基于行波检测式电缆故障测距的研究

利用小波变换的性质及暂态电压行波与小波变换模极大值的关系,并通过比较波头极性,准确捕捉初始行波与故障点反射波波头到达时刻,确定行波运行时间,完成故障测距.并通过仿真证明了测距的准确性.     

形态学与HHT检测相结合的行波波头准确标定方法

由于长输电线路高阻故障和线路色散等因素使得故障行波波头高频成分衰减较大,提出并实现了一种将形态学与 Hilbert-Huang 变换(HHT)相结合的行波检测及其波头到达时刻准确标定方法.行波暂态信号经形态学滤波之后,再对其做经验模态分解(EMD)提取其高频部分IMF1和IMF2分量,藉此实现对行波波头到达时刻的精确标定.若由于线路雷电冲击电晕和线路参数频变等因素引起行波波头较大衰减,使得故障行波反射波头在IMF1表现不明显时,则可采用IMF2分量对其反射波头到达时刻进行准确标定.该方法对行波波头的时间标定可以精确到采样点.电磁暂态仿真数据和实际工程数据验证表明,该方法正确、有效,并已应用于故障行波分析与测距装置.     

VSC-HVDC输电线路单端行波自动化故障定位方法研究

为保证电压源换流器型高压直流输电(voltage sourcedconverter-HVDC,VSC-HVDC)系统的可靠运行,提出一种基于分布参数模型的VSC-HVDC输电线路单端行波自动化故障定位方法。在1模故障分量网络中,电压行波具有以下2个特点:行波反射会改变极性,折射不改变极性;行波在两端直流母线处会发生全反射,在故障点处则折射大于反射。据此可以得出,测点接收到的所有电压反行波中,来自对端母线第1次反射的反行波是最强的正极性反行波。进而可以根据电压行波首次到达本端测点和对端直流母线处第1次反射的反行波到达测点的时间差实现故障定位。PSCAD下的仿真结果表明,本算法原理正确,具有较高的定位精度,最大误差不超过600 m,且理论上不受过渡电阻的影响,更重要的是无需人工识别行波波头,易于实现故障定位的自动化。     

行波小波系数极大值极性法接地故障选线研究

为正确确定故障线路,保证系统安全,提高供电可靠性,研究了配电网中单相接地短路故障时的暂态行波特性。分析变压器的暂态行波特性及其对母线行波电压和线路行波电流的影响表明,行波初始过程中母线电压及各线路电流暂态行波的小波系数的显著规律是故障线路电流暂态行波0模量初始波头的小波系数的极大值极性,总是与其它线路电流和母线电压相反。然后利用暂态行波的小波系数极大值极性特征构成了一种新颖的故障选线保护判据,即利用母线零序电压突变量判断单相接地的时刻,通过识别母线电压及各线路电流初始波头小波系数的极大值极性特征,判断故障线路。利用MATLAB建立了一个典型的配电网系统模型,仿真结果证明该选线算法的有效性,最后对该法的应用提出相关的建议。     

CSC-HVDC输电线路单端行波自动故障定位方法

传统行波故障定位方法有行波波头难以识别,无法实现自动化的固有缺点,为此,基于直流线路发生故障时,线路两侧的直流滤波器和平波电抗器组成的物理边界会对电压行波中的高频信号产生全反射,而且高频电压行波在故障点折射强于反射的特点,采用线路的分布参数模型,提出了一种高压直流输电线路单端行波自动故障定位方法。该方法用线路高频电压分量和高频电流分量计算沿线电压分布,识别出前行波和反行波的最强叠加点即可实现故障定位。此方法避免了传统行波测距中需要人工识别行波波头的缺点,所需数据窗短,测距特征明显易于实现自动化,仿真验证表明该方法定位精度高,1 000 km线路最大测距误差仅为800 m,且不受过渡电阻的影响。     

