直流输电线路雷电绕击与反击分辨的行波分析识别方法

专利名称：：直流输电线路雷电绕击与反击分辨的行波分析识别方法直流输电线路雷电,与反击，的行波分t)HR别方法絲领域本发明涉及一种直流输电线路雷电绕击与反击识另啲行波分析法。属电力系统雷击输电线路监测
技术领域：
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背景技术：
：国内外的运fi^验表明，直击雷魏成高压输电线路跳闸的主要原因，它分为绕击和反击两类，绕击与反击故障的机理及过程不同，防护措施也不同，反击主要与杆塔接地电阻和线路绝缘强M"关；绕击主要与保护角有关。如果能正确的对线路绕击与反击进行正确判断，线路防雷就能做到有的放矢、事半功倍。然而，对于输电线路绕击、反击故障的辨别十分困难。雄竞击、反击的研究大多集中于线路设计阶段对于反击，多用电磁暂态仿真分析；对于绕击，多釆用电气几何模型法(EGM)或改进电气几何模型法进行分析。而线路贩后，绕击、反击故障的区分贝哆是根据雷电流大小并结合绝缘子闪络情况由工程人员的经验判定，其主观性强、可信性差。为获取雷电流参数，先后出现了磁钢棒法、磁带式和罗柯夫斯基线圈加光纤等主流技术，长期以来，对雷电基础数据的获得，起到了较好的作用。然而，从继电《斜户角度，基于线路雷击闪络性质的反击与绕击识别方法尚未见报道
发明内容本发明的目的在于针对现有技术的不足，本发明从继电保护的角度出发，继对直流输电线路雷击故障与短路故障准确识别之后，提出一种基于小波变换的直流输电线路雷电绕击与反击的识别方法，用以获取雷击事故信息，为线路防雷研究提供很好的手段和真实数据的直流输电线路雷电绕击与反击分辨的行波分析识别方法。本发明直流输电线路雷电绕击与反击分辨的行波分析识别方法，其特征在于收集雷击产生的不同暂态电压，输入到计算机，先对零模电压分Ma行小波变换，依据零模电压初始浪涌和第二个浪涌的大小和极'歐寸雷电弓i起的绕击、反击故障进行正确识别。本发明机理是:分析雷击线路弓l起的绕击、反击故障需要建立雷电放电的计算模型。以负极性雷电流为例,雷击地面由先导放电发展为主放电的过程,犹如开关S突然闭合,如图1(a)，先导放电阶段相当于开关S闭合之前,由于它发展速度相对较低，可以忽略地面上被感应电荷的移动速度，认为a点似^f零电位。图l中Z是被f&t/粘力也(零电创之间的卩鹏。iJ文电开始相当于s突然闭合，如图i(b)。此时，^贿大量正、负电荷沿先导M3i^向运动。^f吏得来自雷云的负电荷中和，这彭助劍Ift甚高的i^电电流(即雷电瀬/舰P鹏么a点电{灶升至^=。i^文ElJi程可视为自天空向地面4辣的前行波i0沿娜鹏为2的无限长雷iMit哒a点的过程，图i(b)中a点实质为Z与《的并联节点，可得图2(a)戶;f^波德逊離秒各，通常《取300Q，《"，贝IM31雷击物体的雷电流/2/。，如图2(b)戶;f^。雷电冲击作用扭戋路，根据过秘的形^1程可以分为感应雷和直击雷两大类。由于感应雷不直樹乍用于线路，其过电压巾Ift较小，对于绝勤J^平高的110kV及以上线路^^认为没有危害，即不会引起乡機子闪络。而直击雷则是导致特高压线路的继彖子闪络的觀原因，对于直击雷引起的雷电干ttf口雷击故障的区分，国内夕卜学者aa行大量研究并取得一定鹏，本发明^x寸直击雷弓跑的两^^路故障进fiH,，j。