基于变电站高频滤波边界特性的配电网线模行波选线方法

受母线并联电容器对于线模行波的高频滤波作用的启发,该文跳出基于零模行波设计选线方法的视角,提出利用变电站边界特性的配电网线模行波选线方法。首先,研究证实了电子式电压互感器、金属氧化物避雷器与母线其余设备杂散电容共同组成的智能变电站线路边界具备强健的高频滤波特性,其对于线模行波的折射衰减作用为后续选线方法的设计奠定了基础;然后,基于健全线路与故障线路上线模行波高频瞬时能量的差异构造了选线新判据,其在高阻故障与小相角接地故障等工况下具备较高的灵敏度;最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提选线方法的有效性、灵敏性与可靠性,该方法以线模行波作为所选模量,为故障选线问题的解决提供了全新的思路。

行波技术在矿井供电系统中的应用

煤矿高压供配电系统的安全运行,是保证煤矿高产高效的必需条件之一。降低高低压电缆故障,利用在线监测手段实现实时监测、提前预警,对有效解决因电缆故障造成的供配电系统不能持续安全运行的问题是十分有效且必要的。通过分析电缆故障的成因,对比直流叠加法、温度监测法、局部放电法、可恢复故障法4种电缆故障监测技术的优缺点,最终确定采用基于行波技术的小电流接地选线技术和故障测距技术,设计建立高压电缆在线监测供电系统。该系统实现了高压电缆的绝缘状况监测、进行预警、故障定位、接地精准选线等功能,从而保证矿井的供电安全。

基于三维时空图像的高阻小电流接地选线研究

随着国家电网公司能源互联网建设的逐步推进,对配电网的供电可靠性要求日益增高。为解决配电网高阻小电流接地故障选线准确率低的问题,提出了一种基于三维时空图像的高阻小电流接地选线方法。首先,在小波变换的基础上,采用全卷积神经网络学习高阻小电流接地故障行波的时域特征,并进行故障行波提取;其次,构建小电流接地故障行波时、频域的三维时空图像,采用全卷积神经网络实现多个故障行波周波的关联比对,降低单个故障行波周波识别不准确的问题;最后,在某供电公司进行了5 kΩ高阻小电流接地故障选线验证,其选线准确率为95.7%。所提出的基于三维时空图像的高阻小电流接地选线方法可提高单相接地线路选线准确率,对于快速处置配电网故障具有积极的意义。

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。

基于广域行波信息的行波保护

广域行波保护可以解决现有行波保护存在的判据信息来源单一和可靠性低等难题,但存在配置节点多、经济性差等问题。为此,论文提出了一种基于广域初始行波极性与时间信息的新型行波保护方法,该方法利用广域行波信息实现区域电网中的所有线路保护。电网故障时,利用故障初始行波极性信息界定行波故障域,然后融合故障域中的初始行波时间信息判定故障线路;电网拓扑结构发生变化时,仅需在原保护域的基础上进行局部修改,便可提高广域行波保护的自适应能力。仿真结果表明,该广域行波保护方法简便易行,可在配置有限数量行波检测单元的情况下,准确判别故障支路,有助于促进行波保护的工程应用。

基于广域行波初始波头时差关系矩阵的配电网故障选线及测距

配电网发生故障时,故障馈线支路准确辨识及准确测距是实现恢复供电的基础。针对常见的单端辐射状配电网故障时行波在电网中传递特点,异地同步监测各个出线末端的电压行波信号,优化小波分析函数准确获取行波波头抵达时刻,在此基础上提出了一种基于广域行波初始波头时差关系矩阵的配电网故障选线方法。该方法首先建立各个馈线支路间初始波头到达时差(time difference of arrival,TDOA)矩阵,然后根据故障时各支路波头实际TDOA矩阵,计算各线路矩阵谱范数大小,通过谱范数值差别找出故障馈线,并利用初始波头时刻数据实现故障测距。实验分析结果表明,在考虑同步测量时间误差的情况下能准确判断故障馈线并实现故障测距。

T型线路的行波精确故障测距新方法

在行波故障测距原理基础上,对T型线路的行波故障测距方法进行了研究,提出了综合利用T型线路的三端测量数据进行故障测距的思路,并依此提出了故障分支判别的新判据和故障点测距的新方法。分支判别判据考虑了实际测距误差因素对分支误判情况的影响,确保分支判别的有效性;故障点的测距过程中充分利用T型线路的三端测量数据,提出了利用三端数据进行故障测距的新方法。同时,测距表达式中消去了波速不确定性对测距结果的影响,并且一定程度上消除了线路弧垂对测距结果带来的误差。ATP/EMTP仿真结果表明,所提方法可以对T型线路进行精确的故障分支判别和故障点的测距。

