專利名稱：：輸電線路單相接地故障電流行波三基色表示的故障測距方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及交流輸電線路單相接地故障電流行波三基色表示的故障測距方法，屬電力系統(tǒng)繼電保護(hù)
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：三基色是指紅(R)、綠(G)、藍(lán)⑶三種顏色，三基色色彩模式是通過對紅(R)、綠(G)、藍(lán)⑶三個顏色通道的變化以及它們相互之間的疊加來得到各式各樣的顏色的，三基色標(biāo)準(zhǔn)是目前運(yùn)用最廣的顏色系統(tǒng)之一[1]。故障測距[2_8]—直以來受到電力工作者的高度關(guān)注，輸電線路單相接地故障約占線路故障總數(shù)的70%-90%，準(zhǔn)確的故障測距可以極大的縮短巡線時間，加快恢復(fù)供電，對電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有非常重要的意義。行波故障測距是根據(jù)行波傳輸理論實現(xiàn)的故障測距方法當(dāng)輸電線路發(fā)生故障時，會產(chǎn)生沿線傳播的故障行波，在波阻抗不連續(xù)點發(fā)生折、反射，利用故障行波的傳輸時間計算故障距離。行波法可以分為單端法和雙端法兩種。雙端法需要線路兩端精確對時及信息傳輸通道，裝置的成本較單端法高。單端法是利用線路一端測量到的故障暫態(tài)行波在故障點與本端或者對端母線之間往返一次的傳播時間計算故障點到本端或者對端母線間的距離?，F(xiàn)有的行波單端法故障測距基本上是利用小波分析或是數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)來實現(xiàn)的，本發(fā)明將交流輸電線路單相接地故障下的電流方向行波用三基色表示，在三基色色彩模式[6]下實現(xiàn)單端故障測距。參考文獻(xiàn)[1]網(wǎng)薩雷斯.數(shù)字圖像處理[M].北京，電子工業(yè)出版社，2007.[2]束洪春，司大軍，^基于多算法的輸電線路故障測距系統(tǒng)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2004，28(7)49-52,57.[3]許丙垠，李京，陳平，等.現(xiàn)代行波測距技術(shù)及其應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動化，2001,25(12)62-65.[4]FernandoH,Magnago,AliAbur.FaultLocationUsingWavelets[J].IEEETransactionsonPowerDelivery.Vol.13,No.4,October1998.[5]董新洲，葛耀中，許丙垠.利用暫態(tài)電流行波的輸電線路故障測距研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，1999，19(4)=76-80.[6]Cans0Y.Evrenoso□u,AliAbur,ErgunAkleman,Ozan0.Ozener.BewleyDiagramsRevisited[7]viaVisualization[J].IEEETransactionsonPowerSystems.Vol.24,No.3,August2009.[8]李一峰，陳平.一種輸電線路故障測距新方法[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2008,20(4)125-128.[9]施慎行，董新洲，周雙喜.單相接地故障下第2個反向行波識別的新方法[J].4電力系統(tǒng)自動化，30(1)=41-44.
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種交流輸電線路單相接地故障電流行波三基色表示的故障測距方法，利用交流輸電線路的故障電流方向行波分別映射到紅(R)、綠(G)、藍(lán)⑶三個顏色通道，在三基色色彩模式下實現(xiàn)故障測距。本發(fā)明的技術(shù)方案為1)當(dāng)被保護(hù)線路首端保護(hù)處的任一相電流突變量|i(n+l)-i(n)-1i(n)-i(n-1)大于整定值時，記n所對應(yīng)時間為故障時刻，提取故障線路首端保護(hù)處和參考線路保護(hù)處故障前10ms和故障后1ms的電流行波。選擇被保護(hù)線路首端母線上其它出線中最長的線路為參考線路，其中n為第n個采樣點，i(n)為三相電流中任一相第n個采樣點的電流采樣值。2)利用半周相加法按式(1)提取故障線路保護(hù)處和參考線路保護(hù)處的故障電流分量式中X取1或2，1對應(yīng)故障線路保護(hù)處，2對應(yīng)參考線路保護(hù)處，分別簡記為保護(hù)1處和保護(hù)2處，ix(t)為保護(hù)x處的三相電流測量值，T為工頻周期，Aix(t)為保護(hù)x處的三相電流故障分量。11_12-31—323)運(yùn)用相模變換矩陣，分別按式(2)計算出保護(hù)1處和保護(hù)2處電流行波零模分量Aix,0(t)和線模分量Aix,a(t)、Aix,(t)式中Aix,a(t)、Aix,b(t)、Aix,。(t)分別為保護(hù)處檢測到的三相暫態(tài)電流故障分量，x意義同式(1)。4)利用式(3)和式⑷構(gòu)造電流正向行波Ai+和電流反向行波Ai_Ai+=Ai1>a+Ai2ja(3)Ai_=Ailja-Ai2>a(4)式中△、。為保護(hù)1處的故障電流線模分量，Ai2,a為保護(hù)2處的故障電流線模分量，并將電流正向行波、電流反向行波和保護(hù)1處的零模電流(記為A。