专利名称：电网故障暂态行波信号检测方法
技术领域：
本发明属高压输电网故障诊断技术领域，特别涉及一种电网故障暂态行 波信号检测方法。
背景技术：
电网故障暂态行波信号检测是输电线路故障行波定位与保护的关键。现 有的暂态行波信号检测方法大多从电流互感器二次侧提取行波信号，通过高 速采集、软件检测判断故障行波信号，记录故障行波到达时间，需测量每条 出线的暂态电流，检测装置复杂，造价高。为此，国内外研究了行波传感器
提取电网暂态电压行波进行故障定位的相关技术。申请号200510102444.7名 为"时分复用采样的输电线路行波故障测距装置"的发明专利公开了一种利 用高釆样率M)在时分复用情况下对各数据采集通道进行模拟量采样的方 法，该方法定位精度高、可靠性好；但该装置软硬件结构复杂，需配备高速 采集卡和专门的行波形态特征数据分析软件，设备造价高，不便于推广应用。 申请号00131128.x名为"电力线路保护方法及用于该方法的行波传感器"的 发明专利公开了一种利用行波传感器检测故障暂态行波信号进行电力线路保 护与故障定位的方法，该方法中的行波传感器能够检测电压和电流行波，检 测效果好，但该该行波传感器只能检测一个电压等级线路的故障行波信号， 且安装较复杂。
发明内容
本发明针对上述存在的问题提供了一种利用开口式专用行波传感器从
变压器外壳接地线中提取暂态行波信号的方法，该方法对暂态行波反映灵敏、 结构简单、安装方便、运行可靠，可以为行波保护和定位提供准确的暂态行 波到达时间，而且该开口式专用行波传感器可实现对变压器高、中、低压所 有出线的暂态信号检测。
为实现上述目的，本发明的具体方法是
1) 在变电站变压器外壳接地线上安装开口式专用行波传感器；
2) 利用开口式专用行波传感器检测电网暂态信号；
3) 根据暂态信号的上升时间和幅值大小判断电网故障暂态行波信号，并 记录行波信号到达的精确时间和极性。
上述的电网故障暂态行波信号检测方法中，开口式专用行波传感器由对 称的两个半环形高频磁性材料组成，每部分双层绕制5 30匝线圈，两个半 环形高频磁性材料铁心体由螺栓固定在一起。
变压器线圈在冲击电压作用下会产生线圈间的静电感应、电磁感应和线 圈内部的自由振荡过程， 一般情况下，三个过程同时发生，但总是以其中一 个为主。在分析变压器线圈的静电感应过程时，变压器可等效为一个电容链: 高压、中压和低压线圈分别由单位长度的纵向电容组成，高压、中压和低压 线圈两两之间存在等效电容，三个线圈和变压器外壳之间也存在等效电容。 当冲击电压作用于变压器的某一侧线圈时，由于线圈电容链的静电感应过程、 电磁感应和自由振荡过程，其它两个线圈也会产生很高的感应过电压。静电 感应电压的幅值主要取决于线圈的对地电容和线圈之间电容的大小。而由于 变压器外壳对线圈和铁芯同样存在纵向电容和对地电容，所以外壳接地线上 也会感应出高频暂态电流。因此从变压器外壳接地线上也可以提取高频暂态 行波信号。
本发明提出的电网故障暂态行波信号检测方法，利用开口式专用行波传 感器从变压器的外壳接地线上提取暂态行波信号，不改变电力系统的一次接 线，开口式行波传感器可实现变压器高、中、低压所有出线暂态行波信号的 检测，而且对暂态行波反映灵敏、安装方便、简单、适应性广。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图l是故障行波提取原理图； 图2是开口式专用行波传感器；
(a) 为传感器线圈绕制(b) 为传感器外形结构图； 图3是三相变压器仿真模型；
图4是变压器高压侧线路故障时的仿真波形； 图5是变压器中压侧线路故障时的仿真波形； 图6是变压器低压侧线路故障时的仿真波形。
具体实施例方式
