[发明专利]一种基于录波数据的输电线路故障精确判定方法

摘要

本发明公开了一种基于录波数据的输电线路故障精确判定方法，包括如下步骤：S1、母线自动匹配；S2、零序模拟量信号反接智能识别及矫正；S3、采用全模拟量信号判定断路器跳闸；S4、边界预期法筛选故障基准点；S5、基于母线电压扰动特征识别的防误闭锁。本发明能适应电网运行方式的随机改变，兼容现场电气施工时极易出现的通道反接现象，避开核心状态量信号配置参数缺失/不全情况下判定依据不足问题，克服过去依赖单一故障基准点易发的不可靠性，解除变电站试验时各种仿真信号干扰威胁，大幅提高了故障线路判定的准确度，紧密契合了电力系统管理和运行特点。

主权项

1.一种基于录波数据的输电线路故障精确判定方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、母线自动匹配：输电线路发生故障时，故障相短路点的电流值急剧增大，电压值不同程度减小，短路点距离录波器越近，电压值减小的幅度越大，通过测算故障时电压值衰减度，能够自动匹配出故障线路所挂接的真实母线，步骤如下：A1、根据初始挂接的母线，确定该线路的电压等级，进而筛选出同电压等级的所有母线，纳入母线备选梯队；A2、对初始挂接母线进行电压衰减度计算，以T0为基准，且T0具体为第一个采样点时刻，分别计算母线A、B、C三相电压的基波周期分量有效值Ua、Ub、Uc，即母线正常时的负荷电压；A3、若Ua、Ub、Uc中任何一项小于35V，放弃该母线，进行下一条备选母线匹配；A4、否则，以Tn为基准，且Tn具体为故障点时刻，在时间窗A内，以1毫秒为间隔连续取点计算，分别统计出母线A、B、C三相电压的最小基波周期分量有效值，计算结果依次分别记为Ua’、Ub’、Uc’；A5、设母线A相的最大扰动比值记为Ua”，且计算公式为Ua”＝(Ua’‑Ua)/Ua、母线B相的最大扰动比值记为Ub”且计算公式为Ub”＝(Ub’‑Ub)/Ub、母线C相的最大扰动比值记为Uc”，计算公式为Uc”＝(Uc’‑Uc)/Uc，若三相扰动比的绝对值，即|Ua”|、|Ub”|、|Uc”|中任何一项不低于10％，则匹配该母线成功，流程结束；A6、否则，重复步骤A2、A3、A4、A5，对备选梯队中母线依次进行判断，直到成功匹配出母线；A7、若上述步骤完成后依然不能成功匹配出母线，则匹配初始挂接母线；S2、零序模拟量信号反接智能识别及矫正：在任意时刻，母线电压零序模拟量信号瞬时值，记为Un1，则计算公式为Un1＝‑|Ua1+Ub1+Uc1|，线路电流零序模拟量信号瞬时值，记为In1，则计算公式为In1＝|Ia1+Ib1+Ic1|，其中，Ua1表示母线A相电压模拟量信号的瞬时值、Ub1表示母线B相电压模拟量信号的瞬时值、Uc1表示母线C相电压模拟量信号的瞬时值；Ia1表示线路A相电流模拟量信号的瞬时值、Ib1表示线路B相电流模拟量信号的瞬时值、Ic1表示线路C相电流模拟量信号的瞬时值；鉴于零序模拟量信号是判定接地性质故障的唯一依据，一旦出现零序反接，如不采取识别和矫正措施，将直接导致故障线路漏判；在进行目标线路相关计算时，以故障时刻Tn为基准，在第一个采样周期的时间窗A内统计电流零序模拟量信号的最大瞬时值，记为In_max，及In_max所对应的时刻点，并计算该时刻点A、B、C三相电流模拟量信号瞬时值之和，记为Iabc，若In_max与Iabc正负符号一致，可判定电流零序模拟量信号通道未反接，否则视为反接，若出现反接，矫正方式是将电流零序模拟量信号瞬时值符号全部取反；在进行目标线路挂接的母线相关计算时，以故障时刻Tn为基准，在第一个采样周期的时间窗A内统计电压零序模拟量信号的最大瞬时值，记为Un_max，及Un_max所对应的时刻点，并计算该时刻点A、B、C三相电压模拟量信号瞬时值之和，记为Uabc，若Un_max与Uabc正负符号相反，可判定电压零序模拟量信号通道未反接，否则视为反接，若出现反接，矫正方式是将电压零序模拟量信号瞬时值符号全部取反；通过零序模拟量信号的反接自动识别及矫正，还原故障时刻真实的电气模拟量信号特征，为目标线路的正确判定扫清障碍；S3、采用全模拟量信号判定断