一種交流輸電線路雷電繞擊與反擊的識別方法技術

本發明專利技術涉及一種交流輸電線路雷電繞擊與反擊的辨識方法。由于雷電繞擊與反擊交流輸電線路的電磁暫態量產生的機理，以及線路上雷擊電磁暫態的傳播路徑不同，故其產生的電流暫態信號在不同頻帶的能量分布存在較大差異。因此，本發明專利技術于保護安裝處的行波分析與測距高速采集系統中，利用小波分析提取零模電流在不同頻帶下的能量，根據能量分布的特征來區分雷電繞擊故障與反擊故障，經過大量仿真表明該方法可靠、有效，完全能對交流線路全線的雷電繞擊與反擊故障進行準確識別。本發明專利技術所依據的理論基礎較為直觀，物理概念清晰，因而易于實現，可廣泛應用于交流系統保護裝置，為交流線路防雷設計提供重要數據支撐，為線路的運行與維護提供參考。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及，屬于電力系統雷電電磁暫態監測

技術介紹
雷云放電時在導線或電氣設備上形成雷電過電壓，分為直擊雷和感應雷過電壓。直擊雷過電壓可能達到很大的幅值，即便是絕緣強度很高的特高壓輸電線路，仍會因絕緣子的閃絡而引起雷擊跳閘事故。直擊雷故障分為繞擊、反擊兩種，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。因兩種雷擊故障的產生機理不同，故而防護措施也不相同。只有正確的完成判斷，交流線路防雷才能做到有的放矢、事半功倍。然而，目前對輸電線路的雷電繞擊、反擊故障的辨別十分困難。國外對雷電繞擊、反擊的研究大多停留在桿塔設計領域，而國內大部分是根據多年工作經驗由人為判定，其存在的誤差較大。此外，也有提出通過在桿塔安裝磁帶測量裝置辨別雷電繞擊、反擊故障，但實現起來較為不便。 研究改善高壓交流架空輸電線路的雷電特性，是當前我國高壓輸電工程亟待解決的重要課題之一。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據支撐，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分問題，并取得了一定的成果，但對于雷擊故障中繞擊、反擊的區分則有待進一步研究。 參考文獻劉振亞.特高壓電網.北京，中國電力出版社，2005.劉振亞.特高壓交流輸電技術研究成果專輯.北京，中國電力出版社，2005.何金良，高玉明.過電壓防護及絕緣配合.北京清華大學出版社，2000.齊沖.高壓輸電線路的雷電繞擊、反擊識別.廣西大學碩士論文，2007鄧捷.輸電線路高桿塔波阻抗及反擊特性的研究.重慶大學碩士論文.2007張穎.500kV進線段開關雷電過電壓防護的研究.西安交通大學學位論文.2005司大軍，束洪春，陳學允，等輸電線路雷擊的電磁暫態特征分析及其識別方法研究.中國電機工程學報，2005，25(7)64-69.董杏麗，葛耀中，董新洲.行波保護中雷電干擾問題的對策.中國電機工程學報，2002，22(9)74-78.王鋼，李海鋒，趙建倉，等.基于小波多尺度的輸電線路直擊雷暫態識別.中國電機工程學報，2004，24(4)139-144.李海鋒，王鋼，趙建倉.輸電線路感應雷擊暫態特性分析及其識別方法.中國電機工程學報，2004，24(3)114-119.詹花茂，李成榕，等.采用MOA的輸電線路雷電響應分析模型.高電壓技術，2004，30(8)1-2.段建東，任晉峰，張保會，羅四倍.超高速保護中雷電干擾識別的暫態研究.中國電機工程學報，2006，26(23)7-13.The IEEE Working Group.IEEE Guide for Improving the Lighting Performance ofTransmission Lines.New YorkIEEE Press，1997.M A Al-Tai，H S B Elayyan.The simulation of surge corona on transmission lines.IEEETrans.PD，Vol.4，No.2，Apr.1989，pp.1360～1368.
