一种电力系统输电线路保护区内区外故障的识别方法与流程

本发明涉及一种电力系统保护范围内、外故障的识别方法，具体地说是一种电力系统输电线路保护区内区外故障的识别方法，属于电力系统超高压输电线路保护技术领域。

背景技术：

超高压输电线路快速保护原理是电力系统运行管理技术中的一个重要领域。迅速准确地识别故障点保护区内故障还是区外故障，能够保证保护快速动作，及时切除故障隐患，保证电力系统供电可靠性与稳定性。

行波距离保护是电力系统，尤其是特高压输电线路快速保护方法之一，与差动保护相比，不仅可以实现单端保护，还兼具保护和测距的功能。传统的单端行波距离保护原理是利用行波传播的相关理论，通过初始行波电压和故障点反射波到达测量点的时间差与行波在线路上的传播速度，求得故障距离，进而判定动作与否，形成行波距离保护。这种传统的单端行波距离保护方法原理简单、不需要通信和对时，但也存在很多严重限制单端行波距离保护发展的问题，比如当区外发生故障时，故障点初始行波和故障点反射波都可以通过母线，折射进入本级线路的保护测量处，测量时间如果在整定值范围内，使得本级线路保护误认为是区内故障而误动作。

虽然近几年也出现很多方法来试图解决区外故障保护误动作的问题，但都没有从根本原理上避免这一问题，反而还使保护原理更加复杂。

技术实现要素：

针对现有单端行波距离保护无法区分内、区外故障这一不足，本发明提出了一种电力系统输电线路保护区内区外故障的识别方法，其能够从根本上解决现有单端距离行波保护方法不足的问题。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

本发明实施例提供的一种电力系统输电线路保护区内区外故障的识别方法，它包括以下步骤：

步骤1，获取初始行波电压和本级保护线路各点处的故障前电压；

步骤2，将初始行波电压和本级保护线路各点处的故障前电压进行相关性计算，求得相关系数的绝对值并形成相关性系数绝对值的曲线；

步骤3，根据相关性系数绝对值的曲线判断故障发生在保护范围内还是保护范围外，如果相关性系数绝对值曲线有极值点，则判断故障发生在保护范围内，否则故障发生在保护范围外。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤1的过程包括以下步骤：

步骤11，选择适当的电压模量和电流模量；

步骤12，根据测量点故障前、后的电压分量和电流分量求得初始行波电压；

步骤13，根据测量点处故障前电压分量和电流分量求得本级保护线路各点处的故障前电压。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤11前，所述步骤1的过程还包括以下步骤：

步骤10，进行故障相模变换。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述进行故障相模变换就是当三相电力系统发生故障时，根据相模变换矩阵将不对称的相量分解成互相对称的模量。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述相模变换矩阵中针对于不同的故障类型所需要的模量可从表1中查得：

表1：

表1中，ag、bg、cg分别代表a相、b相、c相单相接地，abg、bcg、cag分别代表ab相、bc相、ca相两相短路接地，bc、ca、ab分别代表bc相、ca相、ab相两相相间短路，ur代表初始行波电压，uf代表故障点故障前电压。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤3中，在线路各点中只有故障点初始行波电压和故障前电压的相关系数绝对值最大，如果故障发生在保护线路范围内，由计算本级保护线路每一点的相关性系数绝对值构成的曲线必然有极值存在，极值点即为故障点；如果故障发生在保护线路范围外，所得本级保护线路每一点的相关性系数绝对值构成的曲线则没有极值点，而是一条呈单调递增曲线。

本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：

本发明实施例技术方案首先通过测量点处故障前、后的电压分量和电流分量求出故障后初始行波电压和本级保护线路各点处的故障前电压，然后将本级保护线路各点处的故障前电压与所求初始行波电压进行相关性计算，得出相对应的相关系数的绝对值，最后通过这些相关系数的绝对值构成的曲线，形成区内、区外故障识别判据。如果若相关性系数绝对值曲线有极值点，则判断故障发生在保护范围内；如果相关性系数绝对值曲线无极值点，则判断故障发生在保护范围外。本发明实施例技术方案能够实现行波距离保护中识别区内区外故障，不仅解决了以前单端行波保护区内、区外故障无法识别的问题，有极大的开创性，而且保证了行波距离保护的可靠性。

附图说明

图1是根据一示例性实施例示出的一种电力系统输电线路保护区内区外故障的识别方法流程图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种获取初始行波电压和本级保护线路各点处的故障前电压的流程图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

图1是根据一示例性实施例示出的一种电力系统输电线路保护区内区外故障的识别方法流程图。如图1所示，一种电力系统输电线路保护区内区外故障的识别方法可以包括以下步骤：

步骤1，获取初始行波电压和本级保护线路各点处的故障前电压；

步骤2，将初始行波电压和本级保护线路各点处的故障前电压进行相关性计算，求得相关系数的绝对值并形成相关性系数绝对值的曲线；

步骤3，根据相关性系数绝对值的曲线判断故障发生在保护范围内还是保护范围外，如果相关性系数绝对值曲线有极值点，则判断故障发生在保护范围内，否则故障发生在保护范围外。

