雷击与短路故障的分形–时域差分识别方法

针对雷电波中高频分量是造成行波保护误动作重要原因的问题,通过对轻型直击雷、重型直击雷和短路故障进行暂态分析,提出辨识雷击与短路故障暂态特征的分形-时域差分判据。利用分形理论提取初始行波电流的特征维数,快速识别雷击故障,再根据波头部分的形态特征差异采用时域差分法进一步细化和辨识轻型直击雷和线路故障,并从母线端测得的电流行波线模量来实现判据,在较短的时窗内迅速准确地辨识雷击和短路故障。仿真结果验证了判据的有效性与可靠性。     

输电线路的雷电识别研究

针对雷电干扰问题,提出了一种输电线路的雷电识别新算法。该方法依据轻型雷击、重型雷击及短路故障的不同暂态波形特征,构造复合识别判据。其一,利用电流行波首波面积比值特征量构成识别短路故障与雷击的判据;其二,运用电流行波在较短时间内的积分值特征量识别故障与轻型雷击。MATLAB仿真结果表明,所提算法能可靠区分轻型雷击、重型雷击和短路故障,是正确且有效的。     

基于改进递归小波变换识别故障与雷击

提出了一种利用改进递归小波变换识别输电线路故障和雷电干扰的新方法.该方法首先通过改进递归小波变换提取本线路以及相邻线路直击雷、短路故障等暂态分量,在比较他们不同特征的基础上,提出了一种利用透射和反射系数衰减规律,以及模极大值的不同构成的雷击判据.利用此判据可以区分出本线路重型雷击和轻型雷击.ATP仿真结果表明,雷击判据不仅可以对本线路雷击是否造成线路故障做出正确判断,同时,还可以解决雷击相邻线路时本线路保护误动的问题.     

应用数学形态学方法分析识别特高压线路雷击干扰

雷电干扰可能会造成基于行波或暂态量的特高压输电线路保护误动作。为了解决该问题,运用数学形态学对雷击和短路时的电流暂态分量进行了能量谱分析,利用故障暂态电流的相对低频分量与相对高频分量的能量比可识别短路故障和绝大部分重型雷击,但无法区分弱雷击故障与轻型雷击。针对轻型雷击时电流行波波形随时间正负交变,其幅值不断衰减,而弱雷击故障时故障电流行波波形总体变化趋势是单调的特点,提出了用直线对雷击后的行波进行拟合,采用波形相似系数进一步区别轻型雷击与弱雷击故障的新方法,该方法判断准确、计算简单,并通过大量的EMTP仿真验证了所提方法的有效性。     

超高速保护中雷电干扰识别的暂态法研究

雷电干扰可能会造成基于行波或暂态量的超高速输电线路保护误动作。经对雷击和短路故障时的电流故障分量进行信号能量分布和波形的分析发现：普通短路故障与雷击引起强故障时的暂态能量主要集中在低频带；雷电干扰与雷击引起弱故障时的暂态能量主要以高频为主；相对于雷电干扰和普通短路故障,雷击引起弱故障时的行波截波特征非常明显。据此,提出了基于小波变换的雷电干扰识别的暂态方法。EMTP仿真显示该识别方法是可行的。     

行波小波系数极大值极性法接地故障选线研究

为正确确定故障线路,保证系统安全,提高供电可靠性,研究了配电网中单相接地短路故障时的暂态行波特性。分析变压器的暂态行波特性及其对母线行波电压和线路行波电流的影响表明,行波初始过程中母线电压及各线路电流暂态行波的小波系数的显著规律是故障线路电流暂态行波0模量初始波头的小波系数的极大值极性,总是与其它线路电流和母线电压相反。然后利用暂态行波的小波系数极大值极性特征构成了一种新颖的故障选线保护判据,即利用母线零序电压突变量判断单相接地的时刻,通过识别母线电压及各线路电流初始波头小波系数的极大值极性特征,判断故障线路。利用MATLAB建立了一个典型的配电网系统模型,仿真结果证明该选线算法的有效性,最后对该法的应用提出相关的建议。     

基于电压行波波形特征的柔性直流输电线路雷击识别方法

柔性直流输电系统的线路主保护速动性要求极高,线路受雷击干扰后引入大量高频暂态信号易引发线路保护误动作。针对此问题,首先根据行波的传播规律分析雷击后线路电压行波特征,得出雷击干扰与故障的特征差异。雷击干扰时,暂态过程中电压行波经线路边界反射后波头极性不发生改变,行波波头到达线路边界的时间间隔大。雷击故障时,电压行波经故障点反射后波头极性发生改变,行波波头到达线路边界的时间间隔小。然后,根据电压行波波形特征差异提出长短窗结合的雷击干扰识别方法。最后,利用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件对所提方法进行验证。结果表明,所提出的雷击干扰识别方案能够快速、可靠、准确地识别雷击干扰与故障情况,不受雷击位置、线路参数、雷电流参数和噪声的影响。     