数学形态学用于高压直流输电线路行波保护的探讨

首先分析了高压直流输电线路行波传播特点及行波保护中的两个关键问题即行波滤波和波头捕获,继而详细介绍了数学形态学滤波技术和形态学梯度技术,并把它们成功地应用于直流输电线路暂态行波滤波和故障行波波头的捕获.仿真结果表明,形态滤波技术对于行波信号中的白噪声尤其是对于正负相间的脉冲噪声有很好的滤波能力;经形态学梯度变换后的暂态故障行波中的突变分量易于检测,这种基于数学形态学的行波保护方法在高压直流线路行波保护中具有良好的应用前景.     

超高压线路暂态保护中雷电干扰与短路故障的识别

未导致故障的雷击可能会造成超高压线路暂态保护的误动,对这种雷电干扰的识别是暂态保护实用化必须要解决的一个棘手问题。全面分析了输电线路中雷电干扰和故障情形的模量行波大小与行波波形,发现如下特征：感应雷作用下三相线路中的线模量远小于地模量;重型直击雷的波头部分和截波处都突变剧烈;轻型直击雷的波尾时间显著小于短路行波的持续时间。基于此,提出了轻型直击雷、感应雷与重型直击雷、普通短路故障的识别原理,以及利用小波变换的雷电干扰实用识别算法,大量EMTP仿真表明该识别原理可行、算法可靠,有望解决暂态保护在雷电干扰时的误动问题。     

数学形态学用于高压直流输电线路行波保护的探讨

首先分析了高压直流输电线路行波传播特点及行波保护中的两个关键问题即行波滤波和波头捕获,继而详细介绍了数学形态学滤波技术和形态学梯度技术,并把它们成功地应用于直流输电线路暂态行波滤波和故障行波波头的捕获。仿真结果表明,形态滤波技术对于行波信号中的白噪声尤其是对于正负相间的脉冲噪声有很好的滤波能力;经形态学梯度变换后的暂态故障行波中的突变分量易于检测,这种基于数学形态学的行波保护方法在高压直流线路行波保护中具有良好的应用前景。     

±800kV直流输电线路单端行波故障定位的红绿色彩模式检测

不同于交流系统,直流母线上只有直流输电线路一回线路,线路故障单端行波定位原理不会受母线上其他线路的影响,也不存在单相电压过零点附近发生故障和两相电压相等附近发生相间故障时,初始电压行波为零或很小的问题。直流输电线路两端平波电抗器和直流滤波器构成现实的物理边界,故障电压行波在该边界处的反射系数为正且接近于1。将直流线路正、负两极故障电压行波分别映射到红、绿两个颜色通道,形成红绿色彩模式图,其颜色突变点对应于故障行波波头到达量测点的时刻,颜色突变的方向对应于波头的极性,即红色突变对应正极性浪涌,绿色突变对应负极性浪涌。根据故障点反射波与初始行波的颜色突变方向相反,对端边界反射波与初始行波的颜色突变方向相同,来识别故障位于近端1/2线长之内或之外,以及第二个波头的性质。利用图像的边缘检测方法完成故障行波奇异性检测,藉此实现单端行波定位。该方法不需要对故障行波进行小波变换,简单,直观。大量仿真试验表明该方法正确有效。     

利用故障特征频带和TT变换的电缆单端行波测距

与架空线路相比,电缆线路行波色散更为严重,其行波波速度的确定及故障行波波头到达时刻的精确标定更为关键。将单端行波暂态信号进行小波分解并重构为多个频带的时域信号,采用相关分析计算每一个频带下2个波头的相关系数,选择相关系数最大的频带为特征频带,并利用特征频带的中心频率计算电缆行波波速。在特征频带内利用时域变换的TT算法,对行波波头到达量测端的时刻进行精确标定。由此构建了基于故障特征频带和TT变换的电缆线路单端行波测距方法。大量高压电缆故障测距的电磁暂态仿真结果表明,该方法有效,测距精度高。     

