CN103323741A - 一种针对强故障的基于故障电压初始行波幅值比较的d型线缆混合线路故障区段判别的方法 - Google Patents

一种针对强故障的基于故障电压初始行波幅值比较的d型线缆混合线路故障区段判别的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种针对强故障的基于故障电压初始行波幅值比较的D型线缆混合线路故障区段判别的方法，属于交流输电线路故障定位技术领域。本方法为：当D型线缆混合线路发生强故障时，提取故障前后首末两端短时窗内的故障电压数据并进行相模变换，得到
Figure 2013102066780100004DEST_PATH_IMAGE002
模分量；对两侧

Description

一种针对强故障的基于故障电压初始行波幅值比较的D型线缆混合线路故障区段判别的方法
技术领域
本发明一种针对强故障的基于故障电压初始行波幅值比较的D型线缆混合线路故障区段判别的方法，属于电力***故障定位技术领域。
背景技术
随着电网中架空线-电缆-架空线混合线路越来越多，混合线路发生强故障后，如何迅速准确地确定故障区段成为摆在学者面前的一道难题。架空线路故障一般是瞬时性故障，启动重合闸装置对于电力***的安全稳定和经济运行有着十分重要的作用；而对于电缆故障，一般是永久故障，故障后启动重合闸会对电缆产生再次损伤，不需要实现故障后重合闸操作。对于混合线路可能出现架空线路故障误闭锁重合闸或电缆线路故障误启动重合闸的情况，因此，混合线路发生强故障后，对故障区段进行判别是非常有必要的。此外，由于架空线路和电缆线路的参数不同，故障行波在线路上的传播速度不同，加之会在线缆连接点产生折反射，若不进行故障区段的判别，传统的行波故障定位方法将不再适用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为解决架空线-电缆-架空线混合线路故障区段的判别问题，本发明提出了一种针对强故障的基于故障电压初始行波幅值比较的D型线缆混合线路故障区段判别的方法。
本发明的技术方案是：一种针对强故障的基于故障电压初始行波幅值比较的D型线缆混合线路故障区段判别的方法，当D型线缆混合线路发生强故障时，提取故障前后首末两端短时窗内的故障电压数据并进行相模变换，得到                                                
Figure 2013102066780100002DEST_PATH_IMAGE001
模分量；对两侧
Figure 162186DEST_PATH_IMAGE001
模分量进行小波变换，得到对应的模极大值；选取首端与末端故障初始行波模极大值的比值作为判据特征量，通过比较判据特征量和预先设置阀值的大小，进行D型线缆混合线路故障区段的判别。
本发明所述方法具体步骤如下：
（1）D型线缆混合线路发生强故障后，分别截取线路首端和末端故障前后短时窗内的各相暂态电压波形，并进行相模变换；
（2）选取三次B样条小波作为小波基函数，对两侧
Figure 794155DEST_PATH_IMAGE001
模分量进行小波变换，得到对应的模极大值；
（3）利用相应模极大值的大小来表征故障电压初始行波的幅值，设在线路首端测得的故障电压初始行波对应的模极大值为
Figure 711296DEST_PATH_IMAGE002
，在线路末端测得的故障电压初始行波对应的模极大值为
Figure 2013102066780100002DEST_PATH_IMAGE003
；
（4）选取首端和末端故障初始行波模极大值的比值
Figure 117132DEST_PATH_IMAGE004
作为判据特征量，通过仿真实验，设置阀值kset1和kset2，将判据特征量k与阀值相比较，进行D型线缆混合线路故障区段判别：
    若k>kset2，则可以判别为是首端架空线故障；
若kset1<k< kset2，则可以判别为是电缆故障；
若k<kset1，则可以判别为是末端架空线故障。
测量D型线缆混合输电线路两端故障电压行波时，数据采样时间长度为2ms，采样频率为1MHz。
本发明的原理是：
1 、D型线缆混合线路不同区段发生故障，故障电压行波的折反射情况
如图5所示，D型线缆混合线路电缆段F点发生强故障，设故障电压初始行波为
Figure 2013102066780100002DEST_PATH_IMAGE005
，线缆连接点P、Q处的折射系数分别为
Figure 699291DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure DEST_PATH_IMAGE007
