專利名稱：一種輸電線路雷擊與非雷擊故障的辨識方法
技術領域：
本發明涉及電力系統輸電線路故障智能診斷領域，特別是雷擊故障辨識領域。
背景技術：
在輸電線路等級由超高壓向特高壓發展的今天，雷擊仍然是引起輸電線路故障開斷的重要原因之一，成為當前線路安全運行中的薄弱環節。在應對和處理輸電線路雷擊事故方面，線路運行維護部門非常關注線路跳間事故是否確是雷擊事故。運行情況統計表明，輸電線路故障大多與季節有關，雷雨發生的時候也是其他事故的高發時刻，如污閃、植被舞動等造成的非雷擊故障，因此，有必要區分故障是否真是雷擊引起。目前，尚無準確確認電力系統運行中跳閘事故是否是雷擊事故的檢測手段，主要依靠運行維護人員巡線查找故障點，依據運行經驗和勘察故障后的痕跡判斷事故性質。由于雷電發生時刻，雷擊故障連續大量發生，同時落雷線路附近的雷擊造成的感應過電壓可能疊加污穢、植被等薄弱環節造成閃絡跳間，對于判斷故障性質存在一定困難。因此，準確判斷線路是否是雷擊故障，在生產實踐中需要一種直接的監測手段。
發明內容
為了解決上述技術問題，本發明提供一種輸電線路雷擊與非雷擊故障的辨識方法，所述方法以監測波形中波尾特征為基礎，當波尾時間大于閥值時間診斷為非雷擊故障，波尾時間小于閥值時間診斷為雷擊故障。一種輸電線路雷擊與非雷擊故障的辨識方法，包括以下幾個步驟獲取輸電線路監測裝置一次故障記錄的工頻故障電流數據和行波電流數據；根據工頻故障電流特征選取跳閘工頻故障電流；獲取跳閘工頻故障電流的GPS時鐘和相別，判斷故障相；選取故障相跳閘時間段內行波電流數據；根據GPS時鐘選取時間最早的行波電流數據，分析其特征，計算波尾時間；比較計算的波尾時間與選定的閥值時間，輸出診斷結果。與現有技術相比，本發明基于行波波尾特征來區分故障電流是雷擊還是非雷擊，物理概念極為清晰，判斷思路明確且無需大量計算，經過細致全面的仿真計算及現場數據的驗證，可有效應用于輸電線路雷擊與非雷擊的辨識。
圖1本發明一種輸電線路雷擊與非雷擊辨識方法的步驟流程2仿真輸電線路故障模型示意3雷擊故障時觀測點處故障相電流波形圖4雷擊故障時觀測點處非故障相電流波形圖5非雷擊故障時觀測點處故障相電流波形圖6非雷擊故障時觀測點處非故障相電流波形圖7實測工頻故障電流波形
圖8實測雷擊跳閘故障相行波電流波形圖9實測非雷擊跳閘故障相行波電流波形
具體實施例方式請參閱圖1，圖1是本發明一種輸電線路雷擊與非雷擊辨識方法的步驟流程圖所述辨識方法包括以下步驟步驟S101，獲取輸電線路監測裝置一次故障記錄的工頻故障電流數據和行波電流數據。本步驟中，監測裝置采用羅氏線圈傳感器，分布布置在輸電線路的不同位置。監測裝置在故障未發生時候工頻電流傳感器和行波電流傳感器循環采樣，故障發生時會產生工頻故障電流和行波電流，電流幅值超過設定閾值，工頻電流傳感器和行波電流傳感器記錄故障后固定時間長度數據，并整合上報，在識別雷擊和非雷擊時，首先獲取監測裝置記錄的工頻故障電流和行波電流數據。優選地，輸電線路每隔15到20公里在ABC三相安裝電流監測裝置，故障后工頻故障電流記錄的時間長度是0. 1秒，采樣率為MOO赫茲，行波電流記錄的時間長度是700微秒，采樣頻率為10兆赫茲。步驟S102，根據工頻故障電流特征選取跳閘工頻故障電流。本步驟中，參閱圖7，記錄的跳閘工頻故障電流在觸發時刻前電流為正常情況下負荷電流，頻率為50赫茲，幅值較小。在觸發時刻后電流幅值迅速增大，為正常負荷電流的2倍以上，經過2到3個工頻周期后繼保裝置動作，電流值變為零。優選地，跳閘工頻故障電流波形的特征是前一部分電流頻率為50赫茲；中間部分電流幅值為前一部分的2倍以上，頻率為50赫茲；最后部分電流幅值趨向于零。