CN101141062A - 电网故障行波定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统领域，涉及一种基于整个输电网的故障行波定位方法，本发明的方法是：在输电网的所有变电站安装故障行波定位装置，并在电网中央控制室安装故障定位主站，输电线路故障后定位装置记录初始行波到达各变电站的时间和断路器状态；主站根据各定位装置记录的行波到达时间和相关断路器状态信号确定故障线路、剔除无效时间数据，将故障线路两侧的行波时间排列成两个数组，分别按双端故障行波定位算法计算故障点到故障线路一端变电站的距离，并对所计算出的故障距离加权求和，得到准确的故障点位置。本发明方法消除了部分定位装置故障、启动失灵、时间记录错误等对故障定位的影响，大大提高了故障行波定位的精度、可靠性和经济性。

Description

电网故障行波定位方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，涉及一种基于整个电网的故障行波定位方法。

背景技术

高压输电线路输送距离长，暴露在旷野，且多为山区丘陵地形，故障点的快速、精确定位和查找，一直是电力部门尚未解决的难题，也给线路运行维护人员带来了繁重的负担。目前国内外电力系统采用的输电线路故障定位方法主要有三种：基于故障录波装置的阻抗定位方法、专用于雷击故障的雷电定位方法、GPS故障行波定位方法。阻抗定位方法采用故障录波数据，根据故障导致的阻抗变化计算线路的故障点位置。受参数测量精度和线路参数设置的影响，故障定位精度有限。雷电定位方法只能对电力线路的雷击闪络定位，不能对各种非雷击故障进行定位，难以完全满足电力系统的运行要求。GPS故障行波定位方法的定位原理简单，定位准确度高，已在国外超高压电网中得到推广应用。然而现有的GPS故障行波定位方法只基于一条输电线路进行故障定位，定位系统造价高，且定位装置故障、启动失灵或时间记录错误会导致定位误差大甚至定位失败。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术的不足之处，解决现有输电线路故障行波定位方法所存在的定位准确度差、定位失败和定位造价高的技术问题。本发明根据整个电网的行波时间信息来进行故障定位，而不仅仅局限于一条线路，从而解决了传统定位方法中定位装置故障、启动失灵或时间记录错误后定位误差大甚至定位失败的问题，提高了输电线路故障行波定位的精度和可靠性。

本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：

第一步、在电网中各变电站安装故障行波定位装置，并在电网中央控制室安装电网故障定位主站；

第二步、线路故障后定位装置记录故障产生的初始行波到达各变电站的时间和线路两端断路器状态，并将记录的数据信息传送给定位主站；

第三步、定位主站根据各变电站记录的故障行波到达时间和断路器状态判断故障线路，与故障行波最早到达的变电站相连且断路器跳闸的线路为故障线路；

第四步、定位主站剔除无效时间数据，依次计算变电站i所记录的故障初始行波到达时间t_i与任一相邻变电站s所记录的故障初始行波到达时间t_s之差t_is：

t_is＝|t_i-t_s|

如果与变电站i相邻的所有Z_i个变电站中，满足：

t_isset+t_set＞t_is＞t_isset-t_set

的变电站个数大于

，则变电站i所记录的时间数据t_i是有效数据，否则是无效数据；其中t_isset为行波从变电站i传输到变电站s所需的时间，t_set为设定的时间误差裕量，取值范围为2～20μS；

第五步、定位主站对故障线路两侧所有变电站所记录的有效行波时间数据分别按时间先后顺序排成两个数组I、J，分别从两数组中任取一元素t_i和t_j，表示变电站i和变电站j记录的行波到达时间数据，按下式计算故障点到变电站i的故障距离d_ij：

d_ij＝[t_i-t_j)·v+L_ij]/2

式中，L_ij为变电站i经过故障线路到达变电站j的最短输电线路长度，v为行波在输电线路上的传输速度；若变电站i到故障线路一端变电站(M)的最短输电线路长度为L_im，将d_ij折算为故障点到变电站(M)的距离d_ij ^*：