,则M、N量测端测得的故障电压行波分别为
Figure 128044DEST_PATH_IMAGE008
=2
Figure 950506DEST_PATH_IMAGE006
Figure 155222DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
=2
Figure 541073DEST_PATH_IMAGE007
Figure 147635DEST_PATH_IMAGE005
。其中，
Figure 140999DEST_PATH_IMAGE010
,,
Figure 583744DEST_PATH_IMAGE012
为架空线路波阻抗，为电缆波阻抗。令k=
Figure 258439DEST_PATH_IMAGE014
，将上式代入可得k=1，由于故障电压行波在实际线路上传播时会发生衰减和畸变，故k的值随着故障位置的不同会在1附近摆动。
如图6所示，D型线缆混合线路首端架空线F点发生强故障，设故障电压初始行波为，线缆连接点P、Q处的折射系数分别为
Figure 398619DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 577928DEST_PATH_IMAGE007
,则M、N量测端测得的故障电压行波分别为
Figure 853051DEST_PATH_IMAGE008
=2
Figure 184938DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 457787DEST_PATH_IMAGE009
=2
Figure 186709DEST_PATH_IMAGE006
Figure 452474DEST_PATH_IMAGE007
Figure 950451DEST_PATH_IMAGE005
。其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
,,为架空线路波阻抗，
Figure 181341DEST_PATH_IMAGE013
为电缆波阻抗。令k=
Figure 471508DEST_PATH_IMAGE014
，将上式代入可得k=
Figure 414056DEST_PATH_IMAGE016
>>1，由于N量测端测得的故障电压行波经过电缆，发生更加严重的衰减和畸变，使其幅值变得更小，则k变得更大。
如图7所示，D型线缆混合线路末端架空线F点发生强故障，设故障电压初始行波为
Figure 459558DEST_PATH_IMAGE005
，线缆连接点P、Q处的折射系数分别为
Figure 869811DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 671676DEST_PATH_IMAGE007
,则M、N量测端测得的故障电压行波分别为
Figure 596907DEST_PATH_IMAGE008
=2
Figure 291696DEST_PATH_IMAGE005
，=2
Figure 669905DEST_PATH_IMAGE005
。其中，,
Figure DEST_PATH_IMAGE017
,
Figure 729576DEST_PATH_IMAGE012
为架空线路波阻抗，
Figure 567082DEST_PATH_IMAGE013
为电缆波阻抗。令k=
Figure 133193DEST_PATH_IMAGE014
，将上式代入可得k=
Figure 621812DEST_PATH_IMAGE018
<<1，由于M量测端测得的故障电压行波
Figure 982386DEST_PATH_IMAGE008
经过电缆，发生更加严重的衰减和畸变，使其幅值变得更小，则k变得更小。
2、小波变换的奇异性检测理论
小波变换最大的特点就是具有良好的时频局部化能力，能够同时从时域和频域描述奇异信号的每一个细节，故障产生的行波是一种非平稳变化的高频信号，因此小波变换成为分析行波的最为有效的数学工具。小波变换模极大值点不仅与信号的突变点是一一对应的，而且模极大值的大小与信号突变量的大小成正比，故可以用小波变换模极大值的大小来表征行波波头的幅值。
3、利用相应模极大值的大小来表征故障电压初始行波的幅值
设在线路首端测得的故障电压初始行波对应的模极大值为
Figure DEST_PATH_IMAGE019
，在线路末端测得的故障电压初始行波对应的模极大值为，令
Figure 365405DEST_PATH_IMAGE004