输电线行波测距中雷击与短路故障的识别

掌握超高压、高压输电线路上雷电冲击发生的位置和频次等信息,对输电线路的防雷保护及系统运行水平的提高具有重要的理论和现实意义,故而利用现有可检测与定位线路雷击的行波测距装置,提出了一种基于小波包能量谱和暂态行波特征分析的雷击与短路故障识别方法。通过对500kV输电线路的非故障性雷击、故障性雷击以及普通短路故障的仿真研究,提取出电流行波信号的特征和信号各频段的能量分布规律,结合这些特征和规律提出了对3种暂态过程进行识别和分类的具体算法。EMTDC仿真验证了该算法的正确性。     

基于电压行波陡度的柔性直流送出线路快速保护方案

柔性直流技术在灵活解决高比例新能源消纳的问题上具有革命性意义。针对传统线路保护已不能可靠适应柔性直流送出系统高比例电力电子设备脆弱性、故障信息提取难等问题,文中提出一种基于电压行波陡度的柔性直流送出线路快速保护方案。通过分析直流线路故障暂态特性,利用限流电抗器两侧故障电压行波陡度与极性的不同,增加了有效暂态信息量提取范围,实现区内外故障识别;利用故障极与健全极的电压行波变化程度存在明显差异,判别故障类型;同时考虑了雷击干扰并利用其初始变化特性提出了快速识别方法。最后通过仿真验证了该保护方案在各种影响因素下的性能,可以快速可靠地识别故障,具有良好的灵敏性和抗干扰能力。     

单相接地故障下第2个反向行波识别的新方法

在三相线路上发生单相接地故障时,线模行波极性受保护线路两侧的母线结构和测量点行波大小的影响,基于单端线模行波极性正确识别第2个反向行波是故障点反射波还是对端母线反射波非常困难。针对此问题,提出了不受线路两侧母线结构影响的第2个反向行波识别新原理,若第2个到达测量点的反向行波中零模与线模行波极性相同,则为故障点反射波;若零模与线模行波极性相反,则为从故障点透射过来的对端母线反射波,大量EMTP仿真证明了此原理清晰、可靠,方法有效、正确。     

基于方向行波的小电流接地系统故障选线

从行波传输的角度出发，对小电流接地系统发生故障时的暂态过程进行分析，并通过分析得出以下结论：故障线路的反向电压行波和正向电压行波同时到达，而非故障线路的反向电压行波滞后正向电压行波一定时间后到达；并且故障线路和非故障线路正向电压行波的初始极性相反。利用这两个特征，提出基于正、反向行波能量之比和正向电压行波初始极性的故障选线新判据。通过暂态仿真软件ATP进行仿真，结果证实了上述原理的有效性，且不受故障初相角和过渡电阻的影响。     

基于行波传播路径的不等长双回线路单端行波测距

由于雷击引起的闪络故障电流行波的初始行波幅值较大并且伴随着大量的振荡,而反映故障位置行波(故障点反射波和对端母线反射波)的幅值远小于故障初始行波的幅值,故在同一观测尺度上,难以辨识出故障行波性质;同时,在现场实际中,不存在完全等长的双回线路。基于此,分析了不等长双回线路于故障回线和健全回线量测端两个坐标轴上观测到的行波波头于时间轴的分布特点,提出了采用故障线路量测端和非故障线路量测端两个尺度上联合观测和辨识故障行波性质的方法,并采用同一观测端的故障线路和健全线路各自检测到一次属于它自己电流互感器所观测的故障初始行波波到时刻,实现了不等长双回线路故障测距。大量实测数据表明,于故障线路量测端和非故障线路量测端两个尺度上联合观测,特别是雷击闪络故障,能够可靠和正确地辨识故障行波的性质,实现不等长双回线路的可靠精确测距。     

