电力系统线路故障方向检测保护方法技术方案

电力系统线路故障方向检测保护方法，通过计算故障产生的暂态电压电流特定频率分量的无功功率或瞬时无功功率判断故障方向，过程包括：　　　　ａ以电压或电流的变化作为故障启动条件，　　　　ｂ根据线路结构和负荷分析检测点检测阻抗相频特性，确定特征频段范围，　　　　ｃ搜索故障起始时刻和暂态信号延时长度，　　　　ｄ构造数字滤波器，对暂态电压、电流信号进行滤波获得特征频段内分量，　　　　ｅ计算特征频段内暂态电压电流信号的无功功率和瞬时无功功率，　　　　ｆ根据特征频段内检测阻抗相频特性和无功功率、瞬时无功功率极性确定故障方向，其特征在于：　　　　ｇ根据检测点检测阻抗的相位和频率关系，对故障暂态电压电流信号进行频率分解，分析其在不同频段内的特征，　　　　ｈ滤除故障暂态电压电流中起干扰作用的分量，保留能量集中且电压电流关系明确的特定频段分量，　　　　ｉ根据故障暂态电压电流特定频率分量间的无功功率或瞬时无功功率确定故障方向。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

，属于电力系统继电保护领域，尤其涉及一种利用故障暂态信息确定故障方向的方法。
技术介绍
在电力系统线路故障方向检测方法中，对于小电流接地故障，由于故障电流微弱、电弧不稳定等原因，目前已有的检测方法，特别是基于稳态信息的检测方法，效果均不理想。故障产生的暂态电流远远大于稳态电流，但基于暂态信号的方向检测方法——首半波法，所利用暂态电压电流间关系成立时间较短，且受线路结构、参数和故障初相角等影响，检测可靠性较低。对于短路和大电流接地系统单相接地故障引起的大电流故障，基于故障稳态信号的方向检测方法可靠性已足够高。但由于需要采用故障后较长时间的信号，检测速度较低，特别对于高压输电线路，检测速度是一个非常重要的因素。基于暂态信号的方向检测速度较高，但已有的检测方法—模拟阻抗法，对故障模型精度要求较高，易受干扰影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够适用各种电压等级的线路短路和接地故障的快速方向保护方法。在故障发生后，能够快速确定故障方向，进一步指令相应断路器、开关操作切除故障线路。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是该，通过计算故障产生的暂态电压电流特定频率分量的无功功率或瞬时无功功率判断故障方向，过程包括 a以电压或电流的变化作为故障启动条件，b根据线路结构和负荷分析检测点检测阻抗相频特性，确定特征频段范围，c搜索故障起始时刻和暂态信号延时长度，d构造数字滤波器，对暂态电压、电流信号进行滤波获得特征频段内分量，e计算特征频段内暂态电压电流信号的无功功率和瞬时无功功率，f根据特征频段内检测阻抗相频特性和无功功率、瞬时无功功率极性确定故障方向，其特征在于g根据检测点检测阻抗的相位和频率关系，对故障暂态电压电流信号进行频率分解，分析其在不同频段内的特征，h滤除故障暂态电压电流中起干扰作用的分量而保留能量集中且电压电流关系明确的特定频段分量，i根据故障暂态电压电流特定频率分量间的无功功率或瞬时无功功率确定故障方向。利用故障产生的暂态电压、暂态电流作为判断依据，通过检测点安装的保护装置，根据暂态电压电流信号特定频率分量间的无功功率和瞬时无功功率实现故障方向判断，实现过程为以电压或电流的变化作为故障启动条件。根据保护速度的要求，取故障后一固定时间段作为暂态数据时间窗口。根据暂态电流主谐振频率ω1确定特定频段的截止频率。对暂态电压、电流信号进行滤波，保留的特征分量分别记为u(t)、i(t)，则电压电流特征分量间应满足容性或感性的约束关系。根据公式Q=1T∫0Ti(t)u^(t)dt=1πT∫0Ti(t)∫-∞∞u(t)t-τdτdt]]>和qT(t)=u^T(t)iTq(t)]]>计算滤波后具有容性或感性约束关系分量的无功功率和瞬时无功功率。根据检测点检测负荷的性质和无功功率、瞬时无功功率的极性确定故障方向。与现有技术相比本专利技术的有益效果是对于短路故障和大电流接地系统的接地故障，基于稳态量的方法保护速度较慢，特别在高压输电系统不能满足速动性要求，而利用行波信号实现保护可靠性不高。本方法可以兼顾保护速度和可靠性。对于小电流单相接地故障，由于消弧线圈的影响和故障电流微弱、电弧不稳定等原因，基于稳态量的保护方法效果不理想，而暂态零序电流幅值比稳态值大几倍到几十倍，可以保证保护灵敏度和可靠性。同时暂态量保护不受消弧线圈影响。同时能够适用各种电压等级的线路短路和接地故障的快速方向保护方法。在故障发生后，能够快速确定故障方向，一般在5mS之内即可给出故障方向，进一步指令相应断路器、开关操作切除故障线路。附图说明图1为本专利技术两次实际小电流接地故障暂态波形；图2为本专利技术小电流接地故障点两端暂态无功功率及方向示意图；图3为本专利技术专用小电流接地故障选线装置结构图；图4为本专利技术小电流接地故障分段实现装置示意图。图中D1-D5检测点F故障点 DAU1-DAUn数据采集单元CPU微处理器S1-S5隔离开关CB1、CB2断路器RTU、FTU终端设备。