專利名稱：一種高壓直流輸電線路雷電繞擊與反擊的識別方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)雷電電磁暫態(tài)監(jiān)測技術領域，具體地說是一種高壓直流輸電線路 雷電繞擊與反擊的辨識方法。
背景技術：
隨著經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，跨區(qū)域的長距離輸電成為必然[1]。因此，土800kV特高壓 直流(UHVDC)輸電系統(tǒng)越來越受到關注，到2010年我國將建成世界首個士800kV UHVDC 輸電工程一云廣直流輸電工程。由于遠距離的輸電使線路發(fā)生短路、雷擊的概率大大增 加，嚴重威脅到直流系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，如何防止輸電線路雷擊的閃絡、避免雷擊跳閘正是 電力系統(tǒng)急需解決的難題[2]。雷擊線路故障分為繞擊、反擊兩種，線路雷電繞擊是雷電繞 開避雷線直擊于輸電線上，而反擊是雷電直擊于避雷線上或桿塔上，由于桿塔接地電阻存 在，塔頂電位瞬間突增導致絕緣閃絡。兩種雷擊故障的產(chǎn)生機理不同，防護措施不同，只 有正確的完成判斷，直流線路防雷才能做到有的放矢、事半功倍[3]。然而，當前對于輸電 線路繞擊、反擊故障的辨別十分困難，國外對繞擊、反擊的研究多數(shù)停留在桿塔設計領域； 國內(nèi)大部分是根據(jù)多年工作經(jīng)驗由工程師人為判定，此種方法存在較大誤差，此外，也有 提出通過在桿塔安裝磁帶測量裝置辨別繞擊、反擊故障[4]，但實現(xiàn)起來較為不便。
世界上首個特高壓直流輸電工程——云廣直流輸電工程，線路全長1438km，沿途氣候 多變，桿塔高度很高，由于沒有同類工程經(jīng)驗作參考，線路的防雷始終是一個難點[5'6]。 提出一種簡單可靠的方法，使其能在對雷擊故障進行故障點準確定位的前提下，準確辨別 出雷擊故障的類型，將為線路防雷提供重要數(shù)據(jù)支撐，為線路的運行與維護提供參考。
隨著對行波保護與暫態(tài)保護研究的深入， 一些研究者關注雷電故障與非雷電故障的區(qū) 分問題，并取得了一定的成果[7—16，但對于雷電故障中繞擊、反擊的區(qū)分則有待進一步研 究。
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，在對雷擊繞擊高壓直流輸電線路造成反擊故 障及繞擊故障的電磁暫態(tài)特征分析的基礎上，提供一種高壓直流輸電線路反擊故障與繞擊 故障的識別方法。
雷電沖擊作用于輸電線路，根據(jù)過電壓的形成過程可以分為兩大類感應雷和直擊雷。 其中，直擊雷引起的故障有可分為繞擊和反擊兩類。雷擊塔頂和避雷線時，雷電流沿桿塔流入大地，桿塔波阻抗和接地電阻的存在，將在桿塔上產(chǎn)生暫態(tài)電位升高，當塔頂電位高 于導線電位時，將引起絕緣子閃絡，稱之為反擊；雷電流繞過避雷線擊中導線引起絕緣子 閃絡，稱之為繞擊。本發(fā)明主要對直擊雷引起的繞擊和反擊故障進行電磁暫態(tài)計算分析， 系統(tǒng)模型如圖l所示，雷電流選用2.6/50us標準雷電流波形，如圖2所示，導體排列方式 及線路桿塔結構分別如圖3、 4。為了準確仿真計算雷擊桿塔的電磁暫態(tài)過程，桿塔采用多 波阻抗模型，如圖5所示，絕緣子采用壓控開關實現(xiàn)。
雷電繞擊與反擊直流輸電線路發(fā)生機理、雷電波的傳播路徑各不相同，其產(chǎn)生的暫態(tài) 信號在不同頻率段的能量分布存在較大差異。本發(fā)明于保護安裝處的行波分析與測距高速 采集系統(tǒng)中，利用小波分析提取零模電壓在不同頻帶下的能量，根據(jù)能量分布的特征來區(qū) 分雷電繞擊故障與反擊故障。
本發(fā)明的識別方法步驟如下
1) 當電壓變化率du/dt大于整定值時，采樣頻率為lMHz的高速數(shù)據(jù)采集與錄波裝置 啟動并記錄故障后10ms的電壓行波波形；
