[发明专利]基于模量分析的直流架空线雷击识别方法

说明书

本发明公开一种基于模量分析的直流架空线雷击识别方法，包括：步骤一、直流架空线中行波保护启动后，采集40μs电流数据，计算线模、地模电流故障分量；步骤二、判断是否单极接地故障和双极故障；步骤三、判断是否雷击避雷线、雷击杆塔未故障和感应雷击；步骤四、判断雷击导线并故障和雷击杆塔闪络。本发明方法简单、可靠。大量仿真计算表明，本发明提出的雷击识别方法，判据正确、有效，不仅能够区分雷击干扰与故障，还能准确判断雷击类型和线路故障类型，兼顾故障识别和雷击识别双重功能。

技术领域

本发明涉及线路保护技术领域，特别涉及一种基于模量分析的直流架空线雷击识别方法。

背景技术

我国幅员辽阔、能源与负荷呈逆向分布，决定了大容量直流输电在我国具有广阔的应用前景。近年来，柔性直流输电以其优良的特性在孤岛送电、分布式能源接入和直流配电网方面获得了较多应用。直流架空线作为最重要的能量传输途径，工作环境恶劣、故障概率高。目前，在大容量直流架空线输电系统中，行波保护以其快速性获得了广泛应用且越来越不可替代。由于利用暂态信号，高频干扰是影响行波保护可靠性的最主要因素，而雷击则是最主要的高频干扰。

雷击干扰是影响行波保护可靠性的关键因素，进而影响直流系统安全可靠运行。近年来，众多学者提出了很多雷击识别的方法，主要集中在利用小波分析的角度和积分的角度进行探索。比如在小波分析的基础上提取高、低频段能量比识别非故障性雷击或者利用波形相关性分析进行故障性雷击的判别。再比如通过积分方式判断雷击性质。这些方法总是面临两大问题，一是毫秒级的时间窗，而且较大的计算量，导致其在实际工程应用中不尽如人意。究其根源，在于这些方法过多注重数学工具的运用，而忽视了雷击过程背后的物理本质。因此，一种简单的，直接利用雷击物理过程本身进行雷击判别的识别原理亟待提出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于模量分析的直流架空线雷击识别方法，以解决现有直流输电线路行波保护易受雷击干扰的问题。本发明首先建立了雷电流的双指数数学模型，并在 PSCAD软件下搭建了不忽略避雷线的直流输电杆塔多波阻抗模型；通过仿真雷击直流线路的不同位置，获得不同雷击情况下的单端电流数据；在分析雷击物理过程的基础上，对仿真数据进行模量分析，判别具体的雷击类型，识别雷击干扰。本方法通过对单端电流在不同模量下变化特征的分析，能够方便、全面、准确的区分雷击故障和雷击干扰，以及雷击干扰的具体类型，对行波保护抗干扰能力的提升具有重要意义。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于模量分析的直流架空线雷击识别方法，包括以下步骤：

步骤一、直流架空线中行波保护启动后，采集40μs电流数据，计算线模、地模电流故障分量；

步骤二、判断是否单极接地故障和双极故障；

步骤三、判断是否雷击避雷线、雷击杆塔未故障和感应雷击；

步骤四、判断雷击导线并故障和雷击杆塔闪络。

进一步的，步骤二具体包括：

计算I1_max和k_ratio，若满足式(6)，则进一步判断是否满足式(3)，如满足式(3)则判定为极间故障，如果不满足式(3)则为单极故障；排出雷击，保护出口；如不满足式(6)则进入步骤三；

其中，I1_max为线模电流故障分量极大值；k₁按照最严重故障在启动后40μs内的上升幅值整定；k_ratio为40μs数据窗内地模电流故障分量极大值与线模电流故障分量极大值的比值； k_{2_1}按照最小雷击避雷线整定；

k_ratio≤k_{2_2} (3)

k_{2_2}按照线路末端极间故障整定。