一种基于s变换的输电线路故障快速选相方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法，包括以下步骤：(1)实时采集线路侧保护元件处的电流；(2)将采集的电流滤除工频分量后，对故障分量电流进行相模变换，提取故障分量电流的模分量；(3)对模量电流信号进行S变换处理，得到各模量的复时频矩阵，求解模及相角，根据零模相量的特征判断接地故障或非接地故障，利用线模相量之间的关系进行故障选相；(4)当确定故障为两相接地故障时，分别对相电流在时间轴两侧的波形进行积分、描述波形特征，并以此识别故障相。该方法利用S变换提取各模分量在特定时间下的单一频率模相量，根据各模相量之间的关系确定故障类型，具有灵敏度高，动作速度快，识别准确的优点。
【专利说明】一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法。
【背景技术】
[0002] 随着电能西电东送、南北互供战略格局的逐步推进，未来10年我国将建设大量的 超（特）高压输电线路，进而形成以超（特）高压线路为骨干网架的坚强电力传输网。超 (特）高压线路在电网中的重要地位，要求继电保护装置具有更快的故障切除速度、更高的 可靠性和灵敏性，利用故障行波或暂态量的保护原理成为实现超高速保护的有效途径。随 着超高速行波保护和暂态量保护的发展，线路保护对选相的快速性、可靠性提出了更高的 要求。传统故障选相主要是基于工频量，利用对称分量、模故障分量特征或相电流差工频变 化量实现选相，其精度易受过渡电阻影响并且需要半个工频周期的采样数据，选相所需时 间过长，不能满足超高速保护的快速跳闸要求。因此，故障快速选相已经成为实现超高速保 护的重要课题。
[0003] 故障产生的暂态分量包含大量故障信息，利用故障行波或暂态量的选相方法可以 在较短的数据窗内实现故障相判别，保证了选相方法的快速性。国内外学者对基于故障行 波或暂态量的选相方法进行了一系列的研究，并取得了一些有益的成果。
[0004] 《基于小波理论的超高压输电线路故障定位与选相方法》利用小波分析工具提取 零模以及两个线模电流行波的小波变换模极大值，进而根据模电流行波的极大值之间的关 系实现故障选相，该方法实现简单，但用于选相的特征频带受系统参数、故障类型等因素影 响较大，如果频带选取不当可能造成选相失败。
[0005] 《基于暂态电流小波熵权的输电线路故障选相方法》基于高压输电线路故障暂态 电流，定义了小波熵权系数，提出了一种利用高频暂态电流的小波熵权的选相方法。该方 法不受故障电阻，故障位置等因素影响，具有较高的精度和可靠性，但在电压过零时刻发生 故障可能造成误判并且选相时间较长。
[0006] 《A new approach to phase selection using fault generated high frequency noise and neural networks》对三相电压的6个高频分量进行能量比较来判别故障相。该 方法不受过渡电阻等因素影响，选相较为精确，但神经网络系统需要经过预先训练，复杂并 且计算量大，实用性不强。
[0007] ((Wavelet fuzzy combined approach for fault classification of a series-compensated transmission line》将三相电流在2个高频段和I个低频段的小波 变换模极大值经由模糊专家系统来识别故障相，选相结果较为精确。然而求低频段最大值 所需时间窗较长（半个周波），远距离的两相接地可能会被误判成单相接地。
[0008] 《新型继电保护和故障测距的原理与技术》中的行波选相元件根据零模和线模电 流行波的幅值及其之间关系来实现故障选相，该方法能正确识别相间短路故障和三相故 障。然而，由于忽略非故障相上的耦合电流，当线路远端发生单相或两相接地故障时使用零 模量与线模量间的大小关系进行选相可能会出现误判。
[0009] 《利用电流行波进行超高压输电线路故障类型识别的研究》基于不同类型故障时 (相、模）电流行波幅值和极性的各种特征识别故障类型，该方法不受CT饱和与系统振荡影 响，但其可靠性依赖于对波头的准确识别，而波头的形状和极性与线路两端的波阻抗的变 化情况（即母线结构）有关，幅值又与故障发生时刻密切相关，因此选相的可靠性较差。
[0010] 《基于暂态量的超高压输电线路故障选相》根据实际线路中三相导线的结构与耦 合强度，提出以三相故障暂态量的大小及其相对关系来判别故障相的故障选相方法，该方 法动作快速可靠，基本不受故障类型、故障过渡电阻等的影响，但在某相电压过零时发生的 三相短路有可能会误判成两相相间短路。
[0011] 由此可见，现有的基于故障行波或暂态量的选相方法中并没有完全可靠性高、选 相速度快并且灵敏度高的选相方法。
【发明内容】
[0012] 本发明为了解决上述问题，提出了一种基于S变换的输电线路故障快速选相方 法，本方法利用S变换提取各模分量在特定时间下的单一频率模相量，根据各模相量之间 的关系确定故障类型；对于两相接地故障，则利用相电流积分区别故障相与非故障相，具有 灵敏度高，动作速度快，识别准确的优点。