$d_{\mathrm{ij}}^{*}=|d_{\mathrm{ij}}-L_{\mathrm{im}}|$

第六步、定位主站根据故障线路对具有有效时间数据的变电站i和变电站j设置权重W_i和W_j，设定故障线路两端变电站的权重为1，其余各变电站按到故障线路最短路径中途径的变电站个数n，设置该变电站的权重为；并对所有故障距离d_ij ^*按相应变电站的权重进行加权求和，计算出故障点到故障线路一端变电站(M)的精确故障距离d_m：

$d_m=\frac{\underset{j}{\mathrm{\Σ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(W_i+W_j)\·d_{\mathrm{ij}}^{*}}{\underset{j}{\mathrm{\Σ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(W_i+W_j)}$

本发明的技术效果在于：本发明在整个输电网的每个变电站装设故障行波定位装置，利用定位装置检测行波信号的到达时间，然后由故障行波定位主站对所有时间信息进行处理，并根据所有有效时间数据计算故障点精确位置。本发明方法中故障距离的计算与整个电网中所有变电站记录的有效时间信息有关，可以消除某个定位装置故障、启动失灵或时间记录错误对计算结果的影响，提高了输电线路故障行波定位的精度、可靠性和经济性。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1仿真电网模型；

图2电网故障行波定位方法程序流程图。

具体实施方式

参见图1，图1为实施本发明的仿真电网模型，整个电网中共有8个变电站，在各变电站安装故障行波定位装置，当(MN)线距(M)站15km处故障后，会产生在整个输电网中传播的行波信号，这时电网中各变电站的定位装置均可检测到行波信号并记录初始行波波头的到达时间，见表1。定位装置将初始行波的到达时间发送到行波定位主站(M)，由主站(M)根据各变电站的行波波头到达时间信息来进行故障定位。

表1

站名	时间(μs)	站名	时间(μs)	站名	时间(μs)
						ABC	371.60190.80141.90	DEF	104.40120.70103.80	NM	64.3051.90

定位主站在故障发生后利用各变电站的初始行波到达时间根据图2所示电网故障行波定位方法程序流程图进行故障定位计算，具体计算过程如下：

定位主站判断故障线路：线路MN故障后，MN线两端的断路器动作，其余线路的断路器不动作，根据定位装置检测的断路器状态信号可判断出故障线路；线路故障后，故障线路两端的定位装置最先检测到故障行波，根据记录时间的先后顺序可判断出故障线路。如果断路器状态信号检测错误或行波到达时间记录错误，此时可结合行波到达各变电站的时间和各线路两端的断路器状态信号来进行故障线路的辨别。

剔除无效时间数据：根据本发明方法中剔除无效时间数据的方法可知，表1中的时间数据均为有效时间数据。

对所有具有有效时间数据的变电站设置权重，根据本发明方法中设置权重的方法可计算出各变电站的权重如表2。

表2

站名	权重	站名	权重	站名	权重
						ABC	1/21/21/3	DEF	1/21/31/2	NM	11

以故障线路(MN)的(M)端为参考端，对本侧有效行波时间数据和对侧有效行波时间数据分别按时间先后顺序排成两个数组I、J分别为：t_m、t_f、t_d、t_e、t_c和t_n、t_b、t_a，分别取两个数组中的数据按双端定位算法计算故障距离d_ij，将所有d_ij折算为故障点到故障线路一端变电站(M)的距离d_ij ^*，结果如表3所示。

表3

根据表3中的d_ij ^*和表2中各变电站的权重，利用本发明方法可计算出以故障线路(M)端为参考端的精确故障距离d_m为：

$d_m=\frac{\underset{j}{\mathrm{\Σ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(W_i+W_j)\·d_{\mathrm{ij}}^{*}}{\underset{j}{\mathrm{\Σ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(W_i+W_j)}=15.010\mathrm{km}$

利用本发明方法计算出故障点距离(M)站的精确故障距离为15.010km，误差为10m，定位准确度较高。

如果(M)和(N)站中某一台定位装置故障、启动失灵或时间记录错误后，则传统双端定位失败。此时按本发明方法仍可计算出故障距离，具体计算过程如下：

假定(N)站定位装置故障，则表1中(N)站的时间为0，根据本发明方法中剔除无效时间数据的方法可知(N)站的行波时间为无效时间，应当剔除，其余各站行波时间为有效时间。则(N)站不设置权重，其余各变电站的权重设置与表2相同。