采用区域电网多点测量信息的行波故障定位

利用区域电网多点测量信息进行行波故障测距,能够减少实际的定位装置使用数量,并提高结果可信度。为此,文中提出了一种利用时域行波数据同时进行故障选线和测距的算法。首先,根据模量速度差法初步估算故障距离,然后在不依靠保护动作信息的情况下进行故障选线,同时剔除无效数据。最后,结合单/双端行波法的优点,利用多端数据精确地查找故障位置,提高定位结果的品质。仿真结果表明,该方法需要的定位装置少,适用于各种故障情况且具有较高的测距精度。

基于小波变换的行波故障选相研究第2部分仿真试验结果

构造了一个新型行波故障选相元件，其基本原理是计算模量初始电流行波在小波变换下的模极大值，根据３个模量的故障特征选择故障相。该选相元件克服了传统选相元件的缺陷，充分利用了电流行波中的模故障分量特征，从而使选相结果准确、可靠、ＥＭＴＰ仿真结果证明了该选相元件的有效性和正确性。

基于两相电流行波的接地选线方法

中性点非有效接地配电系统大多只安装两相电流互感器,其接地选线问题是长期困扰实际运行的技术难题。为了解决只装有两相电流互感器配电系统的单相接地选线问题,在分析了中性点非有效接地配电系统接地所产生的电流行波特征的基础上,提出了基于两相初始电流行波和小波变换的接地选线新算法。该算法仅仅利用接地时所产生的两相行波,不受中性点接地方式和系统正常运行时不平衡电流的影响,解决了现场的实际运行需要。仿真和试验结果验证了所提出的方法的可靠性和有效性。

±800kV特高压直流线路故障选极的极波面积比值法

直流系统一般是双极并列运行,一极线路发生故障时可能会在健全极线路上产生较大的电压变化率和电流变化率,启动判据可能会启动,需正确选择故障极。为此,分析了直流线路的故障特征,分析发现,当直流线路发生故障时,故障极的极波波形远离于零轴,非故障极的极波波形在零轴附近变化,因此故障极的极波波形沿零轴的积分绝对值将远大于非故障极的极波波形沿零轴的积分绝对值。根据这一特征,提出了一种利用正、负极线极波波形面积比值的特高压直流输电线路故障选极方法。大量数字仿真试验结果表明,该方法抗干扰能力强、对高阻故障具有较强的鲁棒性。

配电网选线和测距新方法研究

配电网络由于分支多,发生故障后,过渡电阻大,不容易正确选线和准确测距。利用一套高采样率的电流互感器和一套常规的电压互感器实现多馈线系统选线和测距。在所有线路的长度已知的情况下,利用小波变换获取电流暂态行波,根据暂态行波波头计算出各个波头对应的距离;根据已知的线路的长度进行排除,找出故障线路;给出故障点的位置和故障线路。ATP仿真结果表明,该方法在配电网络发生单相接地故障时,能够正确选出故障线路并且准确地测得故障点的位置,且不受过渡电阻和系统运行方式的影响。

基于电流行波的小电流接地选线装置的试验

为了验证电流行波接地选线装置选线原理和各个功能的正确性,利用暂态行波保护测试仪模拟了各种现场接地,对选线装置进行了实验室验证。验证内容包括:装置是否实现了可靠的高速通信和数据采集,电流互感器安装方式、中性点接地方式和过渡电阻选线结果是否准确,接地发生后是否报警。结果证明,装置原理正确,各项功能达到研制目标,可实际应用于电力系统。

配电网单相接地故障选线典型方法实验研究

为验证小电流接地配电系统中各种单相接地故障选线方法的性能,利用暂态行波保护测试仪、宽频功率放大器和自行开发的小电流接地选线装置搭建了测试平台,模拟了不同故障条件和线路结构下的故障,对几种典型的选线方法进行了测试实验,并给出了不同选线方法的有效域。结果表明,所搭建的测试平台能够有效进行选线方法实验;行波选线法优势明显,但在分支线路故障或较小故障初相角条件下可靠性降低;暂态信号选线法在较大过渡电阻或较小故障初相角条件下可靠性降低。行波选线法和暂态信号选线法结合可提高选线可靠性。

