專利名稱：一種輸電線路不同期合閘的行波合閘保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輸電線路不同期合閘的行波合閘保護(hù)方法，屬電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于行波保護(hù)具有超高速動作特性，原理上不受過渡電阻大小、故障位置等因素影響，是一種理想的保護(hù)(參考文獻(xiàn)1)，因此受到廣大電力工作者的廣泛關(guān)注，并提出了許多的行波保護(hù)原理(參考文獻(xiàn)2-8)。在這些原理中，大多數(shù)行波保護(hù)原理主要針對正常運(yùn)行線路中發(fā)生故障的情況，因此不適用于合閘的情況，特別是不適用于不同期合閘的情況。為此，一些學(xué)者對合閘到故障的行波保護(hù)方法進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)9使用電壓行波提出了一種合閘到故障的行波識別方法，它主要基于初始行波與第二個行波的極性關(guān)系、行波測距結(jié)果、第二個行波的李氏指數(shù)進(jìn)行判斷，但沒有考慮線路末端故障以及斷路器的不同期合閘，并且在線路有故障與無故障情況下第二個行波的李氏指數(shù)差別很小，很難使用李氏指數(shù)識別出線路是否存在故障。文獻(xiàn)10根據(jù)線路故障時反向電壓行波與正向電壓行波極性相反的原理提出了一種合閘到故障的識別方法，該方法考慮了斷路器的不同期合閘，但沒有考慮線路末端故障的情況。以上兩種識別方法只能用于非末端故障，當(dāng)線路末端故障時，測距結(jié)果、正反向行波的極性可能出現(xiàn)與無故障線路空載合閘相同的情況。
經(jīng)文獻(xiàn)檢索，未見與本發(fā)明相同的公開報(bào)道。
參考文獻(xiàn)[1]董新洲，葛耀中，賀家李等.輸電線路行波保護(hù)的現(xiàn)狀與展望.電力系統(tǒng)自動化，2000，24(9)56-60[2]董杏麗，葛耀中，董新洲.基于小波變換的行波測距式距離保護(hù)原理的研究.電網(wǎng)技術(shù)，2001，25(7)9-13[3]司大軍，束洪春，陳學(xué)允.一種新的相間行波距離保護(hù)方法.電力系統(tǒng)自動化，2003，27(11)41-44，52[4]段建東，張保會，張勝祥.利用線路暫態(tài)行波功率方向的分布式母線保護(hù).中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2004，24(6)7-12[5]Dommel H W，Michels J M，High Speed Relaying Using Travelling Wave TransientAnalysis[A].IEEE PES Winter Meeting[C].New York，1978[6]Chamia M，Liberman S.Ultra High Speed Relay for EHV/UHY Transmission Lines-Development，Design and Application[J].IEEE Trans on Power Apparatus and Systems，1978，97(6)2104-2116[7]胡文麗，焦彥軍，崔鴻斌.基于小波變換的新型暫態(tài)行波方向保護(hù).電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(3)68-71，80[8]張舉，張曉東，林濤.基于小波變換的行波電流極性比較式方向保護(hù).電網(wǎng)技術(shù)，2004，28(4)51-54[9]L.Shang，G.Herold，J.Jaeger.A New Approach to High-speed Protection fortransmission Line Based on Transient Signal Analysis Using Wavelets.Developments inPower System Protection IEE 2001，2001，173-176[10]董杏麗，葛耀中，董新洲.行波保護(hù)中合閘到故障線路的檢測方法.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2002，22(10)77-80，90

