输电线路数字式行波保护方法及其继电器与保护系统技术方案

本发明专利技术为输电线路数字式行波保护方法及其继电器与保护系统，属于电力系统领域，包括数字式行波继电器和高频载波通信两个部分。其中：数字式行波继电器包括相应的硬件电路和固化在其中的行波方向继电器原理、保护动作原理和小波变换算法；高频载波通信包括高频收发讯机和高频载波通道－输电线路。本发明专利技术通过比较输电线路两端行波方向继电器动作结果来判别故障是否发生在该条线路上，进而做出继电保护是否动作跳闸的决定。所提出的保护具有快速动作性能，方向继电器动作时间小于５毫秒，保护动作时间小于１５毫秒，而且与过渡电阻无关、与电流互感器饱和情况无关、不受电力系统振荡影响。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统领域，特别涉及电力系统高压/超高压输电线路的继电保护技术。本专利技术提出的一种输电线路数字式行波保护方法，其特征在于，包括以下步骤(1)采集和计算输电线路故障后所产生的暂态电压和暂态电流行波；(2)对最先得到的三相电压和三相电流行波施行相模变换，得到两个线模分量；(3)对于这两个线模行波分量施行小波变换，得到小波变换模极大值；(4)计算初始电压行波小波变换模极大值和初始电流行波小波变换模极大值的比值，判别故障发生的方向，其判据是如果比值小于负1，则判为正向故障；如果比值等于正1，则判为反向故障；(5)利用高频载波通道交换被保护线路两端的故障方向信息，进而根据两端方向判别的结果做出故障发生在被保护线路区内或者区外的结论，决定继电保护是否出口动作跳闸；其保护动作判据是如果两端方向继电器都判别为正向故障，则为内部故障，保护出口动作跳闸；如果两端方向继电器判别结果不同，则判为外部故障，保护不动作。本专利技术提出一种采用上述保护方法的数字式行波继电器，其特征在于包括安装在一机箱内插于一母板上的由电源，电流/电压、电压/电压变换器板，监控板，方向继电器板，行波保护板，出口继电器板六个部分组成的硬件装置，以及固化在监控板、方向继电器板、行波保护板上的三个微处理器中的监控模块、相模变换模块、小波变换模块、行波启动模块、行波选相模块、完整的波阻抗方向继电器模块、保护动作判别模块组成的保护与算法程序。该保护与算法程序由上述行波保护方法编制而成，其作用有两个采集计算行波、判别故障方向；比较两端方向判别结果。本专利技术提出了一种采用上述数字式行波继电器的输电线路数字式行波保护系统，其特征在于在待保护的输电线路的一端连接有第一台数字式行波继电器和与其相连的第一台高频收发讯机，在该输电线路的另一端连接有第二台数字式行波继电器和与其相连的第二台高频收发讯；其中，高频收发讯机和高频载波通道用于交换被保护输电线路两端的故障方向判别结果。如果线路两端行波继电器的故障方向判别结果都为正，则认为故障发生在被保护线路区内，继电器出口跳闸，否则继电器不动作。本专利技术可达到如下性能指标1、行波方向继电器出口时间小于5毫秒；2、整套保护动作时间小于15毫秒；3、能够记录输电线路故障后线路两端三相暂态电压行波和三相暂台电流行波。本专利技术能够应用于保护110千伏及以上电压等级的高压、超高压输电线路。图2为本实施例中的数字式行波继电器结构框图。图3为本实施例中的监控板硬件构成框图。图4为本实施例中的监控板的软件构成框图。图5为本实施例中的方向继电器板硬件构成框图。图6为本实施例中的方向继电器板的软件构成框图。图7为本实施例的行波保护板的硬件构成框图。图8为本实施例的行波保护板的软件构成框图。附图说明图1中电力系统设备各个元器件的作用分别说明如下(1)输电线路1是被保护输电线路，也是传送高频载波信号的通道。(2)等效电力系统2，代表连接到该线路两端的电力系统。(3)母线3表示该线路两端的变电站母线。(4)电压互感器4，用于把高电压变换成为低电压，100伏。(5)电流互感器5，用于把线路上流过的大电流变换成为小电流，1安培。(6)高频耦合设备6，用于把高频载波信号耦合到输电线路上去，也用于从输电线路上取回对端发送来的高频载波信号。(7)阻波器16、17，用于让高频信号在本线路上流动而不到其它线路上去。(8)断路器18、19，用于闭合和切除输电线路。在这个典型输电线路中，设置在被保护的输电线路1两端的两台高频收发讯机和两台数字式行波继电器组成了本数字式行波保护系统实施例，其中，高频收发讯机用于产生发送和接收高频信号；数字式行波继电器实现继电保护。这两部分的实施例结构及功能分别详细说明如下1.应用于本数字式行波保护系统实施例中的数字式行波继电器，其组成结构实施例如图2所示，它包括电源板21、电流/电压、电压/电压变换器板22，监控板23，方向继电器板24，行波保护板25，出口继电器板26，该六块板均插在一块母板27上，该母板27安装在一机箱28内，该机箱28面板及侧板上安装有液晶显示器281，按键282，电源插座283等。