專利名稱：電力傳輸線路中故障識別的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電力傳輸領域，尤其涉及當傳輸線路發生故障時，識別該傳輸線路中 故障的方法。
背景技術：
對于傳輸線路來說，通常存在兩種類型的故障，即永久故障和瞬時故障。對于高壓 /特高壓系統來說，超過90%的故障是單相故障，而且單相故障中的80%是瞬時故障。自動 重合間(auto-reclosing)是提高電力系統穩定性和連續性的有效方式。然而，如果具有永 久故障的傳輸線路被自動重合閘，可能會存在兩種風險，第一種風險是主要設備可能被損 壞，第二種風險是系統穩定性可能受到威脅。因此，區別傳輸線路中的瞬時故障和永久故障 是非常重要的。對于不具有并聯電抗器(shunt reactor)的傳輸線路來說，通常采用電壓耦合方 法。該方法是基于對斷開相導體(opened phase conductor)電壓的測量。對于瞬時性單 相故障(single-phase fault)，當傳輸線路的故障相被隔離時，該隔離相導體仍然具有對 地的電壓，即電容耦合電壓(capacitive coupling voltage)，以及來自于未斷開的健全相 導體(unbroken healthy phase conductor)白勺電感感應電fli (inductivevoltage)。但是 對于永久故障來說，所測量的電壓主要包括來自未斷開的健全相導體的電感感應電壓，而 耦合電壓幾乎為零。較長的特高壓/超高壓傳輸線路通常配備有并聯電抗器，以補償線路上的分布電 容。裝配在星型連接電抗器(Y-connected reactors)的中間點(neutral point)和地之 間的小電抗器能夠部分地補償相間耦合電容(phase-phase coupling capacitance) 0因 此，在永久故障或者瞬時故障的情況下，工頻電容耦合電壓(power frequency capacitive couplingvoltage)可能都非常低。在這種情況下，基于電容耦合電壓的方法將不能區分瞬 時故障和永久故障。
發明內容
本發明的一個實施例提供了傳輸線路中故障識別的方法，以便在傳輸線路發生單 相故障的情況下可靠區分瞬時故障(即瞬時故障)和永久故障，并且避免當故障是永久故 障時對電路斷路器的重合閘。根據本發明的一個實施例，提供了在傳輸線路中故障識別的方法。該方法可以 包括如下步驟當傳輸線路發生故障時，在該傳輸線路的端點進行測量以獲得測量信號 g(t)；將該測量信號g(t)與預先設定的標準信號f(t)進行比較，其中該預先設定的標準信 號f(t)具有拍頻(beat frequency)特性；根據比較結果，如果該測量信號g(t)與該預先 設定的標準信號f(t)匹配，則該故障被識別為瞬時故障；或者根據比較結果，如果該測量 信號g(t)與該預先設定的標準信號f(t)不匹配，則該故障被識別為永久故障。根據本發明的另一個實施例，提供了在傳輸線路中故障識別的裝置。該裝置可以包括測量單元，用于當傳輸線路發生故障時，在該傳輸線路的端點進行測量以獲得測量信 號g(t)；比較單元，用于將該測量信號g(t)與預先設定的標準信號f(t)進行比較，其中該 預先設定的標準信號f(t)具有拍頻特性；識別單元，用于根據比較結果，如果該測量信號 g(t)與該預先設定的標準信號f(t)匹配，則該故障被識別為瞬時故障；或者根據比較結 果，如果該測量信號g(t)與該預先設定的標準信號f(t)不匹配，則該故障被識別為永久故 障。
