专利名称：基于固有频率的输电线路单相故障性质识别方法
技术领域：
本发明属于电力系统输电线路继电保护技术领域，涉及一种输电线路单相智能重合闸故障性质判别方法，具体涉及一种基于固有频率的输电线路单相故障性质识别方法。
背景技术：
众所周知，重合闸技术是国内外电力系统广泛采用的一种提高输电线路供电可靠性的有效措施，但现有固定重合时限的重合闸技术存在盲目重合于未熄弧故障和永久故障引发的二次短路冲击的危险。鉴于智能电网高度供电可靠性的要求，提高输电线路的故障自愈能力具有重要的工程价值，其中对具有故障性质识别功能和自适应重合时间的智能重合闸的研究尤为重要。目前，现有智能重合闸的故障性质判别方法可分为基于故障电弧阶段电气量和恢复电压阶段电气量特征两类。电弧阶段方法主要是利用电弧电压的高次谐波特征实现瞬时故障和永久故障的识别，但由于存在难以建立精确电弧模型和微弱信号测量精度低的问题，使利用电弧阶段电气量特征的判据受到了限制，且所判别为瞬时性的故障在重合前电弧是否熄灭仍存在不确定因素。恢复电压阶段的判别方法有利用端电压量和利用电流量两类。利用电压量的故障识别主要根据断开相电压的幅值相位特征及谐波的成分；利用电流量的故障识别主要有断开相电流、并联电抗器电流和小电抗器电流的幅值、频率及拍频特性等判据。而带并补电抗器的长距离特/超高压长距离输电线路为了减小单相接地故障电弧电流，引入中性点小电抗器实现对相间电容耦合电流的近似全补偿，利用故障点电流特征实现故障性质判别存在困难，而且高补偿度并联电抗器极大的消弱了健全相的耦合作用，同时导致瞬时故障熄弧后的低频自振分量频率十分接近工频分量，使得利用拍频特征的判别方法难以有效应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于固有频率的输电线路单相故障性质识别方法，进一步提高了输电线路单相故障识别判据的灵敏度和可靠性。本发明所采用的技术方案是，基于固有频率的输电线路单相故障性质识别方法，具体按照以下步骤实施:步骤1，输电线路单相故障跳闸后，采集故障相电流i(t)，先经信号调理后再对故障相电流i⑴进行PRONY分析，获取故障相电流i⑴主频频率f i (k)；步骤2，将步骤I中获取的主频频率fjk)与电力系统工频fQ(k)进行比较，构造合理的判据；步骤3，根据步骤2构造的判据进行输电线路单相故障性质识别。本发明的特点还在于，步骤I具体按照以下步骤实施:步骤1.1，输电线路单相故障跳闸后采集故障相电流i(t)；
步骤1.2，对步骤1.1中采集到的故障相电流i (t)进行高通滤波等信号处理；步骤1.3，对步骤1.2处理后的故障相电流i⑴进行PRONY分析，在PRONY分析结果中提取出故障相电流i (t)中含有暂态分量的固有频率主频频率(k)。步骤2中构建的判据为:f! (k) >Kre.f0 (k)；述判据中，Kre为可靠系数，Kre>l。步骤3具体按照以下步骤实施:若断路器断开后，若满足步骤2中的判据要求，能够可靠判为输电线路单相故障性质为瞬时性故障；否则，则判为输电线路单相故障性质为永久性故障。本发明的有益效果在于，(I)本发明的基于固有频率的输电线路单相故障性质识别方法在输电线路发生故障时，故障产生的行波将在故障点与线路两端之间来回反射，故障点两侧均可以单独实现对故障性质的识别；对于重要的输电线路，线路两端可同时判别，起到判断后再确认的作用，可有效确保故障性质识别判据的可靠性。(2)本发明的基于固有频率的输电线路单相故障性质识别方法在故障发生后的暂态分量中存在工频和固有 频率成分，固有频率高于工频，且所有固有频率中主频与工频(50Hz)最接近，信号幅值较大且存在时间较长，易于提取；若断路器断开后，固有频率主频分量不存在或者存在时间较小无法提取则输电线路发生永久性故障且已经熄弧。(3)本发明的基于固有频率的输电线路单相故障性质识别方法中输电线路故障产生的固有主要频率与故障点位置和线路两端系统的阻抗等输电线路固有参数有关，不受系统运行状态、电弧模型、故障时刻、线路长度、负荷电流、过渡电阻及补偿度等因素的影响。(4)本发明的基于固有频率的输电线路单相故障性质识别方法具有良好的适用性，对于现有带并联电抗器和不带并联电抗器的输电线路均可适用。