其工作过程为电源板21为其它插件提供电源，来自于电压互感器的三相电压、来自于电流互感器的三相电流分别接入电压/电压、电流/电压变换器板22，然后被方向继电器板24采样、运算，得到故障方向(正或者负)，然后送给行波保护板25，该板一方面把这个结果传送给高频收发讯机，一方面等待高频收发讯机所收到的对端方向判别结果，如果都为正，则行波保护板输出跳闸命令给继电器出口板26，经该板子出口跳闸，断路器动作切除故障线路。监控板23和方向继电器板24、行波保护板25相连，监视控制整个系统的工作，上述6个插件安装在母板27上，封装在机箱28里。在机箱外部的前面板上装有液晶显示屏幕281、用于显示装置运行状况和显示故障信息，按键282用于输入修改继电保护定值、进行显示操作，交流电源插座283提供给该继电器220伏交流或者直流电源。各器件的型号与功能说明如下(1)电源板21它由无锡生产的YF20-113电源焊接在印制电路板上构成。提供行波继电器各个板子所使用的电源，功率250瓦特，电压等级为正负5伏特，正负12伏特给提供电源。(2)电压/电压、电流/电压变换器板22它主要由8个型号为SPT-264A的电压/电压变换器和8个型号为SCT-254的电流/电压变换器构成。该板子的作用是把来自于电压电流互感器的100伏特电压和电流1(或5)安培的电流变换成为正负5伏特的电压信号，供单片机电路使用。在该板子上安装有8个电压/电压变换器和8个电流/电压变换器。(3)监控板23该板子的作用是管理、指挥整个数字式行波继电器的工作。包括刷新液晶屏幕、显示故障波形、扫描键盘操作、和行波保护板通信(包括互检和读取故障数据)等。它主要由MC68332微处理器和相应的外围电路构成的硬件，以及存储在其中的软件程序组成。该监控板23硬件的主要元器件如图3所示如下微处理器32位处理器芯片MC68332，该处理器是本监控板的核心元件，本板的所有功能都要通过该芯片和运行在其中的程序来实现。数据存储器RAM62256(256K字节)，用于存放数据程序存储器EPROM27256(256K字节)，用于存放和固化程序RAM，62256该监控板23软件程序固化在程序存储器EPROM(62256)中、运行在MC68332微处理器中，主要完成以下功能和方向继电器板24，行波保护板25之间的通信；键盘操作；液晶显示；故障数据存储等。该程序由两部分构成，一个是正常运行(主程序)，如图4a所示；另一个是发生故障后(故障处理程序)。如图4b所示。现结合附图分别说明如下主程序包括“启动初始化”模块启动DSP，上电，设定各个管脚的状态，开中断。“自检”模块数据存储器自检，在没有使用的数据存储区，写入字节，再读出，检验其状态。“液晶显示”模块正常运行时，在液晶屏幕上显示“运行”，1秒钟刷新一次；当发生故障后，在液晶屏幕上显示“故障”，2秒钟刷新一次；当有键盘操作时，显示相应的对话字符和波形、定值等“扫描键盘操作”模块，用于扫描键盘，1秒钟一次；如果有定值下放要求，波形调用要求等，通过该模块来实现“触发判本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输电线路数字式行波保护方法，其特征在于，包括以下步骤： （１）采集和计算输电线路故障后所产生的暂态电压和暂态电流行波； （２）对最先得到的三相电压和三相电流行波施行相模变换，得到两个线模分量； （３）对于这两个线模行波分量施行小波变换，得到小波变换模极大值； （４）计算初始电压行波小波变换模极大值和初始电流行波小波变换模极大值的比值，判别故障发生的方向，其判据是： 如果比值小于负１，则判为正向故障； 如果比值等于正１，则判为反向故障； （５）利用高频载波通道交换被保护线路两端的故障方向信息，进而根据两端方向判别的结果做出故障发生在被保护线路区内或者区外的结论，决定继电保护是否出口动作跳闸； 其保护动作判据是： 如果两端方向继电器都判别为正向故障，则为内部故障，保护出口动作跳闸； 如果两端方向继电器判别结果不同，则判为外部故障，保护不动作。

【技术特征摘要】
1.一种输电线路数字式行波保护方法，其特征在于，包括以下步骤(1)采集和计算输电线路故障后所产生的暂态电压和暂态电流行波；(2)对最先得到的三相电压和三相电流行波施行相模变换，得到两个线模分量；(3)对于这两个线模行波分量施行小波变换，得到小波变换模极大值；(4)计算初始电压行波小波变换模极大值和初始电流行波小波变换模极大值的比值，判别故障发生的方向，其判据是如果比值小于负1，则判为正向故障；如果比值等于正1，则判为反向故障；(5)利用高频载波通道交换被保护线路两端的故障方向信息，进而根据两端方向判别的结果做出故障发生在被保护线路区内或者区外的结论，决定继电保护是否出口动作跳闸；其保护动作判据是如果两端方向继电器都判别为正向故障，则为内部故障，保护出口动作跳闸；如果两端方向继电器判别结果不同，则判为外部故障，保护不动作。2.一种采用如权利要求1所述方法的数字式行波继电器，其特征在于包括安装在一机箱内插于一母板上的由电源，电流/电压、电压/电压变换器...

【专利技术属性】
技术研发人员：董新洲，郭效军，葛耀中，贺家李，
申请(专利权)人：清华大学，国电南京自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]