基于过渡电阻与故障初始角的输电线路暂态保护方法

摘要

输电线路短路故障时，产生大量暂态高频电流信号，由于母线对地分布电容对暂态高频电流的分流作用，暂态高频电流信号通过母线时会显著衰减，并且过渡电阻与故障初始角对故障产生的高频分量影响很大。本发明首先给出高精度的归算方法与故障角计算方法，利用上述原理，将暂态量按过渡电阻与故障角进行归算，利用归算后的暂态量构造保护判据，最大程度地消除这两者对保护的影响，大幅提高保护的可靠性和灵敏度。同时给出了本发明方法的多个实现方案，有些实现方案的保护范围是传统保护的几倍，这样一套保护可以同时保护多条线路，这样可以大幅减低投资费用；另一方面，若每条线路都配备该保护，则可互为备用，再次大幅提高保护可靠性。

主权项

1.一种基于过渡电阻与故障初始角的输电线路暂态保护方法，该方法可以包括以下步骤：不断采集线路故障电流信号到保护装置，经过模数转换将模拟信号转换为数字电流信号从故障电流信号中提取高频分量对高频分量进行处理得到高频分量处理量保护是否启动的判断判断故障类型与故障选相依据高频分量处理量构造故障特征量将故障特征量按过渡电阻与故障初始角进行归算依据归算后的故障特征量构造保护判据进行故障判断其特征在于：在依据故障特征量构造保护判据之前，先计算故障时的过渡电阻与故障初始角，对故障特征量按过渡电阻与故障初始角进行归算，再根据归算后的故障特征量构造保护判据进行故障判断；或者在由高频分量处理量构造故障特征量之前，先将高频分量处理量按过渡电阻与故障初始角进行归算，然后根据归算后的高频分量处理量构造故障特征量，进而再构造保护判据进行故障判断；待归算量按过渡电阻与故障初始角的归算方法如下：待归算量V按过渡电阻与故障初始角进行归算的公式为：$\mathrm{RV}=\frac{1}{\gamma }·V---\left(1\right)$其中，待归算量V可为故障特征量FF或高频分量处理量P，归算因子γ表达式可为下述公式(2)～(8)中之一，或者由多项式拟合等曲线拟合方法得到：$\gamma =(e^{a·R_f}+c·e^{b·R_f})·(1+h·\cos (d·{\theta }_f+{\theta }_0))---\left(2\right)$$\gamma =(e^{a·R_f}+c·e^{b·R_f})·\mathrm{interp}1(\mathrm{xa},\mathrm{ya},{\theta }_f,{}^{\prime }\mathrm{method}^{\prime })---\left(3\right)$$\gamma =(e^{a·R_f}+c·e^{b·R_f})·\mathrm{method}1(\mathrm{xa},\mathrm{ya},{\theta }_f)---\left(4\right)$γ＝interp1(xr，yr，R_f，′method′)·(d+cos(d·θ_f+θ0))    (5)γ＝method1(x_r，y_r，R_f)·(1+cos(d·θ_f+θ₀))   (6)γ＝interp1(xr,yr，R_f，method′)·interp1(xa,ya，θ_f，′nethod3′)   (7)γ=method1(xr，yr，R_f)·method2(xa,ya，θ_f)   (8)其中，R_f为过渡电阻，θ_f为故障初始角；a、b、c、d、h、θ₀为与故障类型有关的整定值，取值为实数；mterp1为插值函数，method、method3为插值方法可选用'spline'、’pchip'、’cubic’、’nearst'、’linear’；method1、method2为插值函数可以选用'spline'、’pchip'；x_a为取值为[0°，360°]或表示为[0，2π]之间的角度向量，y_a为与x_a对应的故障特征量值向量；x_r为过渡电阻向量，y_r为与x_r对应的故障特征量值向量；这样的一种基于过渡电阻与故障初始角的输电线路暂态保护方法，具体可以包括下述步骤：步骤1：在被保护线路一端，不断采集输电线路故障电流i，经模数转换将模拟信号转换为数字信号，转为数字信号后的电流仍然用i表示；电流i可为A相电流、B相电流、C相电流，也可为A、B、C相电流经相模变换后的模电流；步骤2：从线路故障的暂态电流信号i中提取暂态高频分量i_h；高频：指是的相对于电力系统工频而言，比工频高的频率；步骤3：计算高频分量i_h的高频分量处理量P；高频分量处理量是指高频分量的能量、熵、信号复杂度、信号奇异度、模极大值、李氏指数、幅值积分、瞬时幅值、奇异值或其它高频分量处理量，他们中的一种；其中熵包括能量熵或者称能谱熵、奇异熵、时间熵、相对熵等；以下高频分量处理量含义同此；步骤4：保护是否启动的判断：判断P是否满足保护启动条件：P>P_start或者P<-P_start，P_start为保护启动整定值，取值为正实数；如果满足表示有故障发生，则启动保护，并转入到下一步骤5；否则，表示无故障发生，转入到步骤1；步骤5：判断故障类型与故障选相；步骤6：计算过渡电阻与故障初始角：步骤7：构建故障特征量：依据高频分量处理量P构造故障特征量FF：步骤8：故障特征量归算：根据故障类型，对故障特征量FF按过渡电阻与故障初始角进行归算，得到归算后的故障特征量RFF：步骤9：构造保护判据，进行故障判断：依据归算后故障特征量RFF构造保护判据，进行故障判断，即判断故障发生区域或故障发生方向；上述步骤7、8可变换如下的步骤7’、8’：步骤7’：根据故障类型，对高频分量处理量P按过渡电阻与故障初始角进行归算，得到归算后的高频分量处理量RP：步骤8’：依据归算后的高频分量处理量RP构造归算后故障特征量RFF：上述步骤只利用一个频带暂态高频信号如上所述构造故障判据，进行故障判断，也可以对本方法作进一步改进，从被保护线路的故障电流中提取多个频带的暂态信号，每个频带的暂态信号分别按照如上所述方法构造判据，分别进行故障判别，这样有多个判据同时对同一故障进行判断，按照多数一致的表决机制进行判定故障，例如：如果这多个判据中的多数判据判断该故障为区内故障，则最后判定为区内故障，如果这多个判据中的多数判据判断该故障为区外故障，则最后判定为区外故障。