[发明专利]第Ⅲ类母线系统三相对称故障特征频带下的自然频率测距方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体地说是一种针对属第Ⅲ类母线系统的输电线路发生三相对称故障时利用特征频带下的自然频率进行故障测距的方法。

背景技术

从故障行波产生和传播的过程来讲，当输电线路的某一点发生故障时，故障点产生的电流或电压行波分别向故障点两侧进行传播，当行波遇到波阻抗不连续的点时，行波在该点发生折反射，并在测量端上得以反映。故障行波在故障点和测量端多次折反射形成反映故障位置的自然频率，故障行波在测量端和对端多次折反射形成反映线路全长的自然频率。通常情况下，故障行波形成的自然频率分布中最低次频率幅值最大，其他频率分量随频率增高而降低。由此看出，自然频率测距是利用测量端得到的故障行波波头多次折反射形成的高频分量进行故障测距的，该方法不依赖于某一两个行波波头的精确检测和时刻标定，但与故障行波过程持续的时间有密切关系。

第Ⅲ类母线系统是指母线只有变压器，没有其他出线。具备该特征的输电线路，观察点背后的系统在行波下的等效感抗极大，相对于线路波阻抗而言可视为开路，故障距离与主自然频率满足公式：

                                                                                                          （1）

式中，为故障距离，为主自然频率，为行波线模波速。

若属第Ⅲ类母线系统的输电线路发生故障，故障行波到达母线后，由于母线分布电容产生的电流持续时间较短、幅值较小，因此一般采用电压行波的自然频率进行故障测距。但无论是采用电压行波还是电流行波进行故障测距，行波经过多次折反射后产生色散，发生畸变，测量端检测到的行波从线路故障点传播到测量端的时间出现延时，因此，故障行波经过折反射形成的自然频率分布不再是等间隔的，没有严格的周期性。该情况下不论采用FFT变换、连续小波变换(CWT)还是prony算法都很难准确提取到自然频率的主成分，从而影响了测距精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种第Ⅲ类母线系统三相对称故障特征频带下的自然频率测距方法，利用不同频带下的信号在传播过程中均存在不同程度的衰减和相移，但各频段内的行波畸变较全频带下的行波畸变程度小的特性，在特征频带下利用自然频率法进行故障测距，以提高故障测距的精确度。

本发明第Ⅲ类母线系统三相对称故障特征频带下的自然频率测距方法，是在属第Ⅲ类母线系统的输电线路发生三相对称故障时，利用能量最大原则确定特征频带，在特征频带下确定电压行波线模分量的自然频率主成分，即主自然频率，利用自然频率测距公式计算故障距离。具体按以下步骤实现：

（1）属第Ⅲ类母线系统的输电线路发生三相对称故障后，测量端检测并记录故障电压行波，将故障电压行波线模分量通过小波变换分解到各频带上；

（2）利用小波系数能量求解公式：

                           (2)

计算各尺度下的小波系数能量E_n，将能量最大的频带确定为特征频带；式中，为信号小波重构系数，n为小波分解层数；

（3）利用小波变换重构特征频带下的线模分量时域波形，并对其进行FFT（Fast Fourier Transformation快速傅里叶变换）变换得到该频带下的自然频率分布，确定特征频带下电压行波线模分量的自然频率主成分，即主自然频率；

（4）利用自然频率测距公式，计算故障距离；式中，为故障距离，为主自然频率，为行波线模波速。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本方法本质上还是单端测距，只需要安装一组检测设备，建设成本低。

2、本方法在特征频带下利用自然频率法进行故障测距，与传统的在全频带下利用自然频率进行故障测距相比降低了行波畸变对测距精度的影响。

附图说明

图1为本发明实施例第Ⅲ类母线系统的输电线路发生三相对称故障示意图；图中，M、N为测量端，F为故障点，l为线路全长，为故障距离（测量端至故障点的距离）；

图2为本发明实施例1故障电压行波线模分量，图中，T_f为故障电压行波线模分量在测量端和故障点间来回反射的周期；

图3为本发明实施例1不同频带下的小波系数能量；

图4为本发明实施例1线模分量特征频带下的重构时域波形；