分別按式(5)作歸一化式中y取+，-和0，分別對應(yīng)正向行波，反向行波和零模分量，min(Aiy)為取Aiy的最小值運(yùn)算，max(Aiv)為取Aiv的最大值運(yùn)算，然后按式(6)將歸一化后的電流正向行波Δ1+和電流反向行波ΔI以及保護(hù)1處的電流零模分量ΔItl分別映射到紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三個顏色通道f:Iy3—3(6)式中f表示函數(shù)對應(yīng)關(guān)，y的意義同式(5)，Iy3為包含電流正向行波、電流反向行波和保護(hù)1處的電流零模分量的三維空間，3為三基色色彩模式下的三維空間，得到故障電流三基色模式圖，及其紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三個顏色通道的灰值圖。5)當(dāng)故障點F距故障線路首端母線的距離大于首端母線上其它出線的長度時，僅利用故障線路首端母線保護(hù)1處的電流量進(jìn)行測距時，會受到首端母線其它出線反射波的影響，利用步驟4)構(gòu)造的電流正向行波Ai+和電流反向行波可以有效的區(qū)分出其它出線反射波和來自故障線路方向的行波，本發(fā)明電流的正方向都為由母線指向線路。來自故障線路首端母線上的非故障線路的行波，其電流正向行波和電流反向行波滿足式(7)△i+/△i_=βΜ(7)式中βM為故障線路首端母線的電壓行波的反射系數(shù)，一般為負(fù)，故來自非故障線路方向的電流正向行波和電流反向行波的極性相反。來自故障線路方向的行波，其電流正向行波和電流反向行波滿足式(8)△i+/△i_=-βΜ(8)可見，來自故障線路方向的電流正向行波和電流反向行波極性相同。步驟4)中形成的故障電流三基色模式圖，及其紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三個顏色通道的灰值圖，其顏色突變處的橫坐標(biāo)對應(yīng)行波波頭到達(dá)保護(hù)處的時刻。紅(R)通道和綠(G)通道分別對應(yīng)電流正向行波和電流反向行波，其灰度值變化方向?qū)?yīng)波頭的極性。就顏色而言，顏色變白為正極性，顏色變黑為負(fù)極性。對應(yīng)公式(7)和公式(8)則有同一時刻，紅(R)通道和綠(G)通道顏色突變相反，即紅(R)通道變白(或變黑)同時綠(G)通道變黑(或變白)，則此波頭為非故障線路反射波；紅(R)通道和綠(G)通道顏色突變相同，即紅(R)通道和綠(G)通道顏色同時變白或變黑，則此波頭為故障方向反射波。對比紅(R)通道灰值圖和綠(G)通道灰值圖，取顏色同時突變且突變方向一致的前兩個突變處，利用圖像處理軟件(如Photoshop)的邊緣檢測功能可以得到兩個突變處所對應(yīng)的準(zhǔn)確時間，作差得到At，At為來自故障方向的電流反向行波第一個和第二個波頭的時間差。6)在區(qū)分出是來自故障線路的行波后，就需要判斷來自故障方向的第二個波頭是故障點反射波還是對端母線反射波。由于是單相接地故障，如果來自故障方向的第二個波頭的線模分量和零模分量極性相同，即綠(G)通道和藍(lán)(B)通道顏色的突變方向一致，則此波頭為故障點反射波，利用公式(9)可求出故障距離χ:X＝v△t/2(9)式中At為來自故障方向的電流反向行波第一個和第二個波頭的時間差，ν是線模上的波速度，其值由線路參數(shù)決定，可采用數(shù)字仿真測量法算出0時刻在IOOkm的線路首端注入電流，在線路末端設(shè)立觀測點，精確記錄電流行波到達(dá)觀測點的時刻t，利用公式V=，，即可得出V。如果來自故障方向的第二個波頭的線模分量和零模分量極性相反，即綠(G)通道和藍(lán)(B)通道顏色突變方向相反，則線模的第二個波頭為對端母線反射波，利用公式(10)可以求出故障距離χTvAtX=L—(10)式中L為故障線路長度，其它各物理量意義同前。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點1)單端測距中只使用了電流量，就區(qū)分出非故障線路反射波和對端母線反射波來實現(xiàn)測距，避免從電容式電壓互感器中提取高頻電壓行波構(gòu)造方向行波所造成的暫態(tài)超越；2)利用三基色表示故障電流行波，提取電流方向行波三基色模式圖及其紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三個顏色通道的灰值圖中的故障信息進(jìn)行測距，使得測距更加直觀，簡單，對三基色圖的分析可以直接采用現(xiàn)有的圖像處理軟件。圖1為交流系統(tǒng)圖；圖中M、N、P和Q分別指母線M、母線N、母線P和母線Q，F(xiàn)為故障點，1指保護(hù)1，2指保護(hù)2;圖2為電流方向行波的三基色色彩模式圖；圖3為紅(R)通道灰值圖；圖4為綠(G)通道灰值圖；圖5為藍(lán)(B)通道灰值圖。具體實施例方式以圖1的交流系統(tǒng)為例，在長為L=175km的麗線路距母線M端75km處發(fā)生A相接地故障，接地電阻為5Ω，故障角為90°，采樣頻率為1MHz。具體實施步驟如下1)當(dāng)保護(hù)1處任一相電流突變量Ii(n+l)-i(η)-|i(n)-i(n_l)|大于整定值時，記η所對應(yīng)時間為故障時刻，分別提取故障線路首端保護(hù)1處和參考線路保護(hù)2處故障前IOms和故障后Ims的電流行波，其中，η為第η個采樣點，i(η)為三相電流中任一相第η個采樣點的電流采樣值；2)利用半周相加法按式⑴提取保護(hù)1處和保護(hù)2處的故障電流分量；3)運(yùn)用相模變換公式(2)分別計算保護(hù)1處和保護(hù)2處電流行波零模分量Δix,o(t)禾口線模分量Δix,α(t),Δix,0(t)；4)利用式(3)和式(4)構(gòu)造電流正向行波和電流反向行波，并將電流正向行波、電流反向行波和保護(hù)1處的零模電流分別按式(5)作歸一化，再按式(6)分別映射到三基色色彩模式下，得到三基色圖，為便于觀察，將其分辨率改為96·1000，如圖2，其紅(R)、綠(G)、藍(lán)⑶三個顏色通道的灰值圖分別見圖3、圖4和圖5；5)對比紅(R)通道灰值圖(圖3)和綠(G)通道灰值圖(圖4)，取顏色同時突變且突變方向一致(同時變白或變黑)的前兩個突變處，利用圖像處理軟件Photoshop的邊緣檢測功能可以得到兩個突變處所對應(yīng)的準(zhǔn)確時間，作差得到At=O.000501s；6)在步驟5)的基礎(chǔ)上，比較綠(G)通道和藍(lán)⑶通道第二個故障方向傳來的行波的顏色突變方向，若顏色突變方向相同，則為故障點反射波，利用公式(9)計算出故障距離χ；若顏色突變方向相反，則為對端母線反射波，利用公式(10)計算出故障距離χ；根據(jù)圖1的交流線路參數(shù)，利用數(shù)字仿真測量法算出線模的波速度ν為2.9851X10Ws,故本例故障距咼χ=——=-=74.7768km。