直击雷弓跑的线路故障可分为乡^&和反击两类雷击塔顶^i雷线时，雷电流沿杆塔和避雷线涼LA匁也，杆塔、避雷线的波Kfcft]掛也电阻的存在，将使杆顶的暂态电位(纟叙寸值)骤升，当绝缘子两端ffi^M:其耐受腿时发生闪络，导致反击；雷电流^iM雷线直接击中导线，使之形成雷敏腿，这一过程称为g被，当绝缘子两端H^1其耐受腿时，他各发生闪络。实测表明，绝大多数的雷云呈负极性，其带有爐负电荷，对于纟被，通常只会导致正櫞色缘子闪络；对于反击，负极性雷^Ei:離錄各杆;it^避雷线上，由预雷线、杆塔波K)t和擞也电阻的存在，4特致衝页产生很高的暂态负电位，承受电压较高的正膨傻彖子将首先闪络。将杆塔波P鹏、避雷线波K^沐T塔掛也电阻^i^j《导线波P服为Z，/^雷电流，雷M道波P鹏为；ft^^直涼战路腿，继彖子闪络用理想开关S超鹏述。纟姊的對直顿各如图4所示，雷击导线初始阶段，绝缘子未闪络，S处于断开汰态，如图4(a)戶标，雷电乡魅线路中间区域(除首、末端之外)，雷电i^人雷击点注A^戋路，并向线路两侧传播，则r二《/2，雷电流m足M^布电容SA力也；闪络发顿，如图4(b)戶标，S闭合，电流/^^戋路波卩J^U及杆塔波K)t和掛也电阻ZAM，呈现掛也故瞎寺征，零模电流(故障电流暂^^量)在娜章后一段时间内呈现单调变化，由于波卩鹏的存在，零模电压(故障Efeffi暂M量)在故障后一段时间内te现单调变化。忽略导f构避雷^t间的杆塔波卩鹏，反击的，TO如图5所示，其中UT为塔顶电位。雷击初始阶段，乡機子未闪络，如图5(a)B^，S处于断开)yt态，先导M3t&雷云中的负电荷与^i应出的正电^M中和，相当于有正极性的电流/反从力也沿杆塔和避雷线向夕卜流出，由于杆塔波P鹏口^i也电阻的雜，使i颇粒负电位，当正极导体绝缘子两端Efeffi^l其耐受腿时发生闪络，i4A故障阶段，如图5(b)戶际，S闭合，正极性电流涼LA力也，呈现擞也故斷寺征。即发生反击时，包括首次雷击和导体闪络两1S1程，萄莫电流(古邻章电流暂^^量)在两^1程中的流向相反，'使攀莫Efeffi(故障TO暂^hl)呈miE负交皆变化。本发明对直击雷弓胞的^*和反击故障分别进行电磁暂态计算分析，双fti:流输畅统丰難如图6所示，电压等级为士800kV，雷电箭逸用2.6/50//s标准雷电流波形，如图7所示，为了准确仿真计算雷击杆塔的电磁暂态过程，杆驟用多波,莫型，绝缘子采用腿开关实现。对0.1s超流线路中点处分别发生^tr、反击导致正极闪络进行仿真得至啲故障后5ms零模Efeffi波形鹏部放大分别如图8、9戶标，可以看出，当线路故障由乡姊弓胞时，零模腿产生的浪涌在故障后一段时间极性相同；当线路古邻章由反击弓l起时，包括首次雷击和导体反击两^1程，零模电压在故障后瞬间两个暂态浪涌呈现正负交鞭化。本发明的识别方法步骤如下1)当电压变化率du/dt大于整定f直时，采样频率为lMHz的高速l^g采集与录波，启动并记录故障前后5ms的鹏亍波波形；2)应用Karenbauer变换矩阵计算tfeE行波零模分量t7。(0和线模分量C/々)，如式(D所示<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage5</formula>(1)其中0)为检测到的正t皿流暂态电压，^(0为检测到的负极直流暂态电压；3)禾,"一种直流输电线路1f波〈對户的雷击故卩彰只别方法"专利申请号200810058175.2(2008年7月5日发表于中国电UU:程對艮第28巻19肌题为《土800kV直流输电线路雷击电磁暂^^析与故Pfi只别》)所提方法判断是否为雷击柳章；4)当判断为雷击故障时,4顿三次B條小舰勢莫極分量C/。