基于前行波波形特征的柔性直流输电线路单端行波保护

柔性直流输电具有更好的新能源消纳能力，对于解决大规模新能源的消纳问题具有重要意义。而现有保护原理在雷击干扰下会发生误动，相应雷击干扰识别判据硬件要求高或理论性不强。针对该问题，提出了一种基于前行波波形特征的单端量保护原理。与区内短路故障相比，区外短路和雷击干扰行波时域特征体现为波头变缓以及波尾下降，利用通式参数分别对上述波形特征进行描述，并据此分析故障前行波的波形特征，最后提取能表征波头陡度和波尾下降的前行波波形特征实现区内故障的有效识别。仿真验证结果表明该保护方法能有快速有效的完成故障识别，且具有较强的耐受过渡电阻能力和抗雷击、噪声干扰能力。     

基于故障选相及时域、频域分析的输电线路直击雷识别方法及其应用

为了快速地对雷击输电线路类型进行识别,以直击雷产生的三相暂态电流行波为研究对象,基于EMTP仿真软件,建立了装有导线暂态电流监测设备的输电线路仿真模型。根据平行导线之间的耦合原理,通过判断雷击故障相数将直击雷初步分为3类。并通过提取各个子分类中的直击雷波形的时域与频域特征构建识别判据,最终实现输电线路直击雷的识别。仿真测试结果表明,对直击雷进行初步分类可有效区分雷击塔顶所造成的多相闪络情况,降低识别的难度。这种直击雷识别算法在不同雷电源参数、不同故障距离下均能对直击雷进行有效识别。     

基于小波多尺度分析的输电线路直击雷暂态识别

研究和识别输电线路直击雷的暂态特征对研制基于暂态量的保护及提高其可靠性都具有十分重要的意义。该文首先从保护的角度对输电线路各类直击雷的特点进行深入的研究分析；通过小波变换对输电线路直击雷、短路故障等暂态信号的多分辨率分析，发现其暂态电流附加分量的能量分布特点反映了对应暂态过程的内在特征，可用以构成判据实现输电线路非故障性雷击暂态的准确、可靠识别，从而大大提高保护的抗雷电干扰能力。大量EMTP仿真计算验证了所提方法是正确、有效的。     

基于暂态波形特征的输电线路雷击干扰与故障识别方法

随着大量电力电子装置应用于电网,暂态量保护的优势逐渐凸显。针对其易受雷击干扰影响的问题,在非雷击故障、雷击干扰和雷击故障下,对各相暂态电流附加分量进行了分析。得出故障与雷击干扰的本质差异为:故障暂态波形的整体变化趋势中具有明显的工频正弦特征。据此,采用平均值滑动去噪的方法可基本消除雷电流等高频影响,获得暂态电流的主波形。提出采用50 Hz正弦函数对主波进行拟合,基于拟合决定系数的大小可识别各相线故障。经PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真,验证所提识别方案能正确识别各种类型下的雷击干扰与故障,不受故障初始角及过渡电阻的影响,适用于不同类型输电线路。     

雷击与短路故障的S变换特征量识别方法

输电线路落雷后雷电冲击干扰超高速保护动作。基于行波特征区分雷电冲击与短路故障有一定局限性,提出一种利用母线电压信号特征识别雷击与短路故障的新方法。以IEEERBTS-6标准测试系统为仿真对象,对不同雷击情况以及短路故障进行了仿真,验证了该算法的正确性和有效性。检测到的母线电压进行S变换,提取S变换时频等值线和幅值包络向量,根据是否含高频分量和等值包络向量的修正一阶中心矩的正负,直观准确地实现类型识别,并对特征提取和识别算法进行研究。它利用现有电能质量监测装置检测的信号进行识别,为通过母线电压波形辨识雷电冲击与短路故障提供了新方法。     