基于行波固有频率的特高压输电线路故障选相

基于行波原理的故障暂态量选相因所需时间短,符合目前发展超高速保护的要求。针对现有行波选相法存在准确识别波头的困难,提出基于行波固有频率的故障选相方法。该方法利用多信号分类法得到电流模分量功率谱,通过比较其中线模量的主频实现故障选相。该方法的可靠性由基于PSCAD/EMTDC搭建的晋东南—南阳—荆门1 000 kV特高压交流输电线仿真模型实验验证,选相结果不受故障距离、故障时间、过渡电阻的影响,且所需故障数据窗短,易实现超高速保护。

基于单相电流行波的配电线路单相接地故障选线方法

为解决现有单相电流行波选线方法有效时间窗短、存在死区,且受到现场电流互感器(current transformer,CT)配置方式的制约等问题,提出一种利用故障暂态单相电流和母线三相电压构造方向行波并进行故障方向识别的配电线路接地选线新方法。该方法选取一定数据窗内各线路单相电流和母线三相电压,利用单相电流与模量电压的线性组合,构造模量上的特征方向行波(characteristic directional traveling wave,CDTW)。通过二进小波变换求取CDTW在特定频带内的分解系数,进而计算出特征正、反向行波积分关系实现接地选线。数学证明与仿真结果表明,所提方法选线可靠性高,在故障全过程均有效,特征方向行波定义合理,且不受中性点接地方式等因素的影响。

配电线路暂态行波的分析和接地选线研究

对于中性点非有效接地的配电系统,当某回线路发生单相接地时,系统的接地电流只有很小的电容电流,并且系统时常运行在不平衡状态,导致利用工频量来选择接地线路很困难。该文以行波理论为基础研究了配电线路单相接地后所产生的暂态电流行波的传播规律和特点,以小波变换为工具,刻划了该行波的接地故障特征,并发现:单相接地瞬间所产生的初始暂态电流行波与接地方式无关,从而为接地选线开辟了新思路。论文最后给出了基于初始电流行波和小波的接地选线判据,并以一个仿真例证明了文中理论推导和所提方法的正确性。该方法为小电流接地选线技术的研究提供了新的思路和出发点,可以构成准确、可靠的接地选线新原理,满足不同的现场CT配置情况。

基于单相电流行波的故障选线原理研究

为解决小电流系统行波故障选线现场应用问题,提出了一种基于单相电流行波的故障选线原理:不管是故障相还是非故障相,故障线路单相接地故障相电流初始行波远大于非故障线路,且故障线路行波与非故障线路行波极性相反。该故障选线方法既不需要配备专用的零序电流互感器,也能克服两相或多相电流行波选线现场接线复杂且易于出错的不足;既能够满足电缆出线小电流系统的选线需要,也能满足架空出线系统的选线需要。仿真实验结果表明:所提方法是正确可行的。

基于单回线路信息的同塔双回高压直流线路故障选线方法

同塔双回高压直流线路间存在复杂的故障电磁耦合关系,大大增加了各回高压直流线路故障选线的难度。为此,基于同塔双回高压直流线路故障行波的相模变换,分析了基于现有单回线路模量行波计算方法所得到的同塔双回高压直流线路故障回和非故障回的模量行波特点;利用故障回和非故障回地模波和线模波的积分比值以及地模波的极性的差异,提出了1种基于单回线路信息的同塔双回高压直流线路故障选线方法。基于PSCAD/EMTDC的溪洛渡—广东±500 k V同塔双回高压直流输电系统的仿真结果表明,该方法能在行波到达后1 ms时间内快速、可靠地识别出故障极线,且所需采样频率为与实际工程相符的10 k Hz,具有工程实用性。

基于D-PMU的配电网故障选线和定位方法

配电网发生单相接地故障时,故障信号微弱且易受噪声干扰,准确选线和故障定位困难。为此,提出一种基于配电网同步相量测量装置(D-PMU)的故障选线和定位新方法。研制了D-PMU功能扩展模块——行波故障采集模块;搭建了配电网故障选线和定位系统;依据全网波头时差构建故障前、后时间特征矩阵,并引入最小二乘法模型以消除行波波头到达时刻标定误差。通过分析得出故障前、后时间特征矩阵中元素的变化规律,实现配电网故障选线和精确定位。仿真分析及现场试验结果表明,D-PMU现场运行稳定,所提方法不受线路参数和网络拓扑结构的影响且实用性强。