基于故障产生的电压暂态高频分量的模糊选相新原理的研究--电气设计

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1、基于故障产生的电压暂态高频分量的模糊选相新原理的研究摘要：本文提出一种基于故障分量中的高频分量的故障选相新原理。该原理利用电压故障分量中的高频成分，提取三相电压以不同相为基准的模变换的频域特征，利用模糊集合对该特征进行处理以实现故障选相。该原理具有类似行波保护的超高速的特点，但选相并不仅限于利用行波波头的特征，且不受过渡电阻和故障初始角的影响，对于振荡中发生的故障也能可靠地选出故障相，具有较强的鲁棒性。用EMTP对某典型500kv线路的各种故障进行了仿真，取得了理想的效果。关键字：故障选相暂态保护高频分量模糊集合0 引言　　工频变化量保护和行波保护都是基于故

2、障分量的继电保护原理。它们在现代电力系统的继电保护中发挥着重要作用。近年来暂态保护概念的提出[1][2][3]，进一步拓展了利用故障分量构成保护原理的途径和范畴。故障分量包括从行波到工频变化量的具有极大频宽的暂态和稳态的故障信息,行波保护仅利用故障分量中的行波波头的特征构成保护原理。它具有极高的反应速度，但必须依赖于对波头的准确捕捉，此外还受故障发生时的初始角度等诸多因素的影响。工频变化量原理则具有很好的可靠性，因而在实际应用中获得巨大成功。但由于采用工频分量，其动作速度难以太快。因此，探索在故障分量中提取其他成分，构成兼有更好的速动性和可靠性的保护新原理是

3、具有理论意义和实用价值的。　　高压电力系统的故障都会产生从工频到高频的故障分量。这些故障分量中必然含有与故障相关的各种信息，包括故障地点、故障方向、故障类型、故障程度、故障存在时间等，对这些信息的有效提取与应用是提高现有继电保护性能的出发点之一。暂态保护在有效捕捉故障分量中高频分量的基础上通过数字信号处理进一步提取高频分量的频域信息，最终以此构成保护新原理。本文对利用电压故障分量中的高频成分实现故障选相进行了讨论，提出了一种模糊选相新方法，EMTP仿真表明该方法不受运行方式、系统振荡和短路过渡电阻的影响，能够快速可靠地选出故障相。　　1　电压暂态高频分量的获

4、取　　如何有效可靠地获取电压暂态高频分量是暂态保护所面临的第一个问题。[1][2]中给出一种利用载波信号阻波器和CVT的高压电容器的高频耦合方式，图1所示的耦合电路即可获取电压暂态高频分量。　　　元件ts1、tr1是常规的宽带线路阻波器，该阻波器如图1所示装在线路的每一端，并且利用调谐选出所需的高频波段。CS是母线的杂散电容，典型值为0.1 [3]，在分析故障高频分量时，这一电容不能被忽略。元件ts2、tr2是接到CVT上的耦合电容器的调谐电路。这些电路被调谐到相同的频段，以此来获取高频信号进行数字信号处理。显然，这一调谐耦合电路对工频没有任何影响。　　2　

5、基于电压暂态高频分量的选相原理　　当高压线路发生故障时，电压暂态高频信号经调谐耦合电路被捕获后，再经高速A/D，变为数字信号进入数字信号处理环节。本文选取43kHz至75kHz这一高频段的高频信号进行分析。然后对其提取频域特征来实现故障选相。　　对于在系统振荡中发生的故障，距离保护测量得到的阻抗中只有故障相的阻抗是正确的。此时，只有选出故障相才能判别出是故障是否在区内[5]。利用故障产生的电压暂态高频分量实现模糊选相完全不受系统振荡的影响，能够在振荡中正确地选出故障相。　结论　　高压系统发生故障时的故障分量中包含从行波到工频的极其丰富的故障频域信息。利用其中

6、的高频分量构成新的保护原理不失为一种有益的探索。本文在暂态保护思想的基础上，提出一种利用电压暂态高频分量的模糊选相方案。该方案在对三相电压暂态高频分量的不同模变换在频域中的幅频特征进行提取与分析的基础上，利用模糊集合来实现故障选相。理论分析和EMTP仿真表明该原理选相迅速，不受故障过渡电阻的影响、不受故障初始角的影响、选相不依赖于故障波头，具有较好的鲁棒性。参 考 文 献[1]A.T.Johns, R.K.Aggarwal, Z.Q.Bo “Non-unit protection technique for EHV transmission systems 

7、based on fault-generated noise, Part 1: Signal measurement ”,IEE Proc.-Gener.Transm.Distrib.,Vol. 141, No.2, March 1994, pp133-140[2]R.K.Aggarwal, A.T.Johns, Z.Q.Bo “Non-unit protection technique for EHV transmission systems based on fault-generated noise, Part 2: Signal processing

8、 ”,IEE Proc.-Gener.Transm.