以故障线路(MN)的(M)端为参考端，对本侧有效行波时间数据和对侧有效行波时间数据分别按时间先后顺序排成两个数组I、J分别为：t_m、t_f、t_d、t_e、t_c和t_b、t_a。分别取两个数组中的数据按双端定位算法计算故障距离，计算出的故障距离d_ij和折算故障距离d_ij ^*如表4所示。

表4

根据表4中的d_ij ^*和表2中各变电站的权重，利用本发明方法可计算出以故障线路M端为参考端的精确故障距离d_m为14.844km，误差为156m，仍具有较高的定位精确度。

从上述分析可以看出，本发明方法利用了整个输电网中各变电站记录的所有有效时间数据，因此这种定位方法可以在某一台定位装置故障、启动失灵或时间记录错误后仍能进行精确故障定位，完全解决了传统故障定位中可能出现的定位准确度低和定位失败的难题，使故障行波定位的可靠性和实用性大大提高。

Claims (4)

1.一种电网故障行波定位方法，包括如下步骤：

第一步、在电网中各变电站安装故障行波定位装置，并在电网中央控制室安装电网故障定位主站；

第二步、线路故障后定位装置记录故障产生的初始行波到达各变电站的时间和线路两端断路器状态，并将记录的数据信息传送给定位主站；

第三步、定位主站根据各变电站记录的故障行波到达时间和断路器状态判断故障线路，与故障行波最早到达的变电站相连且断路器跳闸的线路为故障线路；

第四步、定位主站剔除无效时间数据；

第五步、定位主站对故障线路两侧所有变电站所记录的有效行波时间数据分别按时间先后顺序排成两个数组I、J，分别从两数组中任取一元素t_i和t_j，计算故障点距故障线路一端变电站(M)的故障距离d_ij ^*；

第六步、定位主站根据故障线路对具有有效时间数据的变电站i和变电站j设置权重W_i和W_j，并对所有故障距离d_ij ^*按相应变电站的权重进行加权求和，计算出故障点到故障线路一端变电站(M)的精确故障距离d_m：

$d_m=\frac{\underset{j}{\mathrm{\Σ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(W_i+W_j)\·d_{\mathrm{ij}}^{*}}{\underset{j}{\mathrm{\Σ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(W_i+W_j)}.$

2.根据权利要求1所述的故障行波定位方法，第四步中剔除无效时间数据方法为：依次计算变电站i所记录的故障初始行波到达时间t_i与任一相邻变电站s所记录的故障初始行波到达时间t_s之差t_is：

t_is＝|t_i-t_s|t_is＝|t_i-t_s|

如果与变电站i相邻的所有Z_i个变电站中，满足：

t_isset+t_set＞t_is＞t_isset-t_set

的变电站个数大于则变电站i所记录的时间数据t_i是有效数据，否则是无效数据；其中t_isset为行波从变电站i传输到变电站s所需的时间，t_set为设定的时间误差裕量，取值范围为2～20μS。

3.根据权利要求1所述的故障行波定位方法，第五步中定位主站计算故障点距故障线路一端变电站(M)的故障距离d_ij ^*的方法为：从数组I、J中分别取元素t_i和t_j按下式计算故障点到变电站i的故障距离d_ij：

d_ij＝[(t_i-t_j)·v+L_ij]/2

式中，L_ij为变电站i经过故障线路到达变电站j的最短输电线路长度，v为行波在输电线路上的传输速度；若变电站i到故障线路一端变电站(M)的最短输电线路长度为L_im，将d_ij折算为故障点到变电站(M)的距离d_ij ^*：

$d_{\mathrm{ij}}^{*}=|d_{\mathrm{ij}}-L_{\mathrm{im}}|.$

4.根据权利要求1所述的电网故障行波定位方法，第六步中定位主站根据故障线路对具有有效时间数据的变电站设置权重的方法为：设定故障线路两端变电站的权重为1，其余各变电站按到故障线路最短路径中途径的变电站个数n，设置该变电站的权重为

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