專利名稱：基于行波電氣量量測的電力系統(tǒng)故障預(yù)警方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及電力系統(tǒng)故障預(yù)警方法。
技術(shù)背景電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，故障回路的電流劇烈增加，短路電流的熱效應(yīng)可能損壞設(shè)備， 影響負荷的正常工作，可能使并列運行的發(fā)電廠失去同步，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定運行，引起大面 積停電等嚴重后果，危害正常的社會和生活秩序。因此，研究電力系統(tǒng)故障預(yù)警具有重要 的理論意義和應(yīng)用價值。但由于理論的缺乏和技術(shù)的限制，目前的電力系統(tǒng)故障研究集中在故障后的保護方 面，暫沒有電力系統(tǒng)故障預(yù)警方法。但是絕大多數(shù)的電力系統(tǒng)故障都是有一個發(fā)展過程的， 如果能準確識別電力系統(tǒng)正常運行到故障之間的發(fā)展過程，就有可能實現(xiàn)電力系統(tǒng)故障預(yù) 警。實現(xiàn)電力系統(tǒng)故障預(yù)警，將是電力系統(tǒng)繼電保護的重大發(fā)展。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為實現(xiàn)電力系統(tǒng)故障預(yù)警，提出一種基于行波電氣量量測的電力系統(tǒng) 故障預(yù)警方法，以減少電力系統(tǒng)故障，降低電力系統(tǒng)故障損失。本發(fā)明提出的電力系統(tǒng)故障預(yù)警方法，其特征在于，該方法包括以下步驟第一步實時采集電力系統(tǒng)中部分或者所有電力設(shè)備上量測到的行波電氣量，同時監(jiān)測所述電力系統(tǒng)是否發(fā)生了擾動；第二步當監(jiān)測到所述電力系統(tǒng)發(fā)生擾動，記錄擾動發(fā)生時間；并比較采集到的所有 電力設(shè)備上的行波電氣量特征，確定出產(chǎn)生擾動的電力設(shè)備；第三步比較包括當前擾動在內(nèi)的最近三次擾動的電力設(shè)備是否為同一設(shè)備；如果最 近三次發(fā)生擾動的設(shè)備為同一設(shè)備，計算最近三次中第一次發(fā)生擾動的時間與第三次發(fā)生 擾動時間間隔；否則返回第一步；第四步比較所述時間間隔與預(yù)先設(shè)定的電力系統(tǒng)故障預(yù)警時間間隔，若所述時間間 隔小于等于預(yù)先設(shè)定的電力系統(tǒng)故障預(yù)警時間間隔，則判定該產(chǎn)生擾動的電力設(shè)備將發(fā)生 故障，輸出故障預(yù)警結(jié)果；否則返回第一步。本發(fā)明的方法是基于正常運行的電力系統(tǒng)中，如果某一設(shè)備絕緣降低，在交流工頻電 源的激勵下，該設(shè)備上將產(chǎn)生間歇性的瞬時擾動，擾動發(fā)生后，將產(chǎn)生在電力系統(tǒng)中傳播的行波。在電力系統(tǒng)中傳播的擾動行波特征也實時反映了電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)。 本發(fā)明的特點及有益效果-
本發(fā)明中的行波電氣量指的是由于電力系統(tǒng)擾動引起的在電力系統(tǒng)中傳播的電磁波。 行波波頭可看成脈沖信號，具有全頻帶分量。本發(fā)明中利用的行波電氣量是具有高頻暫態(tài) 特性的行波波頭信號。
本發(fā)明基于量測到的故障發(fā)生前，電力系統(tǒng)中發(fā)生間歇性瞬時擾動產(chǎn)生的行波電氣量 的電力系統(tǒng)故障預(yù)警方法，實現(xiàn)電力系統(tǒng)故障預(yù)警。