(0进行小波变换，取期對及大值；5)将勢莫Efeffi樹及大值与原始Efeffi信号的极ffit行同^S算后再与寧莫腿樹及大值相乘，得到各浪涌所对应,及大值M,;6)计^tlt及大值比p，如式(2)戶^=Mj/M2(2)其中M。M2分别为初始浪涌附對及大值与第二个浪涌辦對及大值；7)若满足0<P<1(3)则判断为雷电纟M故障；若满足/7<—1(4)则判断为雷电反击故障。本发明以上判断和识别过程，可M31软件和硬件，集成并予跌写入计^I几丰試块中，只要获f歡卜繊入翻后，就能实时获翻断并显示结果。本发明与现有技^ffi比具有如下优点物理概念;SM清晰，易于实现，大量的电磁暂劍方^i正了本方法可靠、w女。本发明獻寸直^^戋m^的雷电躺与反击柳章的进行)ts角识别，可广a^ffl于直流输ffe^统傲户装置，为电力系统中研究雷电特性、分析雷害事故、^!讨线路防雷xtm&^^彖配誠计樹共精确的原始。图1为雷电放电模型；图2为雷顿文电计嶽IM;图3为雷击直^^戋路示意图6为直^^路雷击电磁暂;^WiM;图7为雷电流波形示意图8为乡^、反击故障后的#^电压;图9为纟^、反击古邻章后零模ffi局部放大；图io为特高jEi:M统示意图ll为姓反击娜鄣寸，检测到的两极Efeffi波形；图12为发生反击故障时，得至啲萄莫、继莫ElJS波形；图13为;^fe反击故障时，零模电压局部放^L期良涌的模极大值；图14为发生纟M故障时，1^则到的两极电压;图15为姓纟^t&故障时，得至啲零模、缀莫^ffi波形；图16为发生i^故障时，梨莫M局部放^S其浪涌的丰對及大值；图17为本发明的反击故障与纟M古邻章的识别流程图。具体m^直流输赵戋路姓雷击故障时，利用战原理可以实mx檑电乡魅跡對口反击故障的正确i,顿J。具体实现濑呈如图17戶标。收集雷击产生的不同暂态M，输A^计穀几，5fe^穀莫Efeffi分K4行小波变换，依据攀莫ffeffi初始浪涌和第二个浪涌的大小和极,檑电弓l起的纟維、反击娜章进行正确识别。具体步骤如下1)当电压变化率du/dt大于整定值时，采样频率为l腿z的高速i^采齢录波驢启动并记录故障前后5ms的腿行波波形；2)应用Karenbauer变换矩阵计算tfeffi行波秦莫分量[/。0)和线模分量"(/)，如式(l)所示-<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中C/+(0为检测至啲正极直流暂态腿，C/_为检测至啲负t趙流暂态腿;3)禾,"一种直流输电线路fr謝娥的雷击故P彰只别方法"锅U申i青号200810058175.2(2008年7月5日,发表于中国电丰/U^呈對艮第28巻19期，题为《士800kV直流输电线路雷击电磁暂^^析与1<^^1只别》)中所提方法判断是否为雷击故障；4)当判断为雷击故障时，4顿三次B样条/J^t穀莫feE分量C/。(0进行d被变换，取期對及大值；5)将勢莫EliJl樹及大值与原始电压信号的极性进行同^i算后再与熟莫Efeffi樹及大值相乘，得到各浪涌所对应附對及大值M,;6)计^tlt及大值比p，如式②戶;^p=M，/M2(2)其中M,、M2分别为初條良涌的t對及大值与第二个浪涌的丰對及大值；7)若满足G<p<l(3)贝廿判断为雷电纟琉故障；賴两足/<一1(4)则判断为雷电反击故障。实施例说明如下分别考虑图10所示直流输El^统，雷击SM^流站500km处引起反击故障和绕击故障。发生反击故障时，两极暂态直流腿娜如图11戶标，敏(1)计算得到腿行波難分量f/。