技術實現思路
本專利技術針對現有技術存在的不足，在對雷擊繞擊交流輸電線路造成反擊故障及繞擊故障的電磁暫態特征分析的基礎上，提出一種交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上時，根據過電壓的形成過程可以分為兩大類感應雷和直擊雷。其中，直擊雷引起的故障又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，因桿塔波阻抗和接地電阻的存在，將在桿塔上產生暫態電位升高，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。本專利技術主要對直擊雷引起的繞擊和反擊故障進行電磁暫態計算分析，系統模型如圖1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、圖4。為準確仿真計算雷擊桿塔的電磁暫態過程，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。 由于雷電繞擊與反擊交流輸電線路所發生的機理、雷電波的傳播路徑各不相同，故其產生的暫態信號在不同頻率段的能量分布存在較大差異。本專利技術在保護安裝處的行波分析與測距高速采集系統中，利用小波分析提取零模電流在不同頻帶下的能量，根據能量分布的特征來區分雷電繞擊故障與反擊故障。 本專利技術的交流輸電線路雷電繞擊與反擊的識別方法經過下列步驟完成 1)當任一相電流突變量|iph(n+1)-iph(n)|-|iph(n)-iph(n-1)|大于整定值時，采樣頻率為1MHz的高速數據采集與錄波裝置啟動，并記錄故障后10ms的電流行波波形； 2)運用Karenbauer變換矩陣按下列(1)式計算電流行波零模分量U0(t)和線模分量Uα(t)、Uβ(t) 其中Ua(t)、Ub(t)、Uc(t)分別為檢測到的三相暫態電流； 3)使用DB4小波對零模電流分量進行多分辨率分析，利用小波變換結果wi(k)計算每個頻帶的能量 和每個頻帶的能量分布 其中，i為多分辨率的層數； 4)基于上述原理，形成故障識別判據如下 若E1＞E2＞E3且K1％＞0.30，則判斷為雷電繞擊故障， 若E1＜E2且K1％≤0.30，則判斷為雷電反擊故障。 本專利技術與現有技術相比具有如下優點采用上述方案，即在保護安裝處的行波分析與測距高速采集系統中，利用小波分析提取零模電流在不同頻帶下的能量，根據能量分布的特征來區分雷電繞擊故障與反擊故障。經過大量仿真表明該方法可靠、有效，完全能對交流線路全線的雷電繞擊與反擊故障進行準確識別。由于本專利技術所依據的理論基礎較為直觀，物理概念清晰，因而易于實現，可廣泛應用于交流系統保護裝置，為交流線路防雷設計提供重要數據支撐，為線路的運行與維護提供參考。 附圖說明 圖1為交流系統示意圖； 圖2為雷電流波形； 圖3為交流輸電線路導體排列示意圖； 圖4為交流輸電線路桿塔結構； 圖5為交流輸電線路桿塔多波阻抗模型； 圖6為發生反擊故障時，檢測到的三相電流波形； 圖7為發生反擊故障時，零模電流波形； 圖8為圖7的局部放大示意圖； 圖9為發生繞擊故障時，檢測到的三相電流波形； 圖10為發生繞擊故障時，零模電流波形； 圖11為圖10的局部放大示意圖； 圖12為發生反擊故障時，零模電流經小波變換后的能量分布； 圖13為發生繞擊故障時，零模電流經小波變換后的能量分布； 圖14為本專利技術的雷電繞擊與反擊故障識別流程圖。 具體實施例方式 交流輸電線路發生雷擊故障時，利用上述原理可以實現對雷電繞擊故障和反擊故障的正確識別。具體實現流程如圖14所示。 具體步驟如下 1)當任一相電流突變量|i(n+1)-i(n)|-|i(n)-i(n-1)|大于整定值時，采樣頻率為1MHz的高速數據采集與錄波裝置啟動并記錄故障后10ms的電流行波波形； 2)運用Karenbauer變換矩陣計算電流行波零模分本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種交流輸電線路雷電繞擊與反擊的識別方法，其特征在于經過下列步驟完成：１）當任一相電流突變量｜ｉ（ｎ＋１）－ｉ（ｎ）｜－｜ｉ（ｎ）－ｉ（ｎ－１）｜大于整定值時，采樣頻率為１ＭＨｚ的高速數據采集與錄波裝置啟動并記錄故障后１０ｍｓ的電流行波波形；２）應用Ｋａｒｅｎｂａｕｅｒ變換矩陣按下列（１）式計算電流行波零模分量Ｕ↓［０］（ｔ）和線模分量Ｕ↓［α］（ｔ）、Ｕ↓［β］（ｔ）：＊＊＊（１）其中Ｕ↓［ａ］（ｔ）、Ｕ↓［ｂ］（ｔ）、Ｕ↓［ｃ］（ｔ）分別為檢測到的三相暫態電流；３）使用ＤＢ４小波對零模電流分量進行多分辨率分析，利用小波變換結果ｗ↓［ｉ］（ｋ）計算每個頻帶的能量：Ｅ↓［ｉ］＝＊｜ｗ↓［ｉ］（ｋ）｜↑［２］（２）和每個頻帶的能量分布：Ｋ↓［ｉ］％＝Ｅ↓［ｉ］／＊Ｅ↓［ｋ］（３）其中，ｉ為多分辨率的層數；４）基于上述原理，形成下列故障識別判據：若Ｅ↓［１］＞Ｅ↓［２］＞Ｅ↓［３］且Ｋ↓［１］％＞０．３０，則判斷為雷電繞擊故障，若Ｅ↓［１］＜Ｅ↓［２］且Ｋ↓［１］％≤０．３０，則判斷為雷電反擊故障。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：束洪春，張廣斌，王永治，程春和，孫濤，彭仕欣，張加貝，朱子釗，朱盛強，
申請(專利權)人：昆明理工大學，
類型：發明
國別省市：53[中國|云南]