一种基于线模电流s变换辐角检测的母线保护方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于线模电流S变换辐角检测的母线保护方法，属于电力系统继 电保护技术领域。
【背景技术】
[0002] 母线连接多条进、出线路，是输配电的枢纽，在电力系统中占有极其重要的地位。 母线故障时，若不能及时检测并切除故障母线，将会扩大事故范围，毁坏更多设备，破坏电 力系统安全稳定运行，甚至瓦解整个电力系统，因此，研究可靠性高、选择性好、灵敏度高的 母线保护原理是很有必要的。
[0003] 母线保护主要是利用基尔霍夫电流定律对母线发生故障进行判别，当与母线相连 的各条线路上电流之和为零时，母线未发生故障，反之，则为母线故障。按照保护原理划分， 母线保护主要有基于工频量保护和基于暂态量保护两大类。目前应用最广泛的母线保护以 工频电流量为基础，保护基本上能满足系统对于可靠性和选择性的要求，但是面临抗CT饱 和能力差的问题，比例差动原理的引入可解决CT饱和问题，但也同时降低了差动保护的灵 敏度。行波母线保护利用各条线路上所测故障行波的极性和幅值是否相同对母线故障和线 路故障进行区分，当电压过零点发生故障时，难以检测到暂态行波波头，行波母线保护易失 效。因此，提出了一种基于线模电流S变换辐角检测的母线保护方法，保护可靠且对采样率 要求低，只需确定初始行波到达时刻而无需检测行波波头极性，不受负荷电流、电流互感器 饱和及过渡电阻等影响。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是克服现有母线保护方法受负荷电流、电流互感器饱和 及过渡电阻等影响的问题，提出一种基于线模电流S变换辐角检测的母线保护方法。
[0005] 本发明的技术方案是：一种基于线模电流S变换辐角检测的母线保护方法，当线 路或母线发生故障时，提取故障后短时窗内的母线上各条线的三相电流数据，通过三相电 流数据计算得到含故障相的线模电流；对线模电流进行S变换，求得其幅值矩阵，由S变换 幅值矩阵中最高频率分量的突变点确定行波到达时刻并求取其对应辐角，计算线路线模电 流与其余线路线模电流的辐角差，将各线路线模电流高频分量在故障初瞬的相位关系构成 判据，按照判据原则实现线路故障与母线故障的判别。
[0006] 具体步骤为：
[0007] 第一步、线路线模电流的获取：当线路或母线发生故障时，通过量测端测得三相电 流iA，iB，ie，并根据三相电流数据计算得到含故障相的线模电流；
[0008] 第二步、初始行波到达时刻的确定：对步骤一中得到的含故障相的线模电流进行 S变换，得到幅值矩阵，由S变换幅值矩阵中最高频率分量的突变点确定行波到达时刻；
[0009] 第三步、辐角差的计算：根据步骤二中确定的行波到达时刻，求取最高频率分量在 行波到达时刻的辐角，按照式（1)计算线路1^的线模电流与其余线路线模电流的辐角差 0,,:
[0010]
[0011] 其中，i，j为与母线相连的各线路，i= 1, 2,…，h;j= 1, 2,…，h;
[0012] 第四步、根据线路故障线模电流高频分量在故障初瞬的相位关系，考虑各种不确 定因素，留有30°的裕度，可构建母线保护中故障识别判据为：
[0013] 若0 "彡150°，i= 1，2,…，h，则判为母线故障； （2)
[0014] 若0 4150°，对于i= 1，2,…，h均成立，则判为出线Q故障。 （3)
[0015] 所述采样率为10kHz，取时窗为故障前后0. 02s的线模电流采样值进行分析。
[0016] 本发明的原理是：
[0017] -、线路线模电流的获取
[0018] 当线路或母线发生故障时，提取故障后短时窗内的母线上各条线的三相电流数据 iA，iB，ie，通过三相电流数据计算得到含故障相的线模电流。
[0019] 二、线模电流S变换辐角检测
[0020] (1)S变换：S变换是一种可逆的局部时频分析方法。对信号进行S变换，信号的突 变点包含的高频分量集中体现在S变换幅值矩阵频率较高的行中，且S变换辐角矩阵的各 个元素隐含着信号在各频率、不同时刻的辐角信息。
[0021] (2)辐角检测：应用S变换幅值检测功能可以较准确的确定故障行波初始波头到 达时刻；应用S变换辐角检测功能很容易实现对馈线故障电流高频暂态分量的辐角进行分 析。对含故障相的线模电流进行S变换，得到幅值矩阵，由S变换幅值矩阵中最高频率分量 的突变点确定行波到达时刻，根据确定的行波到达时刻，求取最高频率分量在行波到达时 刻的辐角，按照式（1)计算线路1^的线模电流与其余线路线模电流的辐角差0 1]:
[0022]
[0023] 三、线路与母线故障的判别
[0024] 根据线路故障线模电流高频分量在故障初瞬的相位关系，考虑各种不确定因素， 留有30°的裕度，可构建母线保护中故障识别判据为
[0025] 若0 "彡150°，i= 1，2,…，h，则判为母线故障； （2)
[0026] 若0 4150°，对于i= 1，2,…，h均成立，则判为出线Q故障。 （3)
[0027] 其中，i，j为出线，i= 1，2,…，h;j= 1，2,…，h。
[0028] 本发明的有益效果是：
[0029] (1)本方法对含故障相的线模电流进行S变换辐角检测，将各线路线模电流高频 分量在故障初瞬的相位关系构成判据，实现线路故障与母线故障的判别，不但原理简单，而 且可靠有效。
[0030] (2)本方法对采样率要求低，只需确定初始行波到达时刻而无需检测行波波头极 性，不受负荷电流、电流互感器饱和及过渡电阻等影响。
【附图说明】
[0031] 图1为仿真系统图，母线上相连的各条出线长度Li=L2=L3=L4=400km ;
[0032] 图2为母线故障时各线路间辐角差的三维立体柱状图；
[0033] 图3为线路1^故障时各线路间福角差的二维立体柱状图；
[0034] 图4为线路1^2故障时各线路间福角差的二维立体柱状图。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明作进一步说明。
[0036] 实施例1 :母线故障
[0037] 以图1所示的输电系统为例，其线路参数设置如下：系统母线采用3/2接线，母线 上相连的各条出线长度L1=L2=L3=L4= 400km。故障设置：设置母线发生A相接地故 障，故障初始相角为90°，过渡电阻为10Q，采样率为10kHz，设置故障时间为0.4463s，采 取时间区间为0. 4453s到0. 4473s内的故障三相电流。
[0038] 1按照所设置的故障，根据说明书中步骤一通过量测端得到三