输电线行波测距中雷击与短路故障的识别

掌握超高压、高压输电线路上雷电冲击发生的位置和频次等信息,对输电线路的防雷保护及系统运行水平的提高具有重要的理论和现实意义,故而利用现有可检测与定位线路雷击的行波测距装置,提出了一种基于小波包能量谱和暂态行波特征分析的雷击与短路故障识别方法。通过对500kV输电线路的非故障性雷击、故障性雷击以及普通短路故障的仿真研究,提取出电流行波信号的特征和信号各频段的能量分布规律,结合这些特征和规律提出了对3种暂态过程进行识别和分类的具体算法。EMTDC仿真验证了该算法的正确性。     

Characteristics of lightning surges observed at 77 kV substations

In order to improve power supply reliability, it is necessary to prevent lightning faults in transmission lines and substation apparatus. However, faults are caused occasionally in lower-voltage power systems, particularly at the 77 kV level. The governing factor for insulation strength of substation apparatus is the lightning impulse voltage, and it is necessary to know the voltage level and distribution in a substation caused by lightning surges in order to investigate rational insulation coordination. For this purpose, the authors measured lightning surges at two 77 kV conventional substations from 1990 to 1993. In this paper, the characteristics of induced lightning surges and back flashover lightning surges are described. Comparisons of related surge voltages at two substations, the power line phases in grounding faults, and the equivalent capacitance of the substations are also discussed.     

电流行波差动式母线保护的研究

为避免电流互感器暂态饱和的影响,研究了一种基于暂态电流行波的新型母线保护。在对母线上线路各相电流行波差动量的故障特征进行分析的基础上,为提高判别母线区内外故障的灵敏度,又引入各相电流行波的制动量,提出一种具有比率制动特性的电流行波差动式母线保护,及其基于小波变换的实用比率判据。理论分析和EMTP仿真表明该母线保护快速、灵敏、可靠,基本不受故障类型、故障过渡电阻、故障距离和故障初始角的影响。     

一种反应输电线路故障行波的测距方法

分析了故障暂态电流行波的基本理论,提出了一种故障测距原理,以同母线上任一"有限长"非故障线路作为参考线路,通过比较由故障线路暂态电流行波与该参考线路暂态电流行波形成的反向行波浪涌与其对应的正向行波浪涌的极性,识别来自故障方向的行波浪涌,消除了来自参考线路的暂态行波浪涌的影响。通过以本原理构成的故障测距系统进行实际检验,测距精度明显高于目前故障录波器的测距精度。理论分析和实测波形分析均表明该原理是可行的,并可以同时适用于永久性故障和瞬时性故障,而且不受电压过零故障的影响,在标准模式下还不受线路对端母线反射波的影响。     

利用线路暂态行波功率方向的分布式母线保护

为避免电流互感器(TA)暂态饱和问题，提出了一种新型的分布式母线保护：基于小波变换识别各线路的暂态行波功率方向，然后比较所有线路的暂态行波功率方向来判别母线区内外故障。该母线保护可以利用已有的输电线行波方向保护而不需专用的母线保护设备，可以利用小波算法解决分布式结构中的同步问题，因而比常规分布式母线保护更易于实现和节省投资。理论分析和EMTP仿真试验表明：该母线保护动作快速可靠，基本不受故障类型、故障过渡电阻、故障距离和故障初始角的影响。     

输电线路雷击故障定位与识别

雷击故障是输电线路的主要故障,准确定位雷击故障并识别雷击故障能有效提高和改进输电线路的雷击可靠性水平。针对国内现有雷电故障指示装置不能有效识别雷击性质的不足,研究了雷击闪络后的电流信号特征及输电线路发生反击和绕击时的电位变化特征,提出了一种新的雷击故障定位与识别方法,同时开发出了输电线路雷电故障指示装置。仿真试验和实际运行结果表明,采用雷击闪络后的电流信号与输电线路发生绕击和反击时的电压信号相结合的方法能有效地进行雷击故障的定位与识别。     

Characteristics of creeping discharge along aerial insulated wire under impulse voltages with various wave front durations

When lightning occurs in the neighborhood of outdoor high‐voltage distribution lines, creeping discharges propagate along the wire surface from the binding wire tip just after insulator flashover. These discharges give rise to various faults on distribution lines, for instance, disconnection and melting of wire, punch‐through breakdown, and so on. We must clarify the creeping discharge characteristics associated with various inductive lightning surges from the viewpoint of safety in high‐voltage distribution systems. In our previous paper, it was reported that the lengths and aspects of the negative creeping discharges were influenced by the wave front durations of impulse voltages applied to the central line with a grounded binding wire. The present study was performed to obtain more information on such creeping discharges. This paper describes the distinctive characteristics of a creeping discharge along the insulated wire surface when impulse voltages with various wave front durations are applied to the binding wire. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 158(3): 29–37, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20430