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，而提供一種適用于輸電線路不同期合閘的行波合閘保護(hù)方法。
本發(fā)明首先對單相輸電線路進(jìn)行了研究，通過比較合閘到有、無故障線路產(chǎn)生行波的不同得出單相輸電線路識別合閘到故障線路的方法。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)三相輸電線路可以使用相模變換將其解耦為三個相互獨(dú)立的單相輸電線路的原理，提出了一種考慮不同期合閘的輸電線路行波合閘保護(hù)方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一.單相輸電線路根據(jù)行波的折、反射理論，對于單相無損線路，當(dāng)合閘到無故障的線路，電流行波在線路末端的反射為-1，在線路首端(合閘端)檢測到的反向電流行波將與正向行波大小相同但極性相反。而當(dāng)線路存在故障時，電流行波在故障點(diǎn)的反射系數(shù)將不再是-1。若故障位于線路中部，線路首端檢測到的反向電流行波將與正向行波極性相反；若故障位于線路末端，反向初始電流行波的極性與正向電流行波的極性關(guān)系將與過渡電阻大小有關(guān)，極性可能相同也可能相反，但極性相反時大小不會相近。因此根據(jù)正向行波與反向行波初始波頭的大小與極性關(guān)系就可以識別線路是否存在故障，考慮到線路無故障時行波僅在線路末端發(fā)生反射且電流行波反射系數(shù)為-1，合閘后較長一段時間內(nèi)反向行波將是正向行波經(jīng)過時間τ(τ為行波從線路一側(cè)傳播到另一側(cè)所需要的時間)的延遲再取反，即ib(t)＝-if(t-τ) (a)式(a)中ib(t)表示反向行波，if(t)表示正向行波。對于無損單相線路，當(dāng)線路存在故障時，式(a)不再滿足，這樣通過檢測正向行波與反向行波是否滿足式(a)就可以判斷在合閘時線路是否有故障。
實(shí)際中由于輸電線路存在比較小的損耗，因此實(shí)際中的有損的輸電線路可以近似滿足式(a)。為了便于形成保護(hù)判據(jù)，將ib(t)和if(t)離散化并引入了反向行波與正向行波的相關(guān)系數(shù)Coeff(n)，其定義如式(b)所示Coeff(n)=-Σk=nM+n-1[if(k+Tf)ib(k+Tb)]Σk=nM+n-1[if(k+Tf)]2---(b)]]>式(b)中，n表示計(jì)算相關(guān)系數(shù)所取數(shù)據(jù)的起始點(diǎn)，M為計(jì)算相關(guān)系數(shù)對應(yīng)的時窗寬度，以采樣點(diǎn)數(shù)表示，Tf和Tb為正、反向行波的初始行波波頭到達(dá)的時刻。雖然僅用正向與反向行波初始波頭的大小與極性就可以判斷線路是否存在故障，但從可靠性上講，使用一定時間內(nèi)的行波進(jìn)行計(jì)算比僅用一個行波波頭的大小與極性判斷有更高的可靠性。
二.三相輸電線路對于存在耦合的三相輸電線路，根據(jù)相模變換理論將三相線路解耦為三個相互獨(dú)立的單相線路，即三相輸電線路可以解耦為一個零模和兩個線模，并以單相線路進(jìn)行分析與計(jì)算。由于零模的參數(shù)受大地電阻率、頻率等因素影響很大，而線模參數(shù)受這些因素影響較小，因此本方法使用常規(guī)的線模構(gòu)造保護(hù)算法。為了便于保護(hù)判斷，本方法再增加一個線模，利用三個線模構(gòu)成保護(hù)，使用擴(kuò)展的相模變換矩陣T′如式(c)所示。那么使用T′矩陣可以將A、B、C三相變換為0、α、β、γ四個模量，其中α、β、γ三個模量為線模，它們是線性相關(guān)的。
T′=1111-1010-101-1---(c)]]>此外，單相輸電線路與三相輸電線路還有一個重大的不同是，單相輸電線路不存在不同期合閘的問題，而三相輸電線路斷路器的三個觸頭是不同期閉合的，即三相輸電線路存在不同期合閘的問題。表現(xiàn)在以下兩個方面1、由后合閘兩相構(gòu)成線模行波的反向行波可能不是這個模量的正向行波的反射波，而是其它模行波的透射波。為了便于說明，假設(shè)三相線路參數(shù)對稱，C相某處帶有接地故障，而合閘順序?yàn)锳→B→C。當(dāng)A相閉合瞬間，將產(chǎn)生α、β模行波。由于此時B、C兩相電壓相等且無電流，因此γ模行波為0。當(dāng)α、β模行波到達(dá)故障點(diǎn)時，由于線路在故障點(diǎn)不能解耦，模量間在故障點(diǎn)存在耦合，因此α、β模行波將透射到γ模中，形成γ模的反向行波。可見，此時的γ模反向行波不是由γ模正向行波反射形成。因此，使用后合兩相構(gòu)成的行波進(jìn)行判斷時，若在故障點(diǎn)存在其它模量對該模的透射，則所得出的結(jié)果是沒有意義的。