本發(fā)明能夠?qū)崟r監(jiān)測電力系統(tǒng)設(shè)備的運行情況，及時提供電力系統(tǒng)故障預(yù)警信息，減 少電力系統(tǒng)故障，提高電力系統(tǒng)供電可靠性，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。


圖1本發(fā)明的電力系統(tǒng)故障預(yù)警流程框圖。
圖2本發(fā)明的電力系統(tǒng)故障預(yù)警實施例流程框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的基于行波電氣量量測的電力系統(tǒng)故障預(yù)警方法，結(jié)合附圖及實施例詳細
說明如下
本發(fā)明提出的一種基于行波電氣量的電力系統(tǒng)故障預(yù)警方法，如圖1所示，該方法包 括以下步驟
第一步實時采集變電站內(nèi)部分或者所有電力設(shè)備上量測到的行波電氣量，同時監(jiān)測 電力系統(tǒng)中是否發(fā)生了擾動；
第二步當監(jiān)測到所述電力系統(tǒng)發(fā)生擾動，記錄擾動發(fā)生時間；并比較采集到的所有 電力設(shè)備上的行波電氣量特征，確定出產(chǎn)生擾動的電力設(shè)備；
第三步比較包括當前擾動在內(nèi)的最近三次擾動的電力設(shè)備是否為同一設(shè)備；如果最 近三次發(fā)生擾動的設(shè)備為同一設(shè)備，計算最近三次中第一次發(fā)生擾動的時間與第三次發(fā)生 擾動時間間隔；
第四步比較所述時間間隔與預(yù)先設(shè)定的電力系統(tǒng)故障預(yù)警時間間隔，若所述時間間 隔小于等于預(yù)先設(shè)定的電力系統(tǒng)故障預(yù)警時間間隔，則判定該產(chǎn)生擾動的電力設(shè)備將發(fā)生 故障，輸出故障預(yù)警結(jié)果；否則返回第一步。
電力系統(tǒng)中某一設(shè)備絕緣降低后，在工頻電壓作用下，將間歇性地引起在電力系統(tǒng)中 傳播的行波。根據(jù)電氣量性質(zhì)的不同，行波電氣量可分為電壓行波和電流行波。即使是三 相電力設(shè)備中的一相絕緣降低產(chǎn)生擾動行波，由于三相之間的電磁耦合關(guān)系，也會在其他 相上感應(yīng)出擾動行波。根據(jù)相量和模量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，三相行波也可轉(zhuǎn)化為三模行波。而且零模電流行波可以通過零序電流互感器直接獲取。因此，在三相電力系統(tǒng)中，本發(fā)明 所述的行波電氣量既可利用電壓行波，也可利用電流行波；既可利用模量行波，也可利用 相量行波實現(xiàn)。
所述所有電力設(shè)備上的電流行波特征為發(fā)生擾動的電力設(shè)備上的電流行波幅值最 大；或者發(fā)生擾動的電力設(shè)備上的電流行波極性與未發(fā)生擾動的電力設(shè)備上的電流行波極 性相反?；蛘邇烧呒娑兄?。
本發(fā)明的工作原理
當某一電力設(shè)備絕緣降低，在工頻電壓作用下，該電力設(shè)備將在絕緣降低點產(chǎn)生擾動 行波，該擾動行波將沿著該設(shè)備在電力系統(tǒng)中傳播，在波阻抗不連續(xù)點，如變電站的母線 處，該擾動行波將發(fā)生折反射，折射進其他正常運行的電力設(shè)備中。因此，在某一電力設(shè) 備絕緣降低后，安裝在變電站的所有電力設(shè)備上的互感器將感知該擾動行波。