[发明专利]一种测后模拟识别母线区内外故障的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测后模拟识别母线区内外故障的方法，属于电力系统母线区内外故障识别保护技术领域。

背景技术

母线是电力系统输配电的枢纽，在母线上连接着发电机，变压器，输电线路，配电线路等设备，其发生故障可能会破坏较大范围的电气设备、破坏电力系统稳定运行、破坏发电厂的正常运行甚至造成电力系统的瓦解、发生大面积用户停电。相对于线路保护的发展，母线保护的发展比较缓慢。因此，有必要加强对母线保护的研究。

目前的母线保护按通用的原理可以分为两种：电流差动式原理和电流相位比较式原理。虽然这两种原理基本能满足系统的要求，但在实际应用中依然存在不足。电流差动原理受负荷电流影响较大，电流相位比较式原理必须在母联电流存在的情况下才能动作，且这两种原理都不适用于3/2断路器接线的母线内部故障时有电流流出的情况，可能引起保护的误动和拒动。因此，需要进一步研究新的母线保护新原理。

通过对母线区内、外                                                模量的故障分量网络的分析发现：当母线发生区内故障时，于短数据窗内，母线处模量的故障分量电压、电流满足基尔霍夫电压定理方程（电流方向以流入母线为正）；当发生区外故障时，母线处的电压电流故障分量不满足此方程。藉此，提出着眼于电压响应求解的区内外故障识别的测后模拟时域方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种测后模拟识别母线区内外故障的方法，通过分析母线区内、外模量的故障分量的网络特性，实现对母线区内外故障快速、可靠的判断识别。

本发明的技术方案是：当母线发生内部故障时，将输电线路等效为一个电路模型，在短时窗内，实测母线处模量的故障分量电压和分量电流，然后分析模型的故障分量网络特性，利用基尔霍夫电压定理列出方程，模拟计算母线处模量的电压故障分量，再计算出模拟电压波形与实测电压波形的相关系数，将模拟电压与实测电压相比较，根据两者波形的相关系数，判断识别母线区内、外故障。

本测后模拟识别母线区内外故障的方法的具体步骤是：

（1）母线发生故障后，在短时窗内，实测母线处模量的故障分量电压和分量电流，然后根据实测得到的模量故障分量电流和系统正序电阻值、正序电感值，利用基尔霍夫电压定理列出的方程（电流方向以流入母线为正），模拟计算出母线处电压；

（2）根据如下相关系数公式，计算模拟电压波形与实测电压波形之间的相关系数；

；

式中，N为测量数据的长度，k表示第1,2,3……N个采样点；的取值区间为[-1，+1]，+1表示两个信号100%正相关，-1表示两个信号100%负相关；

（3）根据计算出的相关系数，判断识别母线区内、外故障；时，为母线区内故障；时，为母线区外故障。

本发明中，测量母线处模量的故障分量电压时，短时窗的长度为3ms，采样频率为20kHZ。

本发明的原理是：

1、母线区内外故障特征的短窗描述

（1）线区内故障

当母线区内故障时，故障分量网络如图2所示，图中，为母线上的故障分量电压，(=1,2…n)分别为与母线相连接的各回出线上流过的故障分量电流。

当发生母线区内故障时，根据基尔霍夫电流定理，可将母线上故障分量电压和故障分量电流的关系表示为：

；

其中，系统正序电感值，正序电阻值，（）为差动电流在各回出线上的分支系数。

观察上述方程式可知，在采样频率为20kHz、数据窗长度为3ms的短时窗内，当母线发生区内故障时，由基尔霍夫电流定理列出的方程模拟计算出母线处故障分量电压与实测电压波形相正相关（如图5所示）。

(2)母线区外故障

当母线区外故障时，故障分量网络如图3所示。图中，为母线上的故障分量电压，(=1,2…n)分别为与母线相连接的各回出线上流过的故障分量电流。

当发生母线区外故障时，根据基尔霍夫电流定理，母线上故障分量电压和故障分量电流的关系为：

观察上述方程式可知，在采样频率为20kHz、数据窗长度为3ms的短时窗内，当母线发生区外故障时，由基尔霍夫电流定理列出的方程模拟计算出母线处故障分量电压与实测电压波形相负相关（如图6、图7、图8所示）；

2、利用测后模拟进行区内外故障识别的相关系数