一种输电线路行波保护方法及系统与流程

本发明属于电力系统继电保护，尤其涉及一种输电线路行波保护方法及系统。

背景技术：

1、电子式互感器已成功应用于我国众多变电站，实现了电压、电流等电气量采集的数字化，为全站统一的信息采集、传输、分析、处理平台的建立提供了基础，是新型电力系统中的重要量测设备。

2、电子式互感器原理上具有宽频响应特性，适合传变故障行波信号，但目前广泛应用的有源电子式互感器（如罗氏线圈型电子式电流互感器和阻容分压原理的电子式电压互感器）传感模块的输出信号是被测量信号的微分，为适应现有的工频量保护原理，必须在数据采集电路（称为电子式互感器的采集模块或采集器）中加入积分环节，将微分信号还原为原始信号。由此带来了一系列问题：积分电路的引入改变了传感模块的传变特性，故障行波信号的全频带传变无法实现；积分过程会导致一定的时间延迟和相位偏移，影响保护的动作速度，并且降低了可靠性；采集模块由电子元器件组成且大多长期运行在室外的高电压环境，工作环境温度变化大、电磁干扰强，给元器件的寿命和工作稳定性带来严重挑战。

3、针对电子式互感器的应用场景，目前提出的行波或暂态量保护原理均是直接利用电子式互感器输出的二次侧信号（即存在积分电路进行微分信号的还原），积分环节所导致的传变特性改变、时间延迟，影响保护性能，使此类保护的可靠性降低、速动性下降。

4、直接利用有源电子式互感器传感模块输出的微分行波信号构成保护原理，则可避免上述问题，但目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明公开了一种输电线路行波保护方法及系统，充分利用了电子式互感器全频带传变故障行波信号的优势，具有高速动作性能，而且避免了积分电路引入所带来的诸多弊端，为保障新型电力系统的安全稳定运行提供了快速可靠的第一道保护防线。

2、本发明公开了一种输电线路行波保护方法，包括以下步骤：

3、直接获取电子式互感器输出的二次侧电流微分信号采样值；

4、由微分行波启动元件检测故障的发生，获取本端保护启动时刻的时间信息，向对端发送该时间信息；

5、由极性识别元件确定本端初始微分电流行波的极性，向对端发送该极性信息；

6、获取线路另一端保护启动时刻的时间信息，若两端时间之差小于被保护线路长度与波速度的比值，则判定为区内故障，保护动作；

7、否则，获取线路另一端的初始微分电流行波的极性信息，若线路两端初始微分电流行波极性相同，则判定为区内故障，保护动作。

8、优选的，直接获取电子式互感器输出的二次侧电流微分信号采样值，具体为：三相交流系统的每相配置有电子式电流互感器，每相配置的电子式互感器的采集模块直接对其传感模块输出的该相电流微分信号进行模数转换，就地形成该相数字采样值，无需积分电路；采集模块通过光纤将该相采样值传输至合并单元，合并单元将三相的采样值同步并打包，通过光纤传输至保护装置，获得电子式互感器输出的二次侧电流微分信号采样值。

9、优选的，直接获取电子式互感器输出的二次侧电流微分信号采样值，具体为：三相交流系统的每相配置有电子式电流互感器，保护装置与电子式互感器之间采用电缆连接，由保护装置内部的模数转换器直接对电子式互感器传感模块输出的电流微分信号进行模数转换，获得电子式互感器输出的二次侧电流微分信号采样值，无需积分电路。

10、优选的，由微分行波启动元件检测故障的发生，具体为：

11、求取三相电流微分信号的故障分量；

12、对三相电流微分信号的故障分量进行相模变换，得到1线模量微分电流和2线模量微分电流；

13、采用原始采样值法或形态梯度法或改进梯度法中的一种或多种，得到1、2两个线模量微分电流的模极大值，取较大者mmmax与门槛值比较，若大于门槛值，则保护启动。

14、优选的，获取本端保护启动时刻的时间信息，具体为：

15、从经过时间同步的保护装置本地时钟获取本端出现mmmax时的时间，并将其作为保护启动时刻的时间信息。

16、优选的，由极性识别元件确定本端初始微分电流行波的极性，具体为：

17、根据对应于mmmax的极大值的符号判别本端初始微分电流行波的极性，向对端发送该极性信息；

18、相应的，当采用原始采样值法或形态梯度法或改进梯度法中的多种，得到1、2两个线模量微分电流的模极大值时，采用三取二逻辑确定极性，即只有两种或两种以上方法判别出的极性一致时，才确定其为初始微分电流行波的极性。