圖1示出了在瞬時故障的情況下，在具有并聯電抗器的傳輸線路的斷開相導體的 一端所測量的電壓的波形示意圖；圖2示出了根據本發明一個實施例，在傳輸線路中故障識別的方法的流程圖；圖3示出了根據本發明另一個實施例，在傳輸線路中故障識別的方法的流程圖；圖4示出了根據本發明的一個實施例，從如圖1所示的波中選取的標準信號的波 形示意圖；圖5示出了根據本發明的一個實施例，標準信號的另一個示例的波形示意圖；圖6示出了在傳輸線路的一端具有并聯電抗器的傳輸線路的結構示意圖；圖7和圖8示出了在模擬環境(PSCAD，電力系統計算機輔助設計)中，基于圖6所 示的結構的模擬結果示意圖；圖9示出了根據本發明一個實施例，基于隨后描述的公式⑴所計算的系數K的 值；圖10示出了在傳輸線路的兩端均具有并聯電抗器的傳輸線路的結構示意圖；以 及圖11示出了根據本發明一個實施例提供的故障識別裝置的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明示例性的實施例進行描述。為了清楚和簡要起見，實際的 實施例并不局限于說明書中所描述的這些技術特征。然而，應該理解的是，在改進任何一個 所述實際實施例的過程中，多個具體實施例的決定必須是能夠實現改進人員的特定目標， 例如，遵從系統相關和商業相關的限制，所述限制隨著實施例的不同而變化。而且，應該理 解的是，前述改進的效果可以是非常復雜和耗時的，但是這對于知曉本發明益處的本領域 技術人員來說仍然是常規技術手段。對于具有并聯電抗器的線路來說，當發生瞬時性的單相故障并且故障相電路斷路 器被開閘時，該故障點將有一個被稱為二次弧(secondary arc)的故障弧(fault arcing) 0 這個弧的變化是一個反復的過程，即起初，該弧會逐漸熄滅，然后該弧會被再次點燃，然后 這個弧會再次逐漸熄滅。這個過程會持續一段時間，并且在故障點的電壓低于故障弧被再 次點燃的電壓(reigniting voltage)時結束。當故障弧不能被再次點燃時，如果該故障是 瞬時性的，則存儲在故障相導體如電容、電感中的能量將會被低頻振蕩分量(oscillating component)消耗掉。但是如果該故障是永久性的，該故障弧不具有再次點燃階段，而且故障 相導體不能存儲能量。因此，在永久故障的情況下，不會出現振蕩波。
由于低頻振蕩分量，在傳輸線路發生瞬時故障的情況下，在斷路導體的一端所測 量的電壓可以具有被稱為拍頻的特性。圖1示出了在瞬時故障的情況下，在具有并聯電抗 器的傳輸線路的斷開相導體的一端所測量的電壓的波形示意圖。該拍頻特性意味著該信號 是包括兩個或多個頻率的復合信號，而且其波形與圖1所示的階段“4”類似。在本發明的一個實施例中，具有拍頻特性的標準信號波形被用于匹配和追蹤在傳 輸線路一端所測量的測量信號，以便通過測量信號與該標準信號的比較來區分瞬時故障和 永久故障。圖2示出了根據本發明一個實施例，在傳輸線路中故障識別的方法的流程圖。如圖2所示，在步驟201中，當傳輸線路中發生故障時，在該傳輸線路的一端測量 信號g(t)，例如電壓或電流。在步驟203中，選取具有拍頻特性的標準信號f(t)，并且將測 量信號g(t)與該標準信號f (t)進行比較。在步驟205中，根據前述比較結果，確定該故障究竟是瞬時故障還是永久故障。如 果比較結果表明該測量信號與標準信號匹配，則該故障被確定為瞬時故障；否則，是永久性 的故障。圖3示出了根據本發明另一個實施例，在傳輸線路中故障識別的方法的流程圖。 步驟301與前述實施例中所示的步驟201類似。在步驟303中，計算測量信號g(t)與標 準信號f(t)的相似度。例如，該相似度可以通過計算信號f(t)和測量信號g(t)的內積 (inner product)來獲取，計算方式可根據下述公式(1)
權利要求
1.傳輸線路中故障識別的方法，其特征在于，所述方法包括測量步驟(201，301)當傳輸線路發生故障時，在該傳輸線路的端點進行測量以獲得 測量信號g(t)；比較步驟(203)將所述測量信號g(t)與預先設定的標準信號f(t)進行比較，所述預 先設定的標準信號f(t)具有拍頻特性；以及識別步驟(205)根據比較結果，如果該測量信號g(t)與該預先設定的標準信號f(t) 匹配，則該故障被識別為瞬時故障；或者根據比較結果，如果該測量信號g(t)與該預先設 定的標準信號f(t)不匹配，則該故障被識別為永久故障。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述比較步驟和所述識別步驟包括 計算步驟(303)計算所述測量信號g(t)和所述預先設定的標準信號f(t)之間的相 似度K ；以 及 確定步驟(305)如果所述相似度K的值超過閾值，則確定所述故障是瞬時故障。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述測量信號g(t)和所述預先設定的標 準信號f(t)之間的相似度K通過如下公式進行計算