基于PSCAD/EMTDC的高压直流输电线路保护仿真研究

本文在PSCAD/EMTDC平台上建立了实用的直流输电线路行波保护系统模型。通过分析高压直流线路发生故障后的特点,按照行波保护的原理,利用直流线路发生故障瞬间,线路上产生的暂态电流电压行波的幅值和方向不受控制系统作用影响的特点,通过计算直流电压下降率和直流线路故障前后的电压电流行波差值,来判断直流线路是否发生故障。在南方电网贵广直流输电系统仿真模型上对所建立的直流输电线路行波保护系统进行了仿真测试,通过设定极1整流侧直流线路发生接地短路故障,验证行波保护系统的动作情况,仿真测试结果证明了本文所建立的线路行波保护系统的正确性和实用性。     

±800kV直流输电线路的极波暂态量保护

构建基于极波的特高压直流输电（ultra high voltage DC,UHVDC）线路暂态保护的启动元件、边界元件、雷击干扰识别元件和故障选极元件。线路故障后,保护安装处量测的极波首波头幅值比其对应的极线电压、线模电压和零模电压首波头幅值大,且更为陡峭,故利用极波变化率构造启动判据;利用极波信息熵测度对故障特征进行定量描述、分析和估计来形成区内外故障的识别判据;雷击故障的极波波形远离零轴,而雷击未故障的极波围绕零轴交替变化,故利用短窗内极波采样值直接求均值来构建快速的雷电干扰识别算法;故障极极波与零轴构成的面积远大于非故障极波与零轴构成的面积,故利用正负极的极波与零轴构成的面积之比进行故障选极。时窗取为5ms,避开控制系统响应对暂态保护的影响。PSCAD仿真结果表明,所提极波暂态量保护原理正确,算法有效。     

基于极性比较原理的广域行波保护方法

针对传统行波保护可靠性低这一缺点,提出一种基于初始行波极性比较原理的广域行波保护方案.根据电网的连接方式和行波保护继电器(TWPR)位置,形成线路/TWPR关联矩阵.系统发生故障后,根据TWPR记录的初始行波极性信息和线路/TWPR关联矩阵形成故障关联矩阵,并据此确定具体的故障线路.广域行波保护系统基于多点信息作出决策,在某一行波保护继电器故障、启动失灵或记录错误后仍能可靠动作.仿真分析表明,文中提出的广域行波保护算法原理清晰、实现简单,具有良好的工程应用前景.     

计及模速差异与杂散电容的反向行波辨识

单端法是行波测距研究的热点,但第2个浪涌波头的辨识因非故障线路及故障对端母线的存在变得困难。为此藉助故障行波线模与零模波速的差异提出一种区分故障半程内外的辅助判据。反向行波虽能有效抑制相邻非故障线路行波折射的影响,但仅基于极性比较的方法并不能准确地辨识出第2个电压行波,故考虑电压行波在实际变电站母线杂散电容处的传播特性,即电压行波在杂散电容处的初始反射系数恒为负的结果而利用第2个反向行波相对极性进行波头辨识。理论分析和实际仿真结果表明,这种方法不受线路两端母线类型影响,对单端行波测距法的有效实施有非常现实的意义。     

基于形态学的HVDC线路故障识别与定位方法研究

有效的故障行波波头辨识及测距方法是行波保护应用的重要环节。在介绍数学形态学原理及算法的基础上,通过对故障暂态电压行波的多分辨形态学梯度MMG(Multi-resolution Morpho-logical Gradient)处理,提取出故障折、反射行波的幅值及极性,以此对高压直流输电HVDC(High Voltage DC transmission)线路故障类型进行识别,并利用单端或双端测距算法进行故障测距。同时,讨论了几种与线路故障暂态相似的故障类型:换相失败和逆变侧单相接地故障。Matlab仿真结果表明,所提保护算法能够很好地区别HVDC线路故障和其他相似的暂态过程,也能准确地进行故障定位。