19、本发明还公开了一种输电线路行波保护系统，包括：

20、电流微分信号采样值获取模块，用于直接获取电子式互感器输出的二次侧电流微分信号采样值；

21、微分行波启动元件，用于获取三相电流微分信号的故障分量，经相模变换，采用原始采样值法或形态梯度法或改进梯度法求得线模量微分电流的模极大值mmmax，与门槛值比较，若大于门槛值，则保护启动；

22、极性识别元件，用于根据对应于mmmax的极大值的符号确定本端初始微分电流行波的极性，并向对端发送该极性信息；

23、光纤通信模块，用于完成线路两端的极性信息交换和保护启动时刻的时间信息交换；

24、区内外故障判别模块，用于根据线路两端保护启动时刻的时间信息进行区内外故障的判别，若两端时间之差小于被保护线路长度与波速度的比值，则判定为区内故障，保护动作；否则比较本端初始微分电流行波的极性和通过光纤通信获取的线路另一端的初始微分电流行波的极性，若线路两端初始微分电流行波极性相同，则判定为区内故障，保护动作。

25、相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：

26、（1）本发明直接利用电子式互感器所传变的全频带故障微分行波信号，避免了积分造成的信号频带传变受限，可获得全面的故障信息，具有更高的可靠性；

27、（2）本发明省去了对微分电流信号的积分过程，不存在时间延迟和相位偏移的影响，因而保护动作速度快；

28、（3）本发明无需积分电路，减少电子元器件数量，保护装置运行可靠性高，成本降低。

技术特征：

1.一种输电线路行波保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的输电线路行波保护方法，其特征在于，直接获取电子式互感器输出的二次侧电流微分信号采样值，具体为：三相交流系统的每相配置有电子式电流互感器，每相配置的电子式互感器的采集模块直接对其传感模块输出的该相电流微分信号进行模数转换，就地形成该相数字采样值，无需积分电路；采集模块通过光纤将该相采样值传输至合并单元，合并单元将三相的采样值同步并打包，通过光纤传输至保护装置，获得电子式互感器输出的二次侧电流微分信号采样值。

3.根据权利要求1所述的输电线路行波保护方法，其特征在于，直接获取电子式互感器输出的二次侧电流微分信号采样值，具体为：三相交流系统的每相配置有电子式电流互感器，保护装置与电子式互感器之间采用电缆连接，由保护装置内部的模数转换器直接对电子式互感器传感模块输出的电流微分信号进行模数转换，获得电子式互感器输出的二次侧电流微分信号采样值，无需积分电路。

4.根据权利要求1所述的输电线路行波保护方法，其特征在于，由微分行波启动元件检测故障的发生，具体为：

5.根据权利要求4所述的输电线路行波保护方法，其特征在于，获取本端保护启动时刻的时间信息，具体为：

6.根据权利要求4所述的输电线路行波保护方法，其特征在于，由极性识别元件确定本端初始微分电流行波的极性，具体为：

7.一种输电线路行波保护系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种输电线路行波保护方法及系统，方法包括：直接获取电子式互感器输出的二次侧电流微分信号采样值；由微分行波启动元件检测故障的发生，获取本端保护启动时刻的时间信息，向对端发送该时间信息；由极性识别元件确定本端初始微分电流行波的极性，向对端发送该极性信息；获取线路另一端保护启动时刻的时间信息，若两端时间之差小于被保护线路长度与波速度的比值，则判定为区内故障，保护动作；否则，获取线路另一端的初始微分电流行波的极性信息，若线路两端极性相同，则判定为区内故障，保护动作。本发明利用全频带故障微分行波信号，基于全面的故障信息，动作可靠性高，计算量小，动作速度快，为电力系统安全运行提供了有力保障。

技术研发人员：闫建伟,高立刚,宋棋芃,朱凯,陈龙,贾鹏辉,张家昆,张成财,杨武彪
受保护的技术使用者：中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/10