[0013] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0014] 一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法，包括以下步骤：
[0015] (1)实时采集线路侧保护元件处的电流；
[0016] (2)将采集的电流滤除工频分量后，对故障分量电流进行相模变换，提取故障分量 电流的零模与线模故障分量；
[0017] (3)对模量电流信号进行S变换处理，得到各模量的复时频矩阵，求解模及相角， 提取各电流信号的模相量，根据零模相量的特征判断接地故障或非接地故障，利用线模相 量之间的关系进行故障选相；
[0018] (4)当确定故障为两相接地故障时，引入相电流积分方法，分别对相电流在时间轴 两侧的波形进行积分，描述波形特征，并以此识别故障相。
[0019] 所述步骤（2)中，相模变换的具体方法为：
【权利要求】
1. 一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法，其特征是：包括以下步骤： (1) 实时采集线路侧保护元件处的电流； (2) 将采集的电流滤除工频分量后，对故障分量电流进行相模变换，提取故障分量电流 的零模与线模故障分量； (3) 对模量电流信号进行S变换处理，得到各模量的复时频矩阵，求解模及相角，提取 各电流信号的模相量，根据零模相量的特征判断接地故障或非接地故障，利用线模相量之 间的关系进行故障选相； (4) 当确定故障为两相接地故障时，引入相电流积分方法，分别对相电流在时间轴两侧 的波形进行积分、描述波形特征，并以此识别故障相。
2. 如权利要求1所述的一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法，其特征是：所 述步骤（2)中，相模变换的具体方法为：
(1) 式中，Λ ΙΑ、Λ ΙΒ、Λ I。为三相电流故障分量；Itl为零模故障分量，Ia、Ie为线模故障分 量；为了便于识别故障类型，引入虚构的" Y模量"，该模量是一个线模分量，它具有如下特 征： 1) 波速度 Vy =Va =Ve ; 2) 波阻抗 Ζγ = Za = Z0 ; 3) 其模量值为 Ιγ = (Λ Ιβ_Λ Ic)/3 = Ie-Ia。
3. 如权利要求1所述的一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法，其特征是：所 述步骤（3)中，各电流模相量的提取办法为：对零模信号以及线模信号进行S变换处理，得 到各模量的复时频矩阵，求解模及相角，得到各频率信号在时间域上的模相量；取零模电流 信号复时频矩阵幅值最大的相量为1〇,对a、β和Y三个线模信号复时频矩阵分别求出其 元素幅值的最大值，以三者中最大值所在的行与列为基准，找到三个复时频矩阵中对应的 相量作为三个线模相量。
4. 如权利要求1所述的一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法，其特征是：所 述步骤（3)中，当零模相量为零且三线模相量方向相同或相反，一个模相量幅值为另外两 模相量幅值的两倍时，判断为两相相间故障，两倍幅值线模相量对应的两相为故障相；零模 相量为零但线模相量间不存在上述关系则判断为三相短路。
5. 如权利要求1所述的一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法，其特征是：所 述步骤（3)中，当零模相量不为零且三线模相量中两个相量幅值相等，方向相同或相反，另 一线模分量为零时，则判断为单相接地故障，且零线模相量对应的两相为非故障相；零模相 量不为零但线模相量间不存在上述关系则判断为两相接地短路。
6. 如权利要求1所述的一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法，其特征是：所 述步骤（4)中，当两相接地故障时，引入相电流积分方法识别故障相；分别对各相电流在时 间轴两侧的波形进行积分
式中：k为 采样点，Λ i+(k)和Λ i_(k)分别是时间轴上方和下方的故障分量电流瞬时值；At为采样 间隔^为电流发生突变时的采样点；n2为积分结束时刻的采样点。为描述波形特征，定义
7.如权利要求1所述的一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法，其特征是：所 述步骤⑷中，故障相选相判据为：将三相D值按大小排序，取最大D值相的D值和λ值为 X1，取中间D值相的D值和λ值为D2、λ 2，取最小D值相的D值和λ值为D3、λ 3。在 D1) ε D3且D2> ε D3，情况下，则直接判定D3对应的相为非故障相；在D，ε D3, D3〈D2〈 ε D3情况 下，若λ2>λ3，算法判定D3对应的相为非故障相，反之判定D 2对应相为非故障相，ε为可 靠系数。
【文档编号】G01R31/02GK104391229SQ201410734787
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年12月4日 优先权日:2014年12月4日
【发明者】邹贵彬, 刘栋, 孟庭如, 高厚磊 申请人:山东大学