图1是本发明的基于固有频率的输电线路单相故障性质识别方法中采用的两端带并联电抗器的输电线路微机保护硬件的结构图；图2是输电线路发生故障的时序图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。当高压输电线路发生故障后，高频分量中的周期性分量是发生故障后行波在输电线路上传播，并在故障点和电源阻抗之间来回反射形成的。在频域上表现为一个特定频率(即固有频率主频)的谐波形式。由线路电感和线路对地电容形成固有频率的振荡回路，由于输电线路的分布参数特性，固有频率应该有无穷多个。随着固有频率的增大，衰减越来越严重，固有频率分量幅值越来越小，只有固有频率的主频幅值最大时，频率与工频最为接近。本发明方法中对两端带并联电抗器的输电线路进行研究，如图1所示，输电线路M、N两侧装有使用本发明判别元件的保护装置，输入量为输电线路电流量，电流由输电线路两侧电流互感器TAl、TA2获取，图1中的虚线框内为本发明所采用的硬件结构图，该硬件包括有数据采集系统、微机主系统及输出输出系统，本发明方法中的判别算法通过编制程序在微机DSP主系统实现。以M侧为例，输电线路电流经电流互感器TAl获取后经高通滤波、采样保持和A/D转换后，送到微机主系统，由相应的算法计算出固有频率；然后依据固有频率计算结果判断线路发生的单相故障是瞬时性故障还是永久性故障。同理，对于双端带并联电抗器线路N侧的保护装置也可以按照前述思路判断线路单相故障性质。对于一端带并联电抗器线路判别结果可由通道传送到对端，由判别算法即判据的判别结果决定两端重合闸动作与否。本发明的基于固有频率的输电线路单相故障性质识别方法的原理是利用故障相电流量的频率特性构建故障性质识别判据，具体是故障线路中的电流分量依次经录波、滤波之后，利用Prony算法分析其频率，提取固有频率主要频率分量，通过比较主频与工频的大小建立故障性质识别判据进行故障性质识别。本发明的基于固有频率的输电线路单相故障性质识别方法，具体按照以下步骤实施:步骤1，输电线路单相故障跳闸后，采集故障相电流i(t)，先经信号调理后再对故障相电流i⑴进行Prony分析,获取故障相电流i⑴主频频率f丨(k):步骤1.1，输电线路单相故障跳闸后采集故障相电流i⑴；步骤1.2，对步骤1.1中采集到的故障相电流i⑴进行高通滤波等信号处理，滤除噪声及频率低于50Hz的各频率信号；步骤1.3,对步骤1.2处理后的故障相电流i⑴进行Prony分析,在Prony分析结果中提取出故障相电流i(t)中含有的暂态分量的固有频率主频频率f\(k);这是因为故障相电流i(t)含有的各暂态分量中频率越高幅值小，衰减越严重，只有固有频率主频分量幅值最高，提取最为方便 ，而且主频频率f^k)与工频f^k)最为接近；步骤2，将步骤I中获取的主频频率fjk)与电力系统工频fQ(k)进行比较，构造合理的判据:在输电线路单相故障跳闸后，故障相电流i(t)分量中存在固有频率高频暂态分量，并且固有频率中主频频率f^k)会大于电力系统工频fjk)；当断路器断开之后，瞬时性故障(故障未熄弧)还会继续存在固有频率高频分量；永久性故障对地可靠放电，故障相电流i (t)分量不存在高频分量只存在工频分量 f0 (k)；具体按照以下判据进行判断:f! (k) >Kre.f0 (k)；在上述判据中，Km为可靠系数，Kre>l ；步骤3，根据步骤2构造的判据进行输电线路单相故障性质识别:断路器断开后，若满足步骤2中的判据要求，能够可靠判为输电线路单相故障性质为瞬时性故障，产生瞬时性故障熄弧的时刻发出重合命令，这样能有效缩短停电时间，瞬时性故障媳弧的时刻的确定能够有效提闻重合闸的效率；否则，则判为输电线路单相故障性质为永久性故障或称之为瞬时故障已熄弧，在最大允许非全相运行时间到达前持续判别，此外永久性故障对地可靠放电，电弧熄灭相对较快，当断路器断开之后，故障相不含高频固有分量。图2展示了输电线路故障时序，由图2可以看出^时刻输电线路发生故障，t2时刻断路器断开，t3时刻故障熄弧，t4是重合闸时刻。