫態(tài)信號(hào)能量Pi、P,、P3即為故障特征向量FFi、FF2、FFs，即有FFi=Pi、FF2=P2、FFs=Ps;
[0040] 步驟8 ;故障特征量歸算：根據(jù)故障類型選擇相應(yīng)歸算參數(shù)，按過 渡電阻與故障初始角將FFi、FF2、巧歸算為RFFi、RFF2、RFFs，歸算公式為：
其中，Yi、Y2、Y3為歸算因子；
[0041] 步驟9 ;構(gòu)造保護(hù)判據(jù)，進(jìn)行故障判斷：當(dāng)3個(gè)歸算后故障特征值RFFi、RFF2、RFF3 中的多數(shù)（即2個(gè)）大于各自的整定值，則根據(jù)多數(shù)一致的表決機(jī)制，判定為保護(hù)區(qū)內(nèi)故 障，即判斷RFFi、RFF2、RFF3 是否滿足；(RFFi〉RFFatti) ? (RFF2〉RFFatt2) + (RFF2〉RFFacJ?(RFFs >RFFa"3) +腳F3〉RFFac。）?腳Fi〉RFFact2)=l，RFFactl、RFFact2、RFFac。為保護(hù)動(dòng)作整定值，取 值為正實(shí)數(shù)；如果滿足表示保護(hù)區(qū)內(nèi)故障，則轉(zhuǎn)入到步驟10 ;否則，表示保護(hù)區(qū)內(nèi)無故障發(fā) 生，轉(zhuǎn)入到步驟1;
[00化I 步驟10 ;發(fā)出跳間命令。
[0043] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)基于過渡電阻與故障初始角的輸電線路暫態(tài)保護(hù)方法的方案2,可W 包括W下步驟：
[0044] 步驟1 ;在被保護(hù)線路一端，不斷采集輸電線路電流i，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)后的電流仍然用i表示；電流i可為A相電流、B相電流、C相 電流，也可為A、B、C相電流經(jīng)相模變換后的模電流；
[004引步驟2 ;提取電流i的兩個(gè)不同頻帶的暫態(tài)電流高頻分量化1、化2(約定比2的頻 率比ihi的頻率高；如果比2的頻率比ihi的頻率低，則下述步驟9保護(hù)判據(jù)應(yīng)作相應(yīng)改變， 即步驟9中應(yīng)為：判斷RFF是否滿足；RFF<-RFFgct);
[0046] 步驟3 ;計(jì)算暫態(tài)高頻分量ihi、ih2的高頻分量處理量Pi、P2;
[0047] 步驟4 ;保護(hù)是否啟動(dòng)的判斷：判斷Pi、P2是否滿足保護(hù)啟動(dòng)條件；或 P2〉Pstatt2, Pst。,。為保護(hù)啟動(dòng)整定值，取值為正實(shí)數(shù)；如果滿足表示有故障發(fā)生，則啟 動(dòng)保護(hù)，轉(zhuǎn)入到下一步驟5 ;否則，表示無故障發(fā)生，轉(zhuǎn)入到步驟1 ;
[0048] 步驟5;判別故障類型與故障選相；
[0049] 步驟6 ;計(jì)算過渡電阻與故障初始角；
[0050] 步驟7 ;構(gòu)建故障特征量；計(jì)算高頻分量處理量Pi、P2二者的差值DifT，即Diff = P1-P2, Diff即為故障特征量FF，即有FF=Diff;
[0051] 步驟8 ;故障特征量歸算；根據(jù)故障類型，選擇相應(yīng)的歸算參數(shù)，對(duì)故障特征 量FF按過渡電阻與故障初始角進(jìn)行歸算，得到歸算后的故障特征量RFF，歸算公式為： 二丈-你其中，Y為歸算因子；
[005引步驟9 ;構(gòu)造保護(hù)判據(jù)，進(jìn)行故障判斷；判斷RFF是否滿足：RFF〉RFFatt，RFFatt為保 護(hù)動(dòng)作整定值，取值為正實(shí)數(shù)；如果滿足表示保護(hù)區(qū)內(nèi)故障，轉(zhuǎn)入到下一步驟10 ;否則，表 示保護(hù)區(qū)無故障發(fā)生，轉(zhuǎn)入到步驟1 ;
[005引步驟10 ;發(fā)出跳間命令。
[0054] 上述步驟7、8可變換為如下的7'、8'；
[00巧]步驟7';根據(jù)故障類型，對(duì)高頻分量處理量Pi、P2按過渡電阻與故障初始角進(jìn)行歸 算，得到歸算后的高頻分量處理量RPi、RP2 ;
[0056] 步驟8'：計(jì)算歸算后的高頻分量處理量RPi、RP2二者的差值畑ifT，即 畑iff=RPi-RP2,畑iff即為歸算后的故障特征量RFF，即有RFF =畑iff ;
[0057] 方案2同樣具有方案1同樣的有益效果。方案2可W如同方案1 一樣可W再做進(jìn) 一步改進(jìn)，利用多個(gè)頻帶的故障信息構(gòu)造多個(gè)判據(jù)，按照多數(shù)一致的表決機(jī)制進(jìn)行判定故 障，使得保護(hù)可靠性進(jìn)一步提高。
[0058] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)基于過渡電阻與故障初始角的輸電線路暫態(tài)保護(hù)方法的方案3,可W 包括W下步驟：
[0059]步驟1 ;在被保護(hù)線路一端，不斷采集輸電線路電流i，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)后的電流仍然用i表示；電流i可為A相電流、B相電流、C相 電流，也可為A、B、C相電流經(jīng)相模變換后的模電流；
[0060] 步驟2 ;提取電流i的兩個(gè)不同頻帶的暫態(tài)電流高頻分量ihi、ih2(約定ih2的頻率 比ihl的頻率高；如果ih2的頻率比ihi的頻率低，則下述步驟9保護(hù)判據(jù)應(yīng)作相應(yīng)改變，即 步驟9中應(yīng)為：判斷RFF是否滿足；RFFF<RFFgJ;
[0061] 步驟3 ;計(jì)算暫態(tài)高頻分量ihi、ih2的高頻分量處理量Pi、P2 ;
[0062] 步驟4 ;保護(hù)是否啟動(dòng)的判斷：判斷Pi、P2是否滿足保護(hù)啟動(dòng)條件；Pi〉P,t"u或 P2〉Pstatt2, Pst。,。、Pst。,。為保護(hù)啟動(dòng)整定值；如果滿足表示有故障發(fā)生，則啟動(dòng)保護(hù)，并轉(zhuǎn)入 到下一步驟5 ;否則，表示無故障發(fā)生，轉(zhuǎn)入到步驟1 ;
[0063] 步驟5 ;判別故障類型與故障選相；
[0064] 步驟6 ;計(jì)算過渡電阻與故障初始角；
[0065] 步驟7 ;構(gòu)建故障特征量；計(jì)算高頻分量處理量Pi、P2二者的比值Ratio，即 Ratio=Pi / Ratio 即為故障特征量 FF，即有 FF=Ratio;
[0066] 步驟8 ;故障特征量歸算；根據(jù)故障類型，選擇相應(yīng)的歸算參數(shù)，將故障特征 量FF按過渡電阻與故障初始角進(jìn)行歸算，得到歸算后的故障特征量RFF，歸算公式為： 其中，y為歸算因子；
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