基于暂态行波的故障检测技术

基于暂态行波的故障检测技术,董新洲清华大学电机系,报告内容,概述故障行波的形成和特点故障行波的应用输电线路行波测距配电线路行波选线超/特高压输电线路行波保护结论,概述,故障信息的分类,故障信息,电量故障信息,非电量故障信息,低频稳态故障信息,高频暂态故障信息,光,声音,温度,转速,故障检测技术继电保护、故障测距、接地选线现有故障检测技术存在的问题特高压交/直流输电线路保护灵敏度低输配电线路准确故障测距困难中性点非有效接地的配电系统单相接地选线困难原因由工频故障信息构成，受以下因素影响过渡电阻线路分布电容CT饱和,概述,是由故障引发的、运动的电场和磁场高频暂态故障信息，具突变性质、非平稳变化,故障行波,故障行波中包含着丰富的故障信息；现有故障检测技术把故障行波当作噪声信号加以滤除,电流行波,电压行波,概述,1948年R.F.Stevens提出行波测距1950年代末期出现了三种行波测距仪，分为A、B、C型1976年ASEA公司研制出行波保护装置RELADA1995年中国专家葛耀中和他的学生，英国专家PGele博士等人研制出现代行波测距装置2001年中国电科院研制出类似的装置2003年清华大学研制出基于行波的配电线路接地选线装置2005年清华大学等单位联合研制出单端量测距装置,行波简史,概述,故障行波的形成和特征,叠加原理,行波的形成,故障行波的形成和特征,行波的形成,单导线等值电路,故障行波的形成和特征,行波的形成波动方程波动方程的通解,故障行波的形成和特征,波动方程的特解,故障行波的形成和特征,S,R,A相行波的小波变换模极大值,A相行波的小波变换,三相行波波形,故障行波和它的小波变换间的内在联系,行波,不同尺度下的小波变换,故障行波的小波变换模极大值表示行波的模极大值类似于正弦信号在Fourier变换下的幅值相位,小波变换模极大值,彼此等价,故障行波的形成和特征,故障行波的形成和特征,故障行波具有如下特性：只在故障发生时出现，能准确反映故障发生；包含着故障发生时刻、故障位置、故障相、故障线等有用的故障信息；具有高频、暂态突变的性质，难以分析；不可重复，具有易逝性，造成捕捉困难；同时是时间和位置的函数，因此传统的时间分析方法和频率分析方法不能有效刻划暂态行波的故障特征。,故障行波的应用,输电线路行波测距利用电流行波的故障测距双端法单端电气量组合法故障测距单端法配电线路行波选线超/特高压输电线路行波保护,利用电流行波的故障测距,利用电流行波的故障测距,Ts1,Ts2,利用电流行波的故障测距,Ts1,Ts2,t,S,R,利用重合闸的测距原理说明图,故障点距S变电站距离：,利用电流行波的故障测距,利用电流行波的输电线路故障测距装置1）采样频率800kHz2)误差小于1公里3)最多监视8条线路,利用电流行波的故障测距,行波测距在葛洲坝直流换流站运行现场,小结利用GPS的双端量行波故障测距技术是目前最先进的故障测距技术已广泛应用于各种电压等级的交直流输电线路获国家发明奖,利用电流行波的故障测距,仅使用单端电气量的故障测距,单端行波测距不够稳定、可靠缺乏GPS同步时钟没有条件安装两套行波测距仪需要单端法,利用电流行波的故障测距存在的问题,单端电气量组合法故障测距,单端电气量组合法故障测距,解决单端量故障测距问题的对策故障测距的组合算法由具有鲁棒性的阻抗测距算法测距，给出故障范围由行波测距法进行精确故障定位，误差小于1kM。新型故障录波测距装置既能记录行波故障信息、又能记录工频故障信息，实现组合法测距。,单端电气量组合法故障测距,单端电气量组合故障测距算法,单端电气量组合法故障测距,测量阻抗法确定的故障区间,行波信号的二进小波变换,故障情况:相间故障、0过渡电阻.故障距离:40km.阻抗法输出结果：19.8km59.8km.行波法输出结果：39.5km.组合法输出结果：39.5km.,单端电气量组合法故障测距,HPR-7000的外形结构,单端电气量组合法故障测距,前置机外形,工频故障信息电流行波及其小波变换,Testedsystem,电压行波,电压行波,棒图分析,相量分析,单端电气量组合法故障测距,小结组合故障测距算法有望从根本上解决单端量故障测距问题获国家发明专利授权已经应用于实际电力系统,单端电气量组合法故障测距,配电线路接地选线,行波选线,小电流接地系统单相接地选线中性点不接地或经消弧线圈接地的系统发生单相接地后，由于未形成短路通路，接地电流非常微弱，无法确定是那一条线路发生接地，给接地查找和修复带来困难。问题的症结由于中性点不接地或经消弧线圈接地，接地线路和非接地线路仅仅流过微弱的电容电流。迄今所提出的方法基于基波零序电流大小、方向等方法效果都不好。,解决问题的思路,行波选线,采用暂态高频分量电流,单相线路接地后的行波现象,i1,iN,i2,行波选线,三相线路发生单相接地的行波现象,行波选线,对三相电压和电流施行相模变换得到各模独立的模分量电压和电流,行波选线,解耦,线模分量,零模分量,i#1,i#N,i#2,i01,i0N,i02,线模网络,零模网络,三相线路发生单相接地行波的传播,i#1,i#n,i#2,行波选线,配电线路行波的特点接地线路初始行波远大于非接地线路的初始行波，极性相反非接地线路的初始行波数值相等，极性相同与中性点接地方式几乎无关，只影响等效阻抗基于电流行波的单相接地选线原理故障线路的电流行波远大于非故障线路故障线路与非故障线路的电流行波极性相反,行波选线,方案1：基于零序电流互感器方案2：基于每回出线上的三相电流互感器方案3：每回出线上只安装了两相电流互感器方案4：每回出线上只利用一相电流互感器,行波选线,基于微机和高速数据采集技术的行波接地选线装置SL-01,行波选线,SL-01发明专利证书及检测报告,行波选线,小结配网中存在电流行波，且可以用于故障选线;小波变换及其模极大值可以准确刻划暂态行波特征，可以构成有效的行波选线算法;根据现场情况，可以构成多种行波选线方案;行波和小波选线技术为故障选线提供了新的思路和新的方案，有望从根本上解决小电流系统故障选线难题。,行波选线,行波保护,行波保护根据输电线路发生故障后所产生的暂态行波构成的继电保护称为行波保护行波保护的特点快速动作性能不受过渡电阻影响不受CT饱和影响不受系统振荡影响不受长线分布电容影响,行波保护,行波保护例波阻抗方向继电器基于行波的方向继电器波阻抗方向继电器，它根据初始电压和电流行波的比值来判别故障方向。,行波保护,行波保护,正向故障时,反向故障时,行波保护,提出阻抗方向继电器原理提出行波选相原理出纵联方向保护,基于小波变换的行波保护理论,电压电流行波小波变换,反向判据,区内故障跳闸区外故障闭锁,例如BC两相短路,逻辑,行波保护,行波保护,方向比较式行波保