具体实施例方式本专利技术的，可以应用在不同电压等级电网检测不同形式短路和接地故障。可用多种方法实现，可以是具有专一功能的保护设备，也可以和其它功能(如配网自动化、馈线出口保护设备)共用软硬件平台。下面分别叙述1、利用保护设备保护方法利用本专利技术确定故障方向只需要检测点电压电流信号，不需要其它线路或检测点的故障信息，具有自具特点。具体实现步骤如下1)以电压、电流的变化做为故障的启动条件对于相间短路故障、多相接地并短路故障和大电流接地系统的接地故障，由于故障电流较大，可以利用电流瞬时值超越一定门槛作为故障启动条件。在小电流接地系统中，当发生金属性单相接地故障时，接地相电压降低为0，而两个健全相电压升高为线电压即相电压的 倍。同时，线路上的零序电压和零序电流都会增加，其中零序电压幅值等于正常工作时的相电压。因此，可以利用零序电压或零序电流超越一定的门槛作为单相接地故障的启动条件X0＞X0d所用的零序电压、零序电流可以是直接测量的结果也可以是通过三相电压或电流计算而来X0(t)=13(XA(t)+XB(t)+XC(t))]]>上述两式中X代表了电压或电流。当接地点存在过渡电阻时，零序电压随着过渡电阻的增加而降低。同时为了克服正常工作时不平衡电压的影响，零序电压的门槛一般取为相电压的20％。零序电压电流的工频有效值或瞬时值都可以作为故障启动条件的依据。2)特定频段的选定故障暂态信号包含有广泛的频谱，定义其中含有主要能量且电压电流间呈统一关系的频段为特征频段。特征频段的定义根据不同故障类型、不同故障条件而不同。对于小电流接地故障，可以证明暂态信号的主谐振频率包含在特征频段内，因此，特征频段的截至频率根据主谐振频率来确定。由于实际使用的数字滤波器不可能具有零宽度的通带。因此，在计算出的主频率上必须添加一定的安全余量 再作为高端截止频率，具体由下式确定ωr＝max(200，0.1ωh)其中 为主谐振频率。而特征频段的低端截止频率可以选为3倍的工频频率。即特征频段的截止频率为(3ω0，ω1+ωr)。3)获得暂态电压电流信号特定频段分量由于特征频段以外的暂态电压电流信号不完全满足统一设定的关系，即不能根据统一的方法用来确定故障方向。因此，在计算故障方向之前必须对暂态零序电压、电流信号进行滤波。滤波的作用主要是滤除不需要的暂态信号、滤除高频干扰信号。根据计算的特征频段范围，设计数字滤波器，即可获得暂态电压电流信号的特征频段分量。其中，IIR滤波器幅频特性较好，但会带来非线性相移，使暂态信号产生失真，影响检测效果。因此，在用IIR滤波器对暂态信号进行正向滤波后，须再从末尾到首端进行反向滤波，使最终滤波后的信号在各个频率下的相移为零。FIR滤波器幅频特性较差，为达到同样效果，需要的滤波器窗口较长。但其带来的相移是线性的，暂态信号不失真，不需要反向滤波。4)计算暂态无功功率和瞬时无功功率设非正弦电路端口对应电压为uT(t)、电流为iT(t)，周期为T。首先对对电压信号进行Hilbert变换u^T(t)=uT(t)*h(t)=本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.电力系统线路故障方向检测保护方法，通过计算故障产生的暂态电压电流特定频率分量的无功功率或瞬时无功功率判断故障方向，过程包括a以电压或电流的变化作为故障启动条件，b根据线路结构和负荷分析检测点检测阻抗相频特性，确定特征频段范围，c搜索故障起始时刻和暂态信号延时长度，d构造数字滤波器，对暂态电压、电流信号进行滤波获得特征频段内分量，e计算特征频段内暂态电压电流信号的无功功率和瞬时无功功率，f根据特征频段内检测阻抗相频特性和无功功率、瞬时无功功率极性确定故障方向，其特征在于g根据检测点检测阻抗的相位和频率关系，对故障暂态电压电流信号进行频率分解，分析其在不同频段内的特征，h滤除故障暂态电压电流中起干扰作用的分量，保留能量集中且电压电流关系明确的特定频段分量，i根据故障暂态电压电流特定频率分量间的无功功率或瞬时无功功率确定故障方向。2.根据权利要求1所述的电力系统线路故障方向检测和保护方法，其特征在于a建立基于线路分布参数的故障模型并分析检测阻抗在不同频段下的电压电流间的相位差和频率关系，要求在所选用的频段内，即保留暂态信号的大部分能量，电压电流间又呈现明确统一的容性或感性关系，b定义暂态电压电流信号的平均无功功率为电压信号Hilbert变换与电流信号在暂态时段内的平均功率，c定义暂态电压电流信号瞬时无功功率为电压信号Hilbert变换与电流信号无功分量瞬时值的乘积。3.根据权利要求2所述的电力系统线路故障方向检测和保护方法，其特征在于线路阻抗相频特性分析方法为设L0、R0、C0、G0分别为单位长度线路相应模分量的电感、电阻、分布电容和电导，Z2为线路末端负荷相应模分量，l为检测点到线路末端长度，则检测点阻抗Z1为Z1=ZcZ2+Zcth(γl)Z2th(γl)+Zc,]]>其中γ=(R0+jωL0)(G0+jωC0)]]>称为线路传播常数，Zc=R0+j&om...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛永端，徐丙垠，陈羽，李京，
申请(专利权)人：淄博科汇电气有限公司，
类型：发明
国别省市：