本發(fā)明利用 的行波信號為擾動產(chǎn)生的初始行波，就連接在變電站同一母線上的所有電力設(shè)備上的電流 行波而言，發(fā)生絕緣降低的電力設(shè)備上的電流行波為從線路流向母線，是其他電力設(shè)備上 產(chǎn)生的電流行波的源，且其他正常運行的電力設(shè)備上的電流行波為從母線流向線路，是絕 緣降低的電力設(shè)備上的電流行波的一部分，因此，絕緣降低的電力設(shè)備上的電流行波幅值 最大，遠大于正常運行的電力設(shè)備上的電流行波，并且發(fā)生絕緣降低的電力設(shè)備上的電流 行波極性與正常運行的電力設(shè)備上的電流行波的極性相反。而且因為本發(fā)明利用的行波信 號為擾動產(chǎn)生的初始行波，所以該行波為正向行波或者反向行波，電壓行波與電流行波之 間滿足線性關(guān)系，因此對安裝在變電站內(nèi)所有電力設(shè)備上的互感器感知到的電壓行波而 言，它們也同樣滿足發(fā)生絕緣降低的電力設(shè)備上的電壓行波的幅值最大，遠大于正常運 行的電力設(shè)備上的電壓行波，并且發(fā)生絕緣降低的電力設(shè)備上的電壓行波極性與正常運行 的電力設(shè)備上的電壓行波的極性相反。
電力系統(tǒng)中的擾動行波不一定都是由于電力系統(tǒng)故障前電力設(shè)備絕緣降低引起的，也 可能是由于斷路器開關(guān)操作引起的，或者雷擊電力系統(tǒng)引起的。但是電力系統(tǒng)故障前電力 設(shè)備絕緣降低引起的行波是有規(guī)律的，由于三相交流電力系統(tǒng)的工頻電壓是周期性電壓， 因此電力系統(tǒng)故障前電力設(shè)備絕緣降低引起的行波是連續(xù)的，且擾動行波產(chǎn)生的時間間隔 將越來越短；而其他擾動行波相對而言是隨機的，離散的，且擾動時間間隔通常都較長。 為了準確區(qū)分檢測到的擾動行波到底是由于電力系統(tǒng)故障前電力設(shè)備絕緣降低引起的，還 是由于其他原因引起的，本發(fā)明中引入了擾動行波的連續(xù)性檢測和擾動時間間隔檢測，準 確實現(xiàn)電力系統(tǒng)故障預(yù)警。
本發(fā)明設(shè)計了一個實現(xiàn)該方法的典型實施例，該方法如圖2所示，包括以下步驟
第一步實時采集變電站內(nèi)部分或所有電力設(shè)備上的零模電流行波數(shù)據(jù)，采樣頻率 1Mhz;利用3—10Khz的帶通濾波器，比較該頻帶的輸出數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)啟動值，實時判斷所監(jiān)測的電力系統(tǒng)中是否發(fā)生了擾動？如果沒有檢測到擾動，返回第一步，如果檢測到擾動， 進入第二步。所述預(yù)設(shè)啟動值根據(jù)電力系統(tǒng)電壓等級的不同，和電力設(shè)備的不同，而不同。 對10Kv的電纜線路，預(yù)設(shè)啟動值建議設(shè)為1A (歸算到電力系統(tǒng)一次側(cè)的值)；對35Kv的電纜線路，預(yù)設(shè)啟動值建議設(shè)為3A (歸算到電力系統(tǒng)一次側(cè)的值)。第二步若監(jiān)測到電力系統(tǒng)中發(fā)生了擾動，對擾動前后記錄的各64點零模電流行波 數(shù)據(jù)進行四層小波變換，此處的小波函數(shù)選用三次B樣條函數(shù)的一次導(dǎo)函數(shù)；對行波數(shù)據(jù) 的小波變換結(jié)果提取模極大值；對小波變換的模極大值進行幅值和極性，或者單獨幅值， 或者單獨的極性進行比較，根據(jù)幅值最大，極性與其他設(shè)備的極性相反的特征，判定發(fā)生 擾動的電力設(shè)備。第三步根據(jù)判定結(jié)果記錄，比較包括當前擾動在內(nèi)的最近連續(xù)三次的擾動判定結(jié)果 是否為同一電力設(shè)備，如果不是同一電力設(shè)備，返回第一步，如果是同一電力設(shè)備，計算 所述連續(xù)三次擾動中的第一次發(fā)生擾動的時間與第三次發(fā)生擾動的時間間隔。