權(quán)利要求一種交流輸電線路單相接地故障電流行波三基色表示的故障測距方法，該方法通過以下步驟完成1)當(dāng)被保護(hù)線路首端保護(hù)處任一相電流突變量|i(n+1)-i(n)|-|i(n)-i(n-1)|大于整定值時，記n所對應(yīng)時間為故障時刻，提取故障線路首端保護(hù)處和參考線路保護(hù)處故障前10ms和故障后1ms的電流行波，選被保護(hù)線路首端母線上其它出線中最長的線路為參考線路，其中n為第n個采樣點，i(n)為三相電流中任一相第n個采樣點的電流采樣值。2)利用半周相加法按式(1)提取故障線路保護(hù)處和參考線路保護(hù)處的故障電流分量<mrow><msub><mi>&Delta;i</mi><mi>x</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>i</mi><mi>x</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>i</mi><mi>x</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>-</mo><mfrac><mi>T</mi><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>式中x取1或2，1對應(yīng)故障線路保護(hù)處，2對應(yīng)參考線路保護(hù)處，分別簡記為保護(hù)1處和保護(hù)2處，ix(t)為保護(hù)x處的三相電流測量值，T為工頻周期，Δix(t)為保護(hù)x處的三相電流故障分量。3)運(yùn)用相模變換矩陣分別按式(2)計算出保護(hù)1處和保護(hù)2處電流行波零模分量Δix，0(t)和線模分量Δix，α(t)、Δix，β(t)<mrow><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>&Delta;i</mi><mrow><mi>x</mi><mo>,</mo><mn>0</mn></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>&Delta;</mi><msub><mi>i</mi><mrow><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>&alpha;</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>&Delta;</mi><msub><mi>i</mi><mrow><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>&beta;</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><msup><mi>S</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mi>&Delta;</mi><msub><mi>i</mi><mrow><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>a</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>&Delta;</mi><msub><mi>i</mi><mrow><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>b</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>&Delta;</mi><msub><mi>i</mi><mrow><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>c</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mn>1</mn></mtd><mtd><mn>1</mn></mtd><mtd><mn>1</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>1</mn></mtd><mtd><mn>2</mn></mtd><mtd><mo>-</mo><mn>3</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>1</mn></mtd><mtd><mo>-</mo><mn>3</mn></mtd><mtd><mn>2</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mi>&Delta;</mi><msub><mi>i</mi><mrow><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>a</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>&Delta;</mi><msub><mi>i</mi><mrow><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>b</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>&Delta;</mi><msub><mi>i</mi><mrow><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>c</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>式中Δix，a(t)、Δix，b(t)、Δix，c(t)分別為保護(hù)處檢測到的三相暫態(tài)電流故障分量，x意義同式(1)。