[发明专利]暂态行波幅值积分式超高速母线保护系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种暂态行波幅值积分式超高速母线保护系统及其方法。

背景技术

联系各种电力元件如电源、输电线路和负荷的变电站母线是电力系统最重要的元件之一。如果母线上发生故障，母线保护必须快速切除联接其上的所有元件。一旦母线保护发生误判行为，轻则导致损失大量功率或者影响设备安全，重则导致大面积停电，甚至引起系统的稳定问题，其后果可能是灾难性的。因此设计合理的母线保护方案、选择优异的保护算法，对母线保护的可靠性、选择性和灵敏性以及动作速度都至关重要。

按照保护原理划分，母线保护主要有基于工频量保护和基于暂态量保护两大类。其中工频量电流差动保护是目前应用最广泛的母线保护，但是在各种因素的影响下，如CT误差、比例误配以及在外部故障时部分CT的饱和等，都有可能导致此类保护的误操作。比例差动原理的引入可解决上述因素的影响，但它也同时降低了差动保护的灵敏度。为了消除故障暂态过程的影响，基于工频量的保护均采取滤波技术滤除故障高频分量，而滤波势必延长信号的处理过程，影响保护的动作时间。同时，联于变电站母线上的元件较多，这可能进一步影响保护对故障的判断时间，因此该原理保护一般灵敏度较低，动作时间较长。

实际上，故障暂态过程包含有丰富的故障信息，如果能够从中准确地提取出故障特征，则可实现超高速保护。由于基于高频暂态量的保护一般在CT饱和之前既已完成对故障的判断，因此CT饱和不会影响保护的性能。文献[葛耀中，董杏丽，董新洲，等.基于小波分析的电流行波母线的研究(一)原理与判据[J].电工技术学报，2003，18(2)：95-99.，李伟，王倩，杜延辉.基于数学形态学暂态特征提取的分布式母线保护[J].电力系统保护与控制，2009，37(2)：11-15.]提出了基于暂态电流的母线保护算法，并利用小波变换技术或数学形态学技术识别故障特征，但此类算法只采用暂态电流信号，如果发生小初始角故障，则对其识别方法产生重大影响。文献[段建东，张保会，张胜祥.利用线路暂态行波功率方向的分布式母线保护[J].中国电机工程学报，2004，24(6)：7-12.]提出了利用线路暂态行波功率方向的分布式母线保护，采用小波变换提取初始电压行波和电流行波的模量极大值，由二者的组合确定故障方向，综合各元件的判别结果最终识别母线区内外故障，但该方法仍然没有解决小初始角故障的影响问题。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种结构简单，使用方便，检测速度快，灵敏度高等优点的暂态行波幅值积分式超高速母线保护系统及其方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种暂态行波幅值积分式超高速母线保护系统，该系统由分布式母线保护单元和信号总线组成。母线上有N条出线，则在每条出线处装设一个保护单元，共安装N个单元，各保护单元之间可通过信号总线进行通信。其工作流程如下：每个保护单元采集本线路的电流、电压信号和开关的位置信号，各单元独立进行所在线路故障方向的判断；若某保护单元判别出本线路发生正方向故障，则发出闭锁动作信息并通过信号总线将判别结果传给其它保护单元，同时接收其它单元对各自线路故障方向的判别结果；每个保护单元综合分析所有保护单元的判别结果，进而确定母线状态；若各保护单元均判断故障来自反方向，则得出母线发生故障，从而立即发出指令跳开各自侧开关，将故障母线隔离；否则，母线未发生故障，不需隔离。

所述保护单元是一种保护装置，就地安装在各条线路的出口处，能够独立进行该线路故障方向的判断，并能够控制本线路的开关，各保护单元经信号总线进行相互通信。

一种暂态行波幅值积分式超高速母线保护方法，利用母线故障时，在所有出线上检测到的初始暂态行波均来自于线路的背后，是正向行波；而线路故障时，在所有非故障线路上检测到的初始行波是正向行波，但故障线路上检测到的初始行波是反向行波的特点，根据故障后特定时间内各条出线上正向行波幅值积分和反向行波幅值积分的比值关系，识别母线故障还是线路故障，并采取相应的措施。

所述识别母线是否故障的依据是：当某条出线正向故障时，在此线路的出口处所检测到的正向行波等于反向行波乘以反射系数；而反向故障时，正向行波等于背侧入射波的折射波，而反向行波等于零；当母线上发生故障时，在所有线路的出口处只能检测到正向行波，而无反向行波；对于正向故障，正向行波的幅值小于反向行波的幅值；而对于反向故障，正向行波的幅值远大于反向行波的幅值，据此即可判断母线是否故障。