第四步比較第三步計算獲得的第一次發(fā)生擾動時間和第三次發(fā)生擾動的時間間隔與 預(yù)設(shè)的將要發(fā)生故障的電力設(shè)備三次連續(xù)擾動的時間間隔，如果計算獲得時間間隔大于預(yù) 設(shè)的時間間隔，則判定為電力設(shè)備運行正常；如果計算獲得時間間隔小于等于預(yù)設(shè)的時間 間隔，則判定為該電力設(shè)備將發(fā)生故障；輸出電力系統(tǒng)故障預(yù)警結(jié)果。所述預(yù)設(shè)的將要發(fā) 生故障的電力設(shè)備三次連續(xù)擾動的時間間隔根據(jù)現(xiàn)場的運行條件設(shè)定，通常設(shè)為3小時。
權(quán)利要求
1、一種基于行波電氣量量測的電力系統(tǒng)故障預(yù)警方法，其特征在于，該方法包括以下步驟第一步實時采集電力系統(tǒng)中部分或者所有電力設(shè)備上量測到的行波電氣量，同時監(jiān)測所述電力系統(tǒng)是否發(fā)生了擾動；第二步當監(jiān)測到所述電力系統(tǒng)發(fā)生擾動，記錄擾動發(fā)生時間；并比較采集到的所有電力設(shè)備上的行波電氣量特征，確定出產(chǎn)生擾動的電力設(shè)備；第三步比較包括當前擾動在內(nèi)的最近三次擾動的電力設(shè)備是否為同一設(shè)備；如果最近三次發(fā)生擾動的設(shè)備為同一設(shè)備，計算最近三次中第一次發(fā)生擾動的時間與第三次發(fā)生擾動時間間隔；否則返回第一步；第四步比較所述時間間隔與預(yù)先設(shè)定的電力系統(tǒng)故障預(yù)警時間間隔，若所述時間間隔小于等于預(yù)先設(shè)定的電力系統(tǒng)故障預(yù)警時間間隔，則判定該產(chǎn)生擾動的電力設(shè)備將發(fā)生故障，輸出故障預(yù)警結(jié)果；否則返回第一步。
2、 如權(quán)利要求l的方法，其特征在于，所述行波電氣量為電壓行波、電流行波、模 量行波或相量行波之中任一種。
3、 如權(quán)利要求l的方法，其特征在于，所述所有電力設(shè)備上的電流行波特征為發(fā) 生擾動的電力設(shè)備上的電流行波幅值最大。
4、 如權(quán)利要求l的方法，其特征在于，所述所有電力設(shè)備上的電流行波特征為發(fā) 生擾動的電力設(shè)備上的電流行波極性與未發(fā)生擾動的電力設(shè)備上的電流行波極性相反。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于行波電氣量量測的電力系統(tǒng)故障預(yù)警方法，屬于電力系統(tǒng)繼電保護領(lǐng)域；該方法包括實時采集電力系統(tǒng)中部分或者所有電力設(shè)備上量測到的行波電氣量，同時監(jiān)測所述電力系統(tǒng)是否發(fā)生了擾動；記錄擾動發(fā)生時間；并比較采集到的所有電力設(shè)備上的行波電氣量特征，確定出產(chǎn)生擾動的電力設(shè)備；比較包括當前擾動在內(nèi)的最近三次擾動的電力設(shè)備是否為同一設(shè)備；若是，則計算最近三次中第一次發(fā)生擾動的時間與第三次發(fā)生擾動時間間隔；若所述時間間隔小于等于預(yù)先設(shè)定的時間間隔，則判定該電力設(shè)備將發(fā)生故障，輸出故障預(yù)警結(jié)果。本發(fā)明能夠及時提供電力系統(tǒng)故障預(yù)警信息，減少電力系統(tǒng)故障，提高電力系統(tǒng)供電可靠性，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。
文檔編號G01R31/08GK101533060SQ200910081349
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者施慎行, 董新洲 申請人:清華大學(xué)