4)利用式(3)和式(4)構(gòu)造電流正向行波Δi+和電流反向行波Δi-Δi+＝Δi1，α+Δi2，α(3)Δi-＝Δi1，α-Δi2，α(4)式中Δi1，α為保護(hù)1處的故障電流線模分量，Δi2，α為保護(hù)2處的故障電流線模分量，并將電流正向行波、電流反向行波和保護(hù)1處的零模電流(記為Δi0)分別按式(5)作歸一化<mrow><mi>&Delta;</mi><msub><mi>I</mi><mi>y</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>&Delta;</mi><msub><mi>i</mi><mi>y</mi></msub><mo>-</mo><mi>min</mi><mrow><mo>(</mo><mi>&Delta;</mi><msub><mi>i</mi><mi>y</mi></msub><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>max</mi><mrow><mo>(</mo><mi>&Delta;</mi><msub><mi>i</mi><mi>y</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>min</mi><mrow><mo>(</mo><mi>&Delta;</mi><msub><mi>i</mi><mi>y</mi></msub><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>式中y取+，-和0，分別對應(yīng)正向行波，反向行波和零模分量，min(Δiy)為取Δiy的最小值運(yùn)算，max(Δiy)為取Δiy的最大值運(yùn)算，然后按式(6)將歸一化后的電流正向行波ΔI+和電流反向行波ΔI-以及保護(hù)1處的電流零模分量ΔI0分別映射到紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三個顏色通道fIy3→3(6)式中y的意義同式(5)，Iy3為包含電流正向行波、電流反向行波和保護(hù)1處的電流零模分量的三維空間，3為三基色色彩模式下的三維空間，得到故障電流三基色模式圖，及其紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三個顏色通道的灰值圖。5)對比紅(R)通道灰值圖和綠(G)通道灰值圖，取顏色同時突變且突變方向一致的前兩個突變處，利用圖像處理軟件的邊緣檢測功能可以得到兩個突變處所對應(yīng)的準(zhǔn)確時間，作差得到Δt，Δt為來自故障方向的電流反向行波第一個和第二個波頭的時間差；6)在步驟5)的基礎(chǔ)上，比較綠(G)通道和藍(lán)(B)通道第二個故障方向傳來的行波的顏色突變方向，若顏色突變方向相同，則為故障點反射波，利用公式(7)計算出故障距離x；若顏色突變方向相反，則為對端母線反射波，利用公式(8)計算出故障距離x；<mrow><mi>x</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>v&Delta;t</mi><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>7</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>x</mi><mo>=</mo><mi>L</mi><mo>-</mo><mfrac><mi>v&Delta;t</mi><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>8</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>式中v為線模的傳播速度，L為故障線路的全長。FSA00000059275400012.tif全文摘要本發(fā)明涉及一種交流輸電線路單相接地故障電流行波三基色表示的故障測距方法。本發(fā)明將交流輸電線路的故障電流方向行波用三基色表示，在三基色色彩模式下實現(xiàn)單端故障測距，在保證故障測距準(zhǔn)確性的同時，使得測距更加直觀。本方法是利用單相接地故障下，電流線模分量構(gòu)造方向行波，將故障電流方向行波和故障電流零模分量映射到三基色色彩模式下，選取紅(R)通道和綠(G)通道顏色突變方向一致的前兩個突變處，分別對應(yīng)來自故障方向的前兩個波頭，比較綠(G)通道和藍(lán)(B)通道的第二個顏色突變處的突變方向，若突變方向一致，則第二個顏色突變處對應(yīng)故障點反射波，否則對應(yīng)對端母線反射波，最終實現(xiàn)單端測距。文檔編號H02H7/26GK101867178SQ20101013567公開日2010年10月20日申請日期2010年3月30日優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日發(fā)明者張敏,彭仕欣,束洪春申請人:昆明理工大學(xué)