本发明的结构如图1所示，由开口式专用行波传感器1、高频屏蔽电缆2、 行波波头检测单元3、行波时间记录单元4等组成。套接在变压器6的外壳 接地线5上的开口式专用行波传感器1把行波波头准确、无延时地变换成幅 值在2F 12F之间、频率在100^fe 2M他之间的高频暂态行波信号，并从二次 侧经高频屏蔽电缆2送至行波波头检测单元3的输入端；行波波头检测单元 3对输入信号进行突变信号检测，以输入信号的变化率、上升或下降时间和
波头的幅值进行行波波头辨识，当行波信号的变化率电平大于0.3￥、上升或 下降时间小于10(o5、行波波头的幅值大于2V时，行波波头检测单元通过电 路处理产生幅值为5V、持续时间宽度为5)aS的方波信号，并通过高速光电隔 离后送至行波时间记录单元4;行波时间记录单元4采用现场可编程门阵列 FPGA实现，将输入的方波信号进行滤波处理后，用标准GPS秒脉冲信号同 步100MHz高精度恒温晶振信号，在输入信号到达时刻锁存GPS同步时间数 据，同时记录行波通道号和行波极性，并将锁存的时间信息、行波通道号和 行波极性打包形成行波信息进行存储，完成暂态行波信号的检测和时间记录 功能。
如图2所示，开口式专用行波传感器l由对称的两个半环形高频磁性材 料组成，每部分双层绕制IO匝线圈，两个半环形高频磁性材料铁心体由螺栓 固定在一起。开口式专用行波传感器1能抑制高频信号，只传输100Wfe 2M他 之间的高频突变信号。
开口式专用行波传感器1套接在变压器6的外壳接地线5上，以图3所 示的三相变压器6仿真模型为例进行分析，变压器6的行波传变结果如图4、 图5和图6所示。图4中，曲线7是变压器高压侧线路故障时的暂态行波信 号，曲线8为开口式专用行波传感器1输出的暂态行波信号；图5中，曲线 9是变压器中压侧线路故障时的暂态行波信号，曲线IO为开口式专用行波传 感器1输出的暂态行波信号；图6中，曲线11是变压器低压侧线路故障时的 暂态行波信号，曲线12为开口式专用行波传感器1输出的暂态行波信号。由 图4、图5和图6可知利用开口式专用行波传感器可从变压器外壳接地线上 不失真地提取暂态行波信号，该信号经行波波头检测单元3判断为故障行波信号，启动行波时间记录单元4记录行波信号到达的精确时间和极性。
该电网故障暂态行波信号检测方法己应用于电网故障行波定位系统，经
工业现场运行经验表明能可靠、准确、灵敏检测变电站变压器高中低压侧 所有线路的故障行波信号，实现简单、便于推广，具有广阔应用前景。
权利要求
1、一种电网故障暂态行波信号检测方法，包括如下步骤1)在变电站变压器外壳接地线上安装开口式专用行波传感器；2)利用开口式专用行波传感器检测电网暂态信号；3)根据暂态信号的上升时间和幅值大小判断电网故障暂态行波信号，并记录行波信号到达的精确时间和极性。
2、 如权利要求l所述的电网故障暂态行波检测方法，其特征是所述步 骤1)的开口式专用行波传感器由对称的两个半环形高频磁性材料组成，每部 分双层绕制5~30匝线圈，两个半环形高频磁性材料铁心体由螺栓固定在一起。
全文摘要
本发明属于电力系统领域，涉及一种电网故障暂态行波信号检测方法。该方法在变电站变压器外壳接地线上安装开口式专用行波传感器，检测电网暂态信号，根据暂态信号的上升时间和幅值判断电网故障暂态行波信号，并记录行波信号到达的精确时间和极性。本发明的开口式专用行波传感器可以同时检测变电站变压器高中低压侧所有线路的故障行波信号，实现简单、便于推广。
文档编号G01R31/08GK101354424SQ20081003185
公开日2009年1月28日 申请日期2008年7月23日 优先权日2008年7月23日
发明者何纯芳, 曾祥君, 李泽文, 王媛媛, 秦小安 申请人:长沙理工大学