当输电线路故障发生之后，即Ot1时，对故障相暂态电流分量固有频率的主频(k)进行持续计算，当判断完成，重合闸装置动作之后，停止计算。当ti〈t〈t2时，瞬时性故障和永久性故障都含有暂态高频分量；由于永久性故障对地可靠放电，故障相暂态分量中固有频率主频分量持续时间不长。当t>t2时，可以根据判据判断故障性质，若无法提取到固有高频主频分量或主频分量不存在时，可直接判为永久性故障。当上述判据满足动作条件判为瞬时性故障，自适应重合闸装置动作，断路器合闸。反之，则判为永久性故障，自适应重合闸装置闭锁。本发明的方法是在输电线路内部故障基础上，根据故障产生的电磁波固有频率，分析固有频率特征而提出一种基于固有频率特征的输电线路故障性质识别方法，其中固有频率只与输电线路固有参数有关，所以此方法不受 系统外其他因素的影响，与现有利用输电线路电气量特征的判据配合使用可有效提高可靠性。本发明的方法不仅可以作为特高压长线路智能重合闸故障性质识别的有效方法；还可作为现有基于故障相电气量特征判据的有效补充。在微机保护和信号处理技术日益成熟的基础之上，该方法具有良好的应用前景。本发明的基于固有频率特征的输电线路故障性质识别方法是基于故障点产生向输电线路两侧传播的一系列暂态高频(即固有频率)分量的主频成分，在断路器断开之后，根据固有频率主频频率f\(k)与工频大小的比较来识别故障性质，固有频率具有只与输电线路参数有关的特点，避免了基于故障相电气量特征识别判据的故障相电气量与多种因素有关及对测量精度要求较高的缺点。
权利要求
1.基于固有频率的输电线路单相故障性质识别方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施: 步骤1，输电线路单相故障跳闸后，采集故障相电流i(t)，先经信号调理后再对故障相电流i⑴进行PRONY分析，获取故障相电流i⑴主频频率(k)； 步骤2，将步骤I中获取的主频频率fjk)与电力系统工频fjk)进行比较，构造合理的判据； 步骤3，根据步骤2构造的判据进行输电线路单相故障性质识别。
2.根据权利要求1所述的基于固有频率的输电线路单相故障性质识别方法，其特征在于，所述步骤I具体按照以下步骤实施: 步骤1.1，输电线路单相故障跳闸后采集故障相电流i(t)； 步骤1.2，对步骤1.1中采集到的故障相电流i (t)进行高通滤波等信号处理； 步骤1.3，对步骤1.2处理后的故障相电流i⑴进行PRONY分析，在PRONY分析结果中提取出故障相电流i(t)中含有暂态分量的固有频率主频频率fjk)。
3.根据权利要求1所述的基于固有频率的输电线路单相故障性质识别方法，其特征在于，所述步骤2中构建的判据为: fi (k) >Kre.f0 (k)； 在上述判据中，Kr e为可罪系数，Kre>l ο
4.根据权利要求1所述的基于固有频率的输电线路单相故障性质识别方法，其特征在于，所述步骤3具体按照以下步骤实施: 若断路器断开后，若满足步骤2中的判据要求，能够可靠判为输电线路单相故障性质为瞬时性故障； 否则，则判为输电线路单相故障性质为永久性故障。
全文摘要
本发明公开了基于固有频率的输电线路单相故障性质识别方法，具体按照以下步骤实施1)在输电线路单相故障跳闸后，采集故障相电流i(t)，经高通滤波等信号调理步骤之后再进行Prony分析，在Prony分析结果中提取出暂态分量的固有频率主频f1(k)；2)将步骤1)中获取的主频频率f1(k)与电力系统工频f0(k)进行比较，构造合理的判据然后根据判据，即f1(k)>Kre·f0(k)；3)根据步骤2)构造的判据进行输电线路单相故障性质识别。本发明的无故障识别方法不仅解决了现有输电线路单相故障识别方法易受电弧模型、故障时刻、线路长度、负荷电流、过渡电阻及补偿度因素影响的问题，还解决了现有固定时限的重合闸存在重合于未熄弧瞬时故障的问题进一步提高了输电线路单相故障识别判据的灵敏度和可靠性。
文档编号G01R31/00GK103219712SQ20131007728
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月12日 优先权日2013年3月12日
发明者邵文权, 南树功 申请人:西安工程大学