一种合闸于故障保护的识别判断方法技术

本发明专利技术公开了一种合闸于故障保护的识别判断方法，运用Prony分析方法对电流波形拟合，获取电流各分量的频率、幅值、衰减因子、相位的特征量；并利用频率、幅值、衰减因子、相位的特征量参数对合闸于线路故障保护提出判据，识别信号的频域特征。本发明专利技术通过大量仿真实验对故障距离分别为10km、50km、90km、100km、200km和300km，400kM时线路空载合闸、单相故障和三相故障线路的电流波形进行了仿真，运用Prony分析方法对电流波形进行了拟合，提取了电流各分量的频率，幅值，衰减因子，相位。并用这些参数对合闸于线路故障保护提出了判据，仿真结果证明了其准确性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统
，尤其涉及一种合闸于故障保护的识别判断方法。
技术介绍
随着电力系统的迅速发展，越来越多的大容量机组和超高压输电线路广泛运用于电力系统中。若能减少继电保护的动作时间，不仅提高了系统稳定性，同时增大输电线传输容量。为此，对继电保护提出了更高的要求，要求继电保护设备能够可靠、快速切除故障，否则，电力系统将因振荡而失同步，造成不堪设想的后果。传统的继电保护原理是建立在工频电气量的基础上的，故障暂态过程所产生的有用信息常被视为有害的干扰而被滤除。继电保护装置虽然基本上能满足电力系统的要求，但还不够完善，不能满足快速切除故障的要求，同时也遇到一些困难。通过研究，看到曾今被视为有害的干扰而被滤除高频暂态量与发生的故障情况有着密切的关系，它不受工频分量影响，且与系统运行状况、过渡电阻无关。能快速检测、识别故障。继电保护工作者更加侧重通过对线路暂态量的研究来寻求对高压输电线路的超高速保护。对于线路暂态量的研究最初是从行波开始的。从20世纪70年代末，Chamia等人利用故障时电压行波和电流行波极性的不同作为保护判据开始，到20世纪90年代Z.Q.Bo.和A.T.Johns等人又提出了利用双端信息综合判断以实现方向保护。在此基础上，A.T.Johns等又提出了利用弧光故障所产生的高频电流信号作为判断量。随着研究的不断深入，行波保护理论已日趋完善，保护方式也不尽相同，比较成熟的保护理论有：行波极性比较式方向保护(又称为RALDA型保护)、行波差动保护、行波判别式方向保护、行波幅值比较式方向保护，以及行波电流极性比较式方向保护。到了20世纪末，A.T.Johns和Z.Q.Bo等人经过一系列的研究，提出了利用单端暂态量来实现对线路的保护，并将这一保护原理应用在平行双回线上取得了很好的效果。但无论采取什么样的保护判据，由于雷击、刀闸操作等所引起的暂态信号容易引起保护误动、难以实现故障选相、电压过零点故障时保护灵敏度不够等问题。因而，对于高压甚至超高压输电线路而言，合闸过程会产生过电压，为防止过电压事故的发生，要求断路器合闸操作产生的行波和暂态量能使保护启动，若线路上有故障，则保护应迅速动作以切除故障；若无故障，则保护不应误动。因此，高压甚至超高压保护面临一个断路器合闸时如何正确识别线路状况的问题。此外，由于输电线的输送能力与其额定电压的平方成正比，与波阻抗成反比。首先，如果只从电压方面考虑，750kV输电线的自然功率就比500kV输电线大1倍多；其次，考虑到750kV输电线的波阻抗小于500kV输电线的波阻抗，其自然功率将更高；从建设投资看，750kV输电线的投资比500kV输电线投资的增长不到半倍，故有显著的经济效益和技术优势；最后，从实际国情考虑，我国地域辽阔、人口众多、资源丰富，人口和能源分布极不平衡，要充分利用西部能源和东部的工业基础有效、快速地发展经济，特高压输电线路是不可或缺的。就目前而言，我国正在进行特高压输电系统的研究和建设，于2005年9月在西北建成的官亭至兰州东140.708km长的750kV输电线路就是其中的一部分。由此可见，当前乃至今后远距离高压甚至特高压输电线路将是未来电力系统发展的必然趋势，也正是因为高压和特高压输电线路的输送容量更大、线路距离更长、系统短路容量更大，因而对线路继电保护的要求也就越高。然而，由于高压甚至特高压输电线路继电保护的任务首先是保证不产生不能允许的过电压，其次是保证系统稳定。因为特高压输电线绝缘子短时间能承受过电压的裕度较小，当过电压使线路绝缘子击穿时，更换绝缘子停电造成的经济损失远大于系统稳定破坏造成的损失，而雷击和刀闸操作，将对这类输电线路产生不必要的过电压。此外，对合闸于永久性故障和瞬时性故障也是合闸操作不得不考虑的一大现实问题。如果盲目合闸于永久性故障，一方面电力系统会再次遭受短路电流的冲击，且可能使电力系统失去稳定性；另一方面，继电保护再次使断路器断开，断路器在短时间内连续两次切断短路电流，恶化了断路器的工作条件，缩短了断路器的使用寿命，有时甚至会造成断路器爆炸事故。