2) 運用Karenbauer變換矩陣計算電壓行波零模分量t/。(0和線模分量f7,(/)，如式(1)
所示:
<formula>formula see original document page 5</formula>(1)
其中t7+")為檢測到的正極直流暫態(tài)電壓，t/—(^為檢測到的負極直流暫態(tài)電壓；
3)使用DB4小波對零模電壓分量進行5層多分辨率分析，利用小波變換結果vv,("計
算每個頻帶的能量<formula>formula see original document page 5</formula>
(2)
和每個頻帶的能量<formula>formula see original document page 5</formula>(3)
4)基于上述原理，形成故障識別判據(jù)如下
若《>￡2 〉A且^。/。X).30,則判斷為雷電繞擊故障， 若<formula>formula see original document page 5</formula>，則判斷為雷電反擊故障。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點
本發(fā)明的理論基礎較為直觀，容易實現(xiàn)，通過大量的電磁暫態(tài)仿真驗證了本方法可靠、 有效。本發(fā)明能對高壓直流線路全線的雷電繞擊與反擊故障的進行準確識別。本發(fā)明的物理概念直觀清晰，且易于實現(xiàn)，可廣泛應用于高壓直流系統(tǒng)保護裝置，為線路防雷設計提
供重要數(shù)據(jù)支撐，為線路的運行與維護提供參考。


圖1為特高壓直流系統(tǒng)示意圖2為雷電流波形；
圖3為特高壓直流輸電線路導體排列示意圖； 圖4為特高壓直流輸電線路桿塔結構；其中的尺寸線？ 圖5為特高壓直流輸電線路桿塔多波阻抗模型； 圖6為發(fā)生反擊故障時，檢測到的正極電壓波形； 圖7為發(fā)生反擊故障時，檢測到的負極電壓波形； 圖8為發(fā)生反擊故障時，零模電壓波形； 圖9為發(fā)生反擊故障時，線模電壓波形； 圖10為圖8局部放大示意圖11為發(fā)生繞擊故障時，檢測到的正極電壓波形； 圖12為發(fā)生繞擊故障時，檢測到的負極電壓波形； 圖13為發(fā)生繞擊故障時，零模電壓波形； 圖14為發(fā)生繞擊故障時，線模電壓波形； 圖15為圖13局部放大示意圖16為本發(fā)明的反擊故障零模電壓經(jīng)小波變換后的能量分布； 圖17為本發(fā)明的繞擊故障零模電壓經(jīng)小波變換后的能量分布； 圖18為本發(fā)明的反擊故障與繞擊故障的識別流程圖。
具體實施例方式
高壓直流輸電線路發(fā)生雷擊故障時，利用上述原理可以實現(xiàn)對雷電繞擊故障和反擊故
障的正確識別。具體實現(xiàn)流程如圖18所示。
具體步驟如下
1) 當電壓變化率du/dt大于整定值時，采樣頻率為lMHz的高速數(shù)據(jù)采集與錄波裝置 啟動并記錄故障后10ms的電壓行波波形；
2) 運用Karenbauer變換矩陣計算電壓行波零模分量[/。(/)和線模分量f/,(/)，如式(1 ) 所示<formula>formula see original document page 7</formula>
(1)
其中為檢測到的正極直流暫態(tài)電壓，為檢測到的負極直流暫態(tài)電壓； .3)使用DB4小波對零模電壓分量進行5層多分辨率分析，利用小波變換結果w,Ot)計
算每個頻帶的能量A=tk("|2 (i=l，2,3，4,5) (2) 和每個頻帶的能量分布《％ = ^^ (i=l，2，3,4，5) (3)
4)基于上述原理，形成故障識別判據(jù)如下