，将k与预先设置的阀值kset1和kset2相比较，即可构成判据：
若k>kset2，则可以判别为是首端架空线故障；
若kset1<k< kset2，则可以判别为是电缆故障；
若k<kset1，则可以判别为是末端架空线故障。
本发明的有益效果是：
1、仅需故障后首末两端故障初始电压行波的幅值信息，数据通讯量少；
2、采用2ms短时窗进行判定分析，能够快速实现故障区段的判断；
3、利用小波变换模极大值表征故障初始电压行波幅值，判据特征量简单，利于实现。
附图说明
图1为本发明D型（架空线-电缆-架空线）线缆混合线路结构示意图；
图2为本发明D型线缆混合线路电缆结构示意图；
图3为实施例1中D型线缆混合线路电缆段距离首端90km处发生单相金属性接地故障，首端和末端
Figure 256000DEST_PATH_IMAGE001
模故障电压行波的波形图；
图4为实施例1中首端和末端量测的故障电压行波对应的小波变换模极大值的波形图；
图5为实施例1中D型线缆混合线路电缆段发生强故障的故障电压行波路径的示意图；
图6为实施例2中D型线缆混合线路首端架空线发生强故障的故障电压行波路径的示意图；
图7为实施例3中D型线缆混合线路末端架空线发生强故障的故障电压行波路径的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
一种针对强故障的基于故障电压初始行波幅值比较的D型线缆混合线路故障区段判别的方法，当D型线缆混合线路发生强故障时，提取故障前后首末两端短时窗内的故障电压数据并进行相模变换，得到
Figure 990738DEST_PATH_IMAGE001
模分量；对两侧
Figure 786525DEST_PATH_IMAGE001
模分量进行小波变换，得到对应的模极大值；选取首端与末端故障初始行波模极大值的比值作为判据特征量，通过比较判据特征量和预先设置阀值的大小，进行D型线缆混合线路故障区段的判别。
本发明所述方法具体步骤如下：
（1）D型线缆混合线路发生强故障后，分别截取线路首端和末端故障前后短时窗内的各相暂态电压波形，并进行相模变换；
（2）选取三次B样条小波作为小波基函数，对两侧
Figure 960017DEST_PATH_IMAGE001
模分量进行小波变换，得到对应的模极大值；
（3）利用相应模极大值的大小来表征故障电压初始行波的幅值，设在线路首端测得的故障电压初始行波对应的模极大值为
Figure 908382DEST_PATH_IMAGE002
，在线路末端测得的故障电压初始行波对应的模极大值为
Figure 876338DEST_PATH_IMAGE003
；
（4）选取首端和末端故障初始行波模极大值的比值
Figure 660885DEST_PATH_IMAGE004
作为判据特征量，通过仿真实验，设置阀值kset1和kset2，将判据特征量k与阀值相比较，进行D型线缆混合线路故障区段判别：
    若k>kset2，则可以判别为是首端架空线故障；
若kset1<k< kset2，则可以判别为是电缆故障；
若k<kset1，则可以判别为是末端架空线故障。
测量D型线缆混合输电线路两端故障电压行波时，数据采样时间长度为2ms，采样频率为1MHz。
实施方式一：仿真***接线图如图1所示，电压等级为220kV，采样频率为1MHz。M侧***参数
Figure DEST_PATH_IMAGE021
,
Figure 310172DEST_PATH_IMAGE022
；N侧***参数
Figure DEST_PATH_IMAGE023
,
Figure 362311DEST_PATH_IMAGE024
；首端架空线
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，单位长度正序阻抗，单位长度零序阻抗
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，单位长度对地正序电容
Figure 722414DEST_PATH_IMAGE028
,单位长度对地零序电容
Figure DEST_PATH_IMAGE029
，电缆结构如图2所示，末端架空线长度
Figure 909812DEST_PATH_IMAGE030
，参数同首端架空线参数相同。假设混合线路电缆段距离首端90km处发生单相金属性接地故障。
该基于故障电压初始行波幅值比较的D型线缆混合线路故障区段判别的方法的步骤是：
（1）D型线缆混合线路发生强故障后，分别截取线路首端和末端故障前后2ms（故障前0.2ms，故障后1.8ms）的各相暂态电压波形，并进行相模变换。