路器跳闸：线路发生故障时，短路点电流迅速增大，引起为该线路配备的保护装置在Tb时刻动作并发出信号，断路器收到信号后在Tc时刻跳闸，分断短路点，跳闸成功后，线路上的故障相负荷在Tm被切除，电流为0并保持，其中、Tb为保护动作时刻，Tc为断路器跳闸时刻，Tm为故障切除点时刻；基于全模拟量信号进行断路器跳闸判定，方法是在时间窗B内，判定目标线路的故障相电流模拟信号瞬时值是否持续为0，判定成立则表示断路器跳闸；还包括近似值，现假定该近似值为Z0，则Z0的取值方法为：B1、分别计算在录波数据第一个记录点时刻T0时刻目标线路A、B、C三相电流模拟量信号基波周期分量有效值，依次记为Ia、Ib、Ic，取它们的极大值，记为Imax，即目标线路正常情况下最大相负荷电流；B2、若Imax不大于0.005，则Z0＝0.002，取值流程结束；B3、否则，Z0＝Imax/25，若Z0不大于0.01，则Z0＝0.01；B4、若Z0不小于Imax/3，则Z0＝Imax/3；B5、若Z0不小于0.1，则Z0＝0.1；确定Z0后，以故障切除点Tm为基准，在故障切除后的第一个采样周期的时间窗B内对故障相电流模拟量信号瞬时值保持为0的判别方式为：C1、初始化计数器为0，用于表示瞬时值连续小于Z0的次数；C2、以故障切除点Tm为基准，在故障切除后的第一个采样周期的时间窗B内，以1毫秒为间隔，逐点计算故障相的电流模拟量信号基波周期分量有效值，若小于Z0，计数器加1，否则计数器清0；C3、若计数器大于12，判定成立，亦即确认断路器跳闸，流程结束；C4、否则，在故障切除后的第一个采样周期的时间窗B内，计数器始终不大于12，则可确认断路器没有跳闸，对该故障相的判定流程结束；C5、若目标线路存在多个故障相，则逐相重复上述步骤，其中任意一相确认路器跳闸都视为有效，否则，可判定断路器没有跳闸；S4、边界预期法筛选故障基准点：判定线路区内故障必须先确立一个故障基准点，基准点选取的时机范围能够从Tn一直到Tm，理想的选取时机在时间窗A内；边界预期法筛选故障基准点法的措施为：D1、先根据目标线路的长度参数，且长度单位为公里，正向放大延伸10％，反向放大延伸2％，这两个边界值确立了测距定位结果的有效区域；D2、初始化计数器为0，用于表示备选梯队中的基准点个数；D3、以故障时刻点Tn为基准，在时间窗A内以1毫秒为间隔，连续取点进行测距定位测算，若测算结果落在有效区域，计数器加1；D4、如计数器达到10，不再进行余下测算，直接进入步骤D6；D5、否则，在时间窗A过后，计数器小于3，合格基准点数目不足，目标线路排除，流程结束；D6、若计数器不小于3，则采用“掐头去尾”法，去掉备选梯队中最大值和最小值，余下值取平均，亦即最理想测算距离；D7、在备选梯队各基准点中，取最接近理想测算距离的一个作为最终故障基准点，同时确认目标线路发生区内故障；S5、基于母线电压扰动特征识别的防误闭锁通过对母线电压的扰动特征识别的防误闭锁算法如下：E1、通过前述母线自动匹配方法，筛选出目标线路所挂接的母线；E2、以录波数据第一个记录点时刻T0为基准，分别计算母线A相电压、B相电压、C相电压的基波周期分量有效值，计算出的结果依次分别记为Ua、Ub、Uc，即母线正常时的负荷电压；E3、若Ua、Ub、Uc中任何一项小于35V，直接确认是仿真数据，防误闭锁成立，流程结束；E4、否则，以故障时刻的Tn为基准，在第一个采样周期的时间窗A内，以1毫秒为间隔连续取点计算，分别统计出母线A、B、C三相电压的最小基波周期分量有效值，计算结果依次分别记为Ua’、Ub’、Uc’；E5、设母线A相的最大扰动比值记为Ua”，计算公式为Ua”＝(Ua’‑Ua)/Ua;同理，母线B相的最大扰动比值记为Ub”，计算公式为Ub”＝(Ub’‑Ub)/Ub；母线C相的最大扰动比值记为Uc”，计算公式为Uc”＝(Uc’‑Uc)/Uc，若三相扰动比的绝对值，即|Ua”|、|Ub”|、|Uc”|中任何一项不低于10％，则匹配该母线成功，流程结束；E6、否则，若Un’大于1.8，亦可确认是非仿真数据，防误闭锁解除，流程结束；E7、若E5、E6均不能解除防误闭锁，则可确认为仿真数据，需进行防误闭锁，不得误报。