具體地，首先對獲取的工頻故障電流采取低通數字濾波器濾波，所述的低通數字濾波器濾波系統為 0. 00728858260748899,0. 00935854440761221,0. 0153508257920970,0.0246968943349573,0.0364929841439858,0.0495889563327376,0.0627020217042138,0.0745439890733811,0. 0839493142481361,0. 0899911187601496,0. 0920735371904809，0.0899911187601496,0.0839493142481361,0. 0745439890733811,0. 0627020217042138,0.0495889563327376,0. 0364929841439858,0. 0246968943349573,0. 0153508257920970，0. 00935854440761221,0. 0072885擬60748899，用低通濾波系數與采樣工頻故障電流波形作卷積運算，去掉輸出結果的前后20個點為濾波后工頻故障電流波形。選取濾波后工頻故障電流波形前96個點作傅里葉變換，計算其主頻Π，幅值Hl ；選取觸發時刻開始后48個點作傅里葉變換，計算其主頻f2，幅值H2 ；選取濾波后工頻故障電流波形最后96個點作傅里葉變換，計算其主頻幅值H3。如果Π = f2 = 50赫茲，H2 > 2H1，H3趨近于零，工頻故障電流波形為跳閘工頻故障電流波形。步驟S103，獲取跳閘工頻故障電流的GPS時鐘和相別，判斷故障相。本步驟中，監測裝置在記錄工頻故障電流波形的同時也會記錄下GPS時鐘和裝置所在的相別。因為輸電線路發生雷擊和非雷擊故障時一般都是單相接地故障，故障發生時故障相電流增大，非故障相電流為零。通過步驟S102判斷出的跳閘工頻故障電流，獲取跳閘工頻故障電流記錄裝置所在的相別就是故障相。步驟S104，選取故障相跳閘時間段內行波電流數據。
優選地，根據步驟S103中跳閘工頻故障電流的GPS時間記為Tgl，故障相記為M相，其中M代表輸電線路導線A、B、C相其中一相。選取M相電流監測裝置記錄的行波電流，GPS時鐘記為Tgi，預先設定時間閾值記為Tgm(Tgm取1秒鐘)，如果| Tgl-Tgi | < Tgm,則行波電流為選取的有效數據。若有多個行波電流有效數據選取其中一個。步驟S105，根據GPS時鐘選取時間最早的行波電流數據，分析其特征，計算波尾時間。優選地，根據步驟S104，選取的有效行波電流波形記為I⑴，電流I⑴絕對值最大值max(|l(t) I)對應的時間記為t1;沿時間軸增大方向，max(|l(t))下降到0.4倍max(|l(t) I)的時間記為t2，波尾時間記為Tm = t2-t10步驟S106，比較計算的波尾時間與選定的閥值時間，輸出診斷結果。本步驟中，比較計算的波尾時間Tm和預先選定的閥值時間T，如果Tm < T，診斷結果為雷擊故障，如果Tm > T，診斷結果為非雷擊故障，優選地，T取15微秒。進一步參閱圖2至圖9，根據圖2仿真示意圖建立模型，仿真雷擊故障，監測裝置記錄的波形為圖3和圖4，圖3是故障相電流波形，即為S104中選取的有效電流數據，圖4是非故障相電流波形，不是有效電流數據。對圖3波形分析波尾時間Tm = 0. 8微秒，Tm < T，診斷算法判定為雷擊故障。仿真非雷擊故障，監測裝置記錄的波形為圖5和圖6，同理，診斷算法判定故障性質為非雷擊故障。