2、當(dāng)線路末端存在過渡電阻較大的故障、故障相不是先合相且先合相與故障相的合閘時間相差較大時，由先合相與故障相構(gòu)成的線模行波中，正向行波與反向行波的關(guān)系能近似滿足式(a)。下面將舉例進(jìn)行說明，設(shè)圖1中線路l1末端(N側(cè))C相帶有200Ω過渡電阻的接地故障，僅A相合閘而其它兩相不合(先合相與故障相的合閘時間差為無窮大)，合閘端(M側(cè))檢測到的β模正向電流行波與反向電流行波波形如圖2和圖3所示。由圖2和圖3可見，正向電流行波與反向電流行波近似滿足式(a)。而此時的α模在理論上也是近似滿足式(a)的，γ模又沒有使用價值，因此這種情況下將不能判斷出線路存在故障。雖然實(shí)際中不會出現(xiàn)一相合閘之后，其它相不合的情況，但實(shí)際中允許三相不同期合閘的時間差為10ms，而10ms對于行波是一個比較長的時間。
對于第一種情況，可以先判斷先合相與其它兩相構(gòu)成的行波是否滿足式(a)，若不滿足則線路存在故障，否則再判斷由后合兩相構(gòu)成的行波是否滿足式(a)，若不滿足則線路存在故障，否則線路無故障。對于第二種情況，不能只用合閘后一段時間的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，而應(yīng)該不斷的使用最新數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，直到三相斷路器都已閉合為止。
三.本方法的具體步驟1.采集量包括三相電流行波與線路側(cè)三相電壓行波；2.將合閘引起的三相電壓與電流行波使用式(c)進(jìn)行相模變換，得到零模與三個線模α模、β模與γ模；3.提取αβγ三個線模，分別使用式(d)和式(e)計(jì)算三個線模的正向行波if，m(n)與反向行波ib，m(n)。
if,m(n)=um(n)+Zc,mim(n)2---(d)]]>ib,m(n)=um(n)-Zc,mim(n)2---(e)]]>式(d)和式(e)中，n表示采樣點(diǎn)，下標(biāo)m表示αβγ三個線模，um(n)和im(n)分別為αβγ三個線模的電壓和電流行波；4.利用三次B樣條小波尋找αβγ三個線模正、反向行波的初始行波波頭，得到αβγ三個線模正、反向行波的初始行波波頭到達(dá)的時刻Tf，m和Tb，m；5.令計(jì)算反向行波與正向行波的相關(guān)系數(shù)的起始時間Tst＝0；6.將三個線模的Tf，m和Tb，m以及Tst代入式(b)，計(jì)算三個線模正向行波與反向行波的相關(guān)系數(shù)Coeff，m(Tst)；
7.若αβγ三個線模正、反向行波的相關(guān)系數(shù)Coeff，m有一個小于保護(hù)的整定值Czd，則認(rèn)為線路有故障；若三個線模的Coeff，m均大于Czd，則需要判斷三相斷路器是否已經(jīng)閉合，當(dāng)判斷為三相斷路器已經(jīng)閉合則判斷為線路無故障，否則令Tst＝Tst+N，將計(jì)算相關(guān)系數(shù)的時間向后推移一定時間，轉(zhuǎn)入第5步重新計(jì)算。其中N表示向后推移的時間步長。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1.由于本方法是基于線路無故障時電流行波在線路末端的反射系數(shù)為-1，而在有故障情況下故障點(diǎn)的反射系數(shù)不是-1的原理構(gòu)成，因此不僅可以適用于線路中部故障，而且適用于線路末端故障，可以保證在各種情況下都可以正確動作。
2.本方法不使用行波波頭構(gòu)成保護(hù)算法，而利用一段時間(如3ms)內(nèi)正向行波與反向行波的相關(guān)性構(gòu)成，由于使用了更多的數(shù)據(jù)，可以更有效地克服干擾的影響，此外還可以適用于電壓過零附近故障行波波頭微弱的情況。


圖1為雙電源輸電系統(tǒng)。
圖2為β模正向電流行波波形。
圖3為β模反向電流行波波形。