（2）选取三次B样条小波作为小波基函数，对两侧
Figure 82037DEST_PATH_IMAGE001
模分量进行小波变换，得到对应的模极大值（如图4所示）。
（3）利用相应模极大值的大小来表征故障电压初始行波的幅值，设在线路首端测得的故障电压初始行波对应的模极大值为
Figure 391795DEST_PATH_IMAGE002
，在线路末端测得的故障电压初始行波对应的模极大值为。
（4） 针对该模型，通过大量仿真实验，将阀值设kset1设置为0.3，kset2设置为3时满足使用要求。由图4可以看出，
Figure DEST_PATH_IMAGE031
=-1.515，
Figure 142025DEST_PATH_IMAGE032
=-1.548，则=0.9787，满足判据kset1<k< kset2，故可判别为是电缆故障。
    实施方式二：仿真***结构与参数同实施方式一，假设混合线路首端架空线路60km处发生单相金属性接地故障。
    重复实施例1判别故障区段的步骤，同实施方式一，将阀值设kset1设置为0.3，kset2设置为3，
Figure 919488DEST_PATH_IMAGE031
=-10.94，
Figure 400148DEST_PATH_IMAGE032
=-1.411，则=9.7534，满足判据k> kset2，故可判别为是首端架空线路故障。
实施方式三：仿真***结构与参数同实施方式一，假设混合线路首端架空线路120km处发生单相金属性接地故障。
重复实施例1判别故障区段的步骤，同实施方式一，将阀值设kset1设置为0.3，kset2设置为3，
Figure 674320DEST_PATH_IMAGE031
=-1.452，
Figure 368607DEST_PATH_IMAGE032
=-12.41，则
Figure 708583DEST_PATH_IMAGE004
=0.1170，满足判据k< kset1，故可判别为是末端架空线路故障。
    采用本发明的方法，对D型线缆混合线路不同故障位置进行了仿真验证，结果如下表所示：
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.一种针对强故障的基于故障电压初始行波幅值比较的D型线缆混合线路故障区段判别的方法，其特征在于：当D型线缆混合线路发生强故障时，提取故障前后首末两端短时窗内的故障电压数据并进行相模变换，得到                                                
Figure 2013102066780100001DEST_PATH_IMAGE001
模分量；对两侧
Figure 81225DEST_PATH_IMAGE001
模分量进行小波变换，得到对应的模极大值；选取首端与末端故障初始行波模极大值的比值作为判据特征量，通过比较判据特征量和预先设置阀值的大小，进行D型线缆混合线路故障区段的判别。
2.根据权利要求1所述的基于故障电压初始行波幅值比较的D型线缆混合线路故障区段判别的方法，其具体步骤如下：
（1）D型线缆混合线路发生强故障后，分别截取线路首端和末端故障前后短时窗内的各相暂态电压波形，并进行相模变换；
（2）选取三次B样条小波作为小波基函数，对两侧模分量进行小波变换，得到对应的模极大值；
（3）利用相应模极大值的大小来表征故障电压初始行波的幅值，设在线路首端测得的故障电压初始行波对应的模极大值为
Figure 953552DEST_PATH_IMAGE002
，在线路末端测得的故障电压初始行波对应的模极大值为
Figure 2013102066780100001DEST_PATH_IMAGE003
；
（4）选取首端和末端故障初始行波模极大值的比值
Figure 893826DEST_PATH_IMAGE004
作为判据特征量，通过仿真实验，设置阀值kset1和kset2，将判据特征量k与阀值相比较，进行D型线缆混合线路故障区段判别：
    若k>kset2，则可以判别为是首端架空线故障；
若kset1<k< kset2，则可以判别为是电缆故障；
若k<kset1，则可以判别为是末端架空线故障。
3.根据权利要求1或2所述的基于故障电压初始行波幅值比较的D型线缆混合线路故障区段判别的方法，其特征在于：测量D型线缆混合输电线路两端故障电压行波时，数据采样时间长度为2ms，采样频率为1MHz。
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