在仿真研究的基礎上實測輸電線路故障波形，記錄如圖8和圖9，圖8記錄的波形診斷算法判定為雷擊故障，圖9記錄的波形診斷算法判定為非雷擊故障，與巡線查找故障點結果一致。由此可見本發明物理概念清晰，判據可靠，在實際電力系統運行中，特別對于輸電線路故障性質識別發揮巨大的作用。以上所述的本發明實施方式，并不構成對本發明保護范圍的限定。任何在本發明的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的權利要求保護范圍之內。
權利要求
1.一種輸電線路雷擊與非雷擊故障的辨識方法，其技術特征是以監測波形中波尾特征為基礎的辨識方法，當波尾時間大于閥值時間診斷為非雷擊故障，波尾時間小于閥值時間診斷為雷擊故障，具體包括以下步驟獲取輸電線路監測裝置一次故障記錄的工頻故障電流數據和行波電流數據；根據工頻故障電流特征選取跳間工頻故障電流；獲取跳閘工頻故障電流的GPS時鐘和相別，判斷故障相；選取故障相跳閘時間段內行波電流數據；根據GPS時鐘選取時間最早的行波電流數據，分析其特征，計算波尾時間；比較計算的波尾時間與選定的閥值時間，輸出診斷結果。
2.如權利要求1所述的一種輸電線路雷擊與非雷擊故障的辨識方法，其技術特征是在SlOl中，輸電線路監測裝置采用分布式結構，即輸電線路每N公里ABC三相裝電流監測裝置，N取15到20，發生故障時監測終端記錄到工頻故障電流數據和行波電流數據，工頻故障電流數據和行波電流數據都分兩部分，觸發前追憶數據部分和觸發后記錄數據部分。
3.如權利要求1所述的一種輸電線路雷擊與非雷擊故障的辨識方法，其技術特征是在S102中，跳間工頻故障電流特征是觸發前追憶部分電流波形是工頻負荷電流，觸發后記錄部分電流開始幾個周期是工頻正弦波，幅值是負荷電流的2到4倍，然后電流趨向零。
4.如權利要求1所述的一種輸電線路雷擊與非雷擊故障的辨識方法，其技術特征是在S103中，記錄到跳閘工頻故障電流監測終端所在的相別是故障相。
5.如權利要求1所述的一種輸電線路雷擊與非雷擊故障的辨識方法，其技術特征是在S104中，如果故障相監測終端記錄行波電流GPS時鐘與跳閘工頻故障電流GPS時鐘間隔Tf秒內，行波電流數據是選定的有效數據，Tf取1秒。
6.如權利要求1所述的一種輸電線路雷擊與非雷擊故障的辨識方法，其技術特征是在S105中，在S104步驟確定的有效行波電流數據中選取GPS時鐘最早的行波電流記為I(t)，電流I(t)絕對值最大值maX(|l(t) I)對應的時間記為t1;沿時間軸增大方向，max (11 (t) I)下降到0. 4倍max (11 (t) |)的時間記為t2，波尾時間記為Tffl = Vt1。
7.如權利要求1所述的一種輸電線路雷擊與非雷擊故障的辨識方法，其技術特征是在S106中，比較計算的波尾時間Tm和預先選定的閥值時間T，如果Tm < T，診斷結果為雷擊故障，如果Tm > T，診斷結果為非雷擊故障，其中T取15微秒。
全文摘要
本發明提供了一種輸電線路雷擊與非雷擊故障跳閘的辨識方法，該方法根據輸電線路導線上故障行波電流的特征判定，將其波尾時間與閾值比較，來實現雷擊與非雷擊故障的辨識。該方法物理概念十分清晰，實用性好。
文檔編號G01R31/02GK102385019SQ201110214109
公開日2012年3月21日 申請日期2011年7月28日 優先權日2011年7月28日
發明者姚冬, 孔武, 邢鈾, 錢冠軍, 陳欽柱, 高峰, 黃松 申請人:武漢三相電力科技有限公司, 海南電力試驗研究所