若A >￡2 >￡3且^%>0.30，則判斷為雷電繞擊故障， 若《 <五2且《％ S0.30,則判斷為雷電反擊故障。 實施例說明如下分別考慮圖1所示直流輸電系統(tǒng)，雷擊距整流站100km處引起反擊 故障和繞擊故障，雷電波如圖2所示，直流線路排列方式及桿塔如圖3， 4。發(fā)生反擊故障 吋，兩極暫態(tài)直流電壓波形如圖6， 7所示，經(jīng)式(1)計算得到電壓行波零模分量i7。(f)和 線模分量f/々)如圖8， 9所示，對零模電壓分量進行5層多分辨率分析后，運用式(2)、 式(3)進行計算得到的每個頻帶的能量和能量分布，如表1所示，能量分布圖如圖16所 示。發(fā)生繞擊故障時，兩極暫態(tài)直流電壓波形如圖11，圖12所示，經(jīng)式(1)計算得到電 壓行波零模分量f/。(0和線模分量R(0如圖13， 14所示，對零模電壓分量進行5層多分辨 率分析后，運用式(2)、式(3)進行計算得到的每個頻帶的能量和能量分布，如表1所 示，能量分布圖如圖17所示。 表l
雷擊故障
反擊故障繞擊故障E^5. 40*104E產(chǎn)9. 84 *101
E2=6. 53*104 E3= 6. 90* 104 E4= 3. 84*104 E5= 1.顏04E'<E2且 ,0. 30， 判定為反擊故障E2=6. 90* 104 E3=4.55 *104 E4=1.99*104 E5=0. 55 *104E々E2〉E3且 KA〉0. 30， 判定為繞擊故障
W:O. 23K,/(f0, 4權利要求
1.一種高壓直流輸電線路雷電繞擊與反擊的辨識方法，其特征在于根據(jù)雷擊造成的繞擊故障與反擊故障時的電壓行波的傳播過程不同，頻帶能量分布不同，對零模電壓分量進行小波變換，根據(jù)能量分布特征對雷電引起的繞擊、反擊故障進行正確識別。
2、 根據(jù)權利要求1所述的高壓直流輸電線路雷電繞擊與反擊的辨識方法，其特征在于按以下步驟進行1) 當電壓變化率du/dt大于整定值時，采樣頻率為lMHz的高速數(shù)據(jù)采集與錄波裝置 啟動并記錄故障后10ms的電壓行波波形；2) 應用Karenbauer變換矩陣計算電壓行波零模分量t/。(0和線模分量^(/)，如下式<formula>formula see original document page 2</formula>其中C7+W為檢測到的正極直流暫態(tài)電壓，^W為檢測到的負極直流暫態(tài)電壓； 3)使用DB4小波對零模電壓分量進行多分辨率分析，利用小波變換結果w,(A:)計算每個頻帶的能量<formula>formula see original document page 2</formula>和每個頻帶的能量分布<formula>formula see original document page 2</formula>其中，i為多分辨層數(shù)；4)基于上述形成故障識別判據(jù)如下若A >￡2 >￡3且《％>0.30,則判斷為雷電繞擊故障;若五,<￡2且S0.30,則判斷為雷電反擊故障。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高壓直流輸電線路雷電繞擊與反擊的辨識方法。線路雷電繞擊是雷電繞開避雷線直擊于輸電線上，而反擊是雷電直擊于避雷線上或桿塔上，由于桿塔接地電阻存在，塔頂電位瞬間突增導致絕緣閃絡。雷電繞擊與反擊高壓直流輸電線路電磁暫態(tài)量產(chǎn)生的機理、以及線路上雷擊電磁暫態(tài)的傳播路徑不同，其產(chǎn)生的電壓暫態(tài)信號在不同頻帶的能量分布存在較大差異。本發(fā)明于保護安裝處的行波分析與測距高速采集系統(tǒng)中，利用小波分析提取零模電壓在不同頻帶下的能量，根據(jù)能量分布的特征來區(qū)分雷電繞擊故障與反擊故障。大量仿真表明該方法可靠、有效。本發(fā)明的物理概念直觀清晰，且易于實現(xiàn)，可廣泛應用于高壓直流系統(tǒng)保護裝置，為線路防雷設計提供重要數(shù)據(jù)支撐，為線路的運行與維護提供參考。
文檔編號G01R31/00GK101290337SQ200810058559
公開日2008年10月22日 申請日期2008年6月18日 優(yōu)先權日2008年6月18日
發(fā)明者濤 孫, 張加貝, 張廣斌, 彭仕欣, 朱子釗, 朱盛強, 束洪春, 王永治, 程春和 申請人:昆明理工大學