为最大限度地消除重合于永久性故障的危害，必须在重合之前判断线路故障情况和性质。综上所述，合闸过电压乃是高电压甚至特高压输电线路面临的一大主要问题。要解决这一问题，就必须得对合闸操作与输电线路之间的关系进行深入细致的分析和研究，也就是本专利技术所指的合闸于故障保护。对于这类保护形式，可以形象地认为合闸于故障保护乃是线路主保护的二次保护，其主要目的在于及时快速地发现待合闸线路的故障状况，分析研究是否符合二次合闸的条件。无论采取什么样的暂态保护判据，由雷击、刀闸操作等所引起的暂态信号容易引起暂态量保护的误动。对于高压或超高压输电线路而言，无论是合闸或重合闸过程中，若线路上有故障，则保护应迅速动作以切除故障；若无故障，则保护不应误动。为此，需要在线路保护中另设合闸于故障保护装置。传统的合闸于故障保护常采取加速的零序电流保护或距离保护。由于输电线路合闸于空载线路时，将产生严重的暂态过程，电流含有大量的各次谐波和非周期分量，而且衰减速度缓慢，将会引起保护的测量误差，易造成保护误动作。为此，需要抬高动作门槛，或采用延时的措施，为躲过合闸后暂态过程出现的不平衡电流，加速的零序电流保护需延时100毫秒，约5个周波，降低了保护的动作速度；加速距离保护为躲过合闸后的不平衡电流需延时约1周波，这大大影响了合闸于故障保护的快速性和灵敏性。目前，基于合闸操作时产生的行波过程，比较成熟的理论主要有以下三类：一是基于行波测距和行波极性的合闸于故障保护，其保护原理为：假定输电线路全长为L，l为故障点距离保护安装处的长度。当l≤L时，说明线路上有故障，且此时判断为区内故障，反之线路上无故障。该方法通过把行波测距和行波极性关系进行融会贯通，综合对合闸操作时线路中产生的行波过程进行分析和比较，最终提出了利用行波的极性关系和行波测距结果等时域特征来判断断路器是否合闸于故障线路。二是基于非同期合闸的行波合闸于故障保护。该保护方案的判断原理是：首先考虑单相无损线路，当合闸到无故障的线路时，电流行波在线路末端的反射系数为-1，在线路首端(合闸端)检测到的反向电流行波将与正向行波大小相同但极性相反。而当线路存在故障时，电流行波在故障点的反射系数将不再是-1，若故障在线路中部，线路首端检测到的反向电流行波将与正向行波极性相反；若故障在线路末端，反向初始电流行波的极性与正向电流行波的极性关系将与过渡电阻大小有关，极性可能相同也可能相反，但极性相反时大小不会相近。因此，根据正向行波与反向行波初始波头的大小与极性关系就可以识别线路是否存在故障，考虑到线路无故障时行波仅在线路末端发生反射且电流行波反射系数为-1，因此反向行波将是正向行波经过时间τ(τ为行波从线路一侧传播到另一侧所用的时间)的延迟再取反，并且在合闸后的时间范围内都成立。从实际线路考虑，由于线路往往是有损的，因而文中提出将正、反行波的到达时间进行离散化，取一定时间窗内的离散数据进行分析。其次，对于三相不同期合闸，依据相模变换理论，文中提出将三相线路解耦为三个相互独立的单相线路，并利用扩展的相模变换矩阵对三个线模α、β、γ线模分别按照单相线路的方法计算正、反向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合闸于故障保护的识别判断方法，其特征在于，所述合闸于故障保护的识别判断方法运用Prony分析方法对电流波形拟合，获取电流各分量的频率、幅值、衰减因子、相位的特征量；并利用频率、幅值、衰减因子、相位的特征量参数对合闸于线路故障保护提出判据，识别信号的频域特征。

【技术特征摘要】
1.一种合闸于故障保护的识别判断方法，其特征在于，所述合闸于故障保护的识别判断方法运用Prony分析方法对电流波形拟合，获取电流各分量的频率、幅值、衰减因子、相位的特征量；并利用频率、幅值、衰减因子、相位的特征量参数对合闸于线路故障保护提出判据，识别信号的频域特征。2.如权利要求1所述的合闸于故障保护的识别判断方法，其特征在于，所述频率、幅值、衰减因子、相位的特征量的计算公式：Ai=|bi|θi=tan-1[IM(bi)/RE(bi)];αi=In|zi|/Δtfi=tan-1[IM(zi)/RE(zi)]/(2πΔt).]]>3.如权利要求1所述的合闸于故障保护的识别判断方法，其特征在于，所述Prony分析方法的参数包括：采样频率、时间长度和模型有效阶数。4.如权利要求3所述的合闸于故障保护的识别判断方法，其特征在于，所述采样频率按四倍最高频率采样；时间长度至少包含已知信号中最低频率模式的两个周...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁韬，赵宏伟，易斌，毛龙波，陈皓，高芸，
申请(专利权)人：中国人民解放军后勤工程学院，
类型：发明
国别省市：重庆;50