图2是根据一示例性实施例示出的一种获取初始行波电压和本级保护线路各点处的故障前电压的流程图。在一种可能的实现方式中，所述获取初始行波电压和本级保护线路各点处的故障前电压的过程包括以下步骤：

步骤10，进行故障相模变换；

步骤11，选择适当的电压模量和电流模量；

步骤12，根据测量点故障前、后的电压分量和电流分量求得初始行波电压；

步骤13，根据测量点处故障前电压分量和电流分量求得本级保护线路各点处的故障前电压。

高压长距离输电线路发生故障时，故障点故障前电压分量和故障分量初始行波电压之间相位差为π，则进行相关计算，其相关性系数绝对值为1；而故障分量初始行波电压与线路其他点的初始电压相关性系数绝对值小于1，且离故障点越远，此绝对值越小。在保护测量点处，可以得到故障前的电压分量uq、电流分量iq和故障后的电压分量ug、电流分量ig。根据此，可以求出测量点处故障电压分量、电流分量，进而求出初始行波电压ur。根据测量点处故障前的电压分量uq和电流分量iq可以求得线路各点处的故障前电压uf。求解初始行波电压ur和故障前电压uf的方法都已经很成熟，本申请不再赘述。如前所述，在线路各点中，只有故障点初始行波电压和故障前电压的相关系数绝对值最大，如果故障发生在保护线路范围内，那么计算本级保护线路每一点的相关性系数绝对值构成的曲线必然有极值存在，极值点即为故障点。否则，区外故障时，所得本级保护线路每一点的相关性系数绝对值构成的曲线没有极值点，而是一条呈单调递增曲线。

采用本发明实施例技术方案对区内区外故障进行识别的具体过程如下：

1)、进行故障相模变换，选择适当的电压模量和电流模量，所述进行故障相模变换就是当三相电力系统发生故障时，根据克拉克相模变换矩阵(针对于不同的故障类型所需要的模量可从表1中查得)将不对称的相量分解成互相对称的模量。目前有相模变换的选相方法很多且都成熟，本申请需要快速选相，所以利用暂态量选相的方法均可以。

表1：

表1中，ag、bg、cg分别代表a相、b相、c相单相接地，abg、bcg、cag分别代表ab相、bc相、ca相两相短路接地，bc、ca、ab分别代表bc相、ca相、ab相两相相间短路，ur代表初始行波电压，uf代表故障点故障前电压。

对于三相系统发生故障时，要根据相模变换矩阵将不对称的相量分解成互相对称的模量。根据行波相关理论，以采用克拉克变换为例，不同故障采用的电压电流模量如表1所示。其中对于两相相间短路，以bc相相间故障为例，以a相为基准的相模变换，其1模分量为0，故选用以b相为基准的相模变换的1模变换。但相应初始行波电压ur与故障前电压uf的相位差为150°，所以在进行相关之前，要进行平移。这样才能保证本方法的正确性。其它两相相间短路都可以遵循此相模变换矩阵的规律进行计算。利用其它相模变换矩阵也可以得到类似结论，故均属于本发明专利的范畴。

2)、根据测量点故障前的电压分量uq、电流分量iq和故障后的电压分量ug、电流分量ig求得初始行波电压ur。

3)、根据测量点处故障前电压分量uq和电流分量iq求得本级保护线路各点处的故障前电压uf1,uf2,uf3,…,ufx,…,ufl，其中uf1、uf2等为线路各点对应的故障前电压，ufx为测量的故障点对应的故障电压，ufl为线路末端对应的故障电压。可以看出，线路各点并非连续点，而是根据采样频率的大小将线路离散了的点。

4)、将初始行波电压ur和本级保护线路各点处的故障前电压uf1,uf2,uf3,…,ufx,…,ufl进行相关性计算，求得相关系数ρ1,ρ2,ρ3,…,ρx,…,ρl的绝对值。构成相关性系数绝对值曲线。

5)、根据相关性系数绝对值曲线，形成区内、区外故障判据，若若相关性系数绝对值曲线有极值点，故障发生在保护范围内。若相关性系数绝对值曲线无极值点，故障发生在保护范围外。

本发明实施例技术方案首先通过测量点处故障前、后的电压分量和电流分量求出故障后初始行波电压和本级保护线路各点处的故障前电压，然后将本级保护线路各点处的故障前电压与所求初始行波电压进行相关性计算，得出相对应的相关系数的绝对值，最后通过这些相关系数的绝对值构成的曲线，形成区内、区外故障识别判据。如果若相关性系数绝对值曲线有极值点，则判断故障发生在保护范围内；如果相关性系数绝对值曲线无极值点，则判断故障发生在保护范围外。本发明实施例技术方案能够实现行波距离保护中识别区内区外故障，不仅解决了以前单端行波保护区内、区外故障无法识别的问题，有极大的开创性，而且保证了行波距离保护的可靠性。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。