4.根據前述任意一項權利要求所述的方法，其特征在于，所述測量信號g(t)是在所述 傳輸線路端點所測量的電壓信號或電流信號。
5.根據前述任意一項權利要求所述的方法，其特征在于，在所述預先設定的標準信號 f(t)具有拍頻特性的前提下，所述預先設定的標準信號f(t)能夠隨機選取。
6.根據前述任意一項權利要求所述的方法，其特征在于，所述故障是單相故障。
7.根據前述權利要求2-6中任意一項所述的方法，其特征在于，在所述確定步驟中，進 一步根據以相似度K的計算值表征的包絡振幅特性來確定所述故障是瞬時故障或者永久 故障；如果所述包絡振幅振幅表現出波動性，則確定所述故障是瞬時故障；否則所述故障 被確定為永久故障。
8.根據權利要求2-7中任意一項所述的方法，其特征在于，所述閾值被設置為1。
9.根據權利要求2-7中任意一項所述的方法，其特征在于，所述閾值被設置為10。
10.根據權利要求2-7中任意一項所述的方法，其特征在于，所述閾值被設置為0.1。
11.傳輸線路中故障識別的裝置，其特征在于，所述裝置包括測量單元(1101)，用于當傳輸線路發生故障時，在該傳輸線路的端點進行測量以獲得 測量信號g(t)；比較單元(1102)，用于將該測量信號g(t)與預先設定的標準信號f(t)進行比較，所述 預先設定的標準信號f(t)具有拍頻特性；以及識別單元(1103)，用于根據比較結果，如果 該測量信號g(t)與該預先設定的標準信號f(t)匹配，則該故障被識別為瞬時故障；或者根 據比較結果，如果該測量信號g(t)與該預先設定的標準信號f(t)不匹配，則該故障被識別 為永久故障。
12.根據權利要求11所述的裝置，其特征在于，所述比較單元(1102)進一步用于計算 測量信號g(t)和具有拍頻特性的預先設定的標準信號f(t)之間的相似度K;以及所述識別單元(1103)進一步用于根據相似度K的計算值來確定該故障是瞬時故障還是永久故障， 其中，如果相似度K的值超過閾值，則確定該故障是瞬時故障。
13.根據權利要求12所述的裝置，其特征在于，所述測量信號g(t)和所述預先設定的 標準信號f (t)之間的相似度K可以由如下公式計算
14.根據權利要求11-13中任意一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置進一步包括標 準信號發生器(1104)，用于隨機產生具有拍頻特性的所述標準信號。
15.根據權利要求11-14任意一項所述的裝置，其特征在于，所述測量信號g(t)是在所 述傳輸線路端點所測量的電壓信號或電流信號。
全文摘要
本發明提供了傳輸線路中故障識別的方法和裝置。該方法可以包括當傳輸線路發生故障時，在該傳輸線路的端點進行測量以獲得測量信號g(t)；將該測量信號g(t)與預先設定的標準信號f(t)進行比較，其中該預先設定的標準信號f(t)具有拍頻特性；根據比較結果，如果該測量信號g(t)與該預先設定的標準信號f(t)匹配，則該故障被識別為瞬時故障；或者根據比較結果，如果該測量信號g(t)與該預先設定的標準信號f(t)不匹配，則該故障被識別為永久故障。
文檔編號H02H7/26GK102106052SQ200880130536
公開日2011年6月22日 申請日期2008年8月29日 優先權日2008年8月29日
發明者劉前進, 景雷, 楊贏, 蘇斌 申請人:Abb研究有限公司