具體實(shí)施例方式本方法實(shí)現(xiàn)步驟如下1.對線路合閘產(chǎn)生的行波進(jìn)行采集，采集量包括三相電流行波與線路側(cè)三相電壓行波，采集時間需要含蓋整個不同期合閘的過程，并有一定的裕度；2.將合閘引起的三相電壓與電流行波使用式(c)進(jìn)行相模變換，得到零模與三個線模α模、β模與γ模；3.提取αβγ三個線模，分別使用式(d)和式(e)計(jì)算三個線模的正向行波if，m(n)與反向行波ib，m(n)；4.利用三次B樣條小波尋找αβγ三個線模正、反向行波的初始行波波頭。得到αβγ三個線模正、反向行波的初始行波波頭到達(dá)的時刻Tf，m和Tb，m；5.令計(jì)算反向行波與正向行波的相關(guān)系數(shù)的起始時間Tst＝0；6.將三個線模的Tf，m和Tb，m以及Tst代入式(2)，計(jì)算三個線模正向行波與反向行波的相關(guān)系數(shù)Coeff，m(Tst)；7.若αβγ三個線模正、反向行波的相關(guān)系數(shù)Coeff，m有一個小于保護(hù)的整定值Czd，則認(rèn)為線路有故障；若三個線模的Coeff，m均大于Czd，則需要判斷三相斷路器是否已經(jīng)閉合，當(dāng)判斷為三相斷路器已經(jīng)閉合則判斷為線路無故障，否則令Tst＝Tst+N，將計(jì)算相關(guān)系數(shù)的時間向后推移一定時間，轉(zhuǎn)入第5步重新計(jì)算。其中N表示向后推移的時間步長。
本發(fā)明經(jīng)大量的電磁暫態(tài)仿真證明，該方法不僅可以適用于線路中部故障，而且適用于線路末端故障，可以保證在各種情況下都可以正確動作。能有效地克服干擾的影響，還可以適用于電壓過零附近故障行波波頭微弱的情況。
權(quán)利要求
1.一種輸電線路中不同期合閘的行波合閘保護(hù)方法，，其特征在于本方法的實(shí)現(xiàn)步驟如下1.1采集線路合閘產(chǎn)生的三相電流行波與線路側(cè)三相電壓行波；1.2將合閘引起的三相電壓與電流行波使用T′=1111-1010-101-1]]>式進(jìn)行相模變換，得到零模與三個線模α模、β模與γ模；1.3提取αβγ三個線模，分別使用式if,m(n)=um(n)+Zc,mim(n)2]]>和式ib,m(n)=um(n)-Zc,mim(n)2]]>計(jì)算三個線模的正向行波if，m(n)與反向行波ib，m(n)，式中n表示采樣點(diǎn)，下標(biāo)m表示αβγ三個線模，um(n)和im(n)分別為αβγ三個線模的電壓和電流行波；1.4利用三次B樣條小波尋找αβγ三個線模正、反向行波的初始行波波頭，得到αβγ三個線模正、反向行波的初始行波波頭到達(dá)的時刻Tf，m和Tb，m；1.5.令計(jì)算反向行波與正向行波的相關(guān)系數(shù)的起始時間Tst＝0；1.6.將三個線模的Tf，m和Tb，m以及Tst代入式Coeff(n)=-Σk=nM+n-1[if(k+Tf)ib(k+Tb)]Σk=nM+n-1[if(k+Tf)]2,]]>計(jì)算三個線模正向行波與反向行波的相關(guān)系數(shù)Coeff，m(Tst)，式中n表示計(jì)算相關(guān)系數(shù)所取數(shù)據(jù)的起始點(diǎn)，M為計(jì)算相關(guān)系數(shù)對應(yīng)的時窗寬度，以采樣點(diǎn)數(shù)表示，Ts和Tb為正、反向行波的初始行波波頭到達(dá)的時刻；1.7.若αβγ三個線模正、反向行波的相關(guān)系數(shù)Coeff，m有一個小于整定值Czd，則認(rèn)為線路有故障；若三個線模的Coeff，m均大于Czd，則需要判斷三相斷路器是否已經(jīng)閉合，當(dāng)判斷為三相斷路器已經(jīng)閉合則判斷為線路無故障，否則令Tst＝Tst+N，將計(jì)算相關(guān)系數(shù)的時間向后推移一定時間，轉(zhuǎn)入1.5重新計(jì)算，其中N表示向后推移的時間步長。
全文摘要
一種適用于輸電線路不同期合閘的行波合閘保護(hù)方法，屬電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域。方法為采集三相電流、電壓行波；進(jìn)行相模變換，得到零模和三個線模α、β與γ；分別計(jì)算三個線模的正、反向行波；利用三次B樣條小波尋找三個線模的正、反向行波的初始行波波頭并獲得正、反向初始行波波頭到達(dá)的時刻T
文檔編號H02H7/26GK1897389SQ20061001096
公開日2007年1月17日 申請日期2006年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月16日
發(fā)明者束洪春, 司大軍, 孫向飛, 劉志堅(jiān), 唐嵐, 邱革非 申請人:昆明理工大學(xué)