(0和线模分量"0)如图12所示，使用三次B样条小^X寸娜章后瞬间零模电压(图13(a)所示)进行小波分析，将零模EfeS對及大值与原始腿信号的极性进行同J^t算后再与零模EfeEf對及大值相乘，得到各浪涌所对应的模极大值，如图13(b)戶标，劍式(2)进行计算得到丰對及大值比，如表l所示。发生離故障时，两极暂态直流腿波形如图W戶标，纟試(1)计算得到电压疗波零模分量f/。W和线模分量t/々)如图15所示，使用三次B样条/」^^f邻章后瞬间零模电压(图16(a)所示)进行小波分析，将零模^K對及大值与原始电压信号的极性进行同或运算后再与零模ffeia對及大值相乘，得到各浪涌所X寸应附對及大值，如图16(b)戶际，劍式(2)进行计算得到丰對及大值比，结果如表1戶际。表l<table>complextableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>权利要求1.一种直流输电线路雷电绕击与反击分辨的行波分析识别方法，其特征在于收集雷击产生的不同暂态电压，先对零模电压分量进行小波变换，依据零模电压初始浪涌和第二个浪涌的大小和极性对雷电引起的绕击、反击故障进行正确识别。2、根据权利要求l所述的直流输电线路雷电绕击与反击分辨的行波分析识别方法，其特征在于将收集雷击产生的不同暂态电压，输入到计算机按进行以下步骤1)当电压变化率du/dt大于整定值时，采样频率为lMHz的高速数据采集与录波装置启动并记录故障前后5ms的电压行波波形；2)应用Karenbauer变换矩阵计算电压行波零模分量t7。(0和线模分量C/々)，如式(l)所示:<formula>seeoriginaldocumentpage2</formula>其中U+(t)为检测到的正极直流暂态电压，u-(t)为检测到的负极直流暂态电压；3)利用一种直流输电线路行波保护的雷击故障识别方法中所提方法判断是否为雷击故障；4)当判断为雷击故障时，使用三次B样条小波对零模电压分量t/。(0进行小波变换，取其模极大值；5)将零模电压模极大值与原始电压信号的极性进行同^算后再与零模电压模极大值相乘，得到各浪涌所对应的模极大值M,;6)计算模极大值比p，如式(2)所示p=M1/M2(2)其中M1、M2分别为初始浪涌的模极大值与第二个浪涌的模极大值；7)若满足0<p<l(3)则判断为雷电绕击故障；若满足p<—l(4)则判断为雷电反击故障。全文摘要本发明涉及一种直流输电线路雷电绕击与反击分辨的行波分析识别方法。线路雷电绕击是雷电绕开避雷线直击于输电线上，而反击是雷电直击于避雷线上或杆塔上，由于杆塔接地电阻存在，塔顶电位瞬间突增导致绝缘闪络。雷电绕击与反击高压直流输电线路电磁暂态量产生的机理、以及线路上雷击电磁暂态的传播路径不同，其产生的电压暂态信号的初始浪涌和第二个浪涌的大小和极性均存在显著差异。本发明于保护安装处的行波分析与测距高速采集系统中，利用小波对零模电压进行分析，根据零模电压初始浪涌和第二个浪涌的大小和极性来区分雷电绕击故障与反击故障。大量仿真表明该方法可靠、有效。本发明的物理概念直观清晰，且易于实现，可广泛应用于直流系统保护装置，为电力系统中研究雷电特性、分析雷害事故、探讨线路防雷对策及绝缘配合设计提供精确的原始数据。文档编号H02H7/26GK101345415SQ20081005884公开日2009年1月14日申请日期2008年8月26日优先权日2008年8月26日发明者刘可真,刘志坚,岚唐,孙向飞,孙士云,张广斌,朱子钊,朱盛强,束洪春申请人:昆明理工大学