CN101231323A - 分布式高精度输电线路行波定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分布式高精度输电线路行波定位系统的使用方法，该方法是由现场检测装置先接收输电线路导线中传播的工频故障电流，对工频故障电流进行模数转换成数字波形信号，然后将数字波形信号上传到上位机，再由上位机上安装的管理系统通过计算来确定故障点精确位置。该方法使得行波定位误差大大减小，定位精度高。

Description

分布式高精度输电线路行波定位系统

技术领域

本发明涉及电力系统故障定位领域，特别是涉及输电线路行波定位领域。

背景技术

随着电力系统规模的扩大，高压输电线路日益增多。高压输电线路所穿越地区的地形复杂，气候条件恶劣，故障发生后故障点的查找极为困难。为了在线路出现故障后快速、准确地定位，及时修复线路和快速恢复供电，长期以来，国内外学者研究了许多故障定位原理和算法，并且研制了不少故障定位装置。其中许多故障定位算法在理论上具有较高的定位精度，但受故障行波波速的不确定，输电线路受弧垂影响导致其长度的不确定，线路参数的变化，以及测距装置本身等因素的影响，故障定位结果一直难以满足现场运行的要求。当前有些研究者在传统行波测距体系下提出了一些新的算法来消除弧垂、波速的影响，这些算法一般是采取综合利用变电站母线反射波信息和故障闪络点处形成的反射波信息，来消除地形、弧垂以及波速的影响。由于变电站和故障点闪络处反射波的复杂性，使得这些研究更趋于理论性，而缺乏实用性。因此有必要研究一种能够有效消除上述因素影响的行波定位系统。

具体而言，在测距装置满足设计要求的情况下，以下因素对故障定位精度有着明显影响：

1)地形及弧垂。由于线路所历经的地形和弧垂影响，使得杆塔经纬度位置所描述的线路长度与导线的实际长度存在较大误差，一般在5％以上。这使得按照普通行波测距定位所确定的故障位置与实际情况有较大偏差。对于一条60公里的220KV线路，5％意味着3公里的误差。考虑到故障两侧的地形可以相互抵消，按照理论误差的1/3的考虑也有1公里的误差，这对于精确的故障定位是难以接受的。

2)波速所造成的误差。根据理论分析，行波波速 $v=1/\sqrt{\mathrm{LC}}$ ，其中v为波速，L、C分别为线路单位长度的电感和电容。由于线路结构和地形的变化，L、C会有所不同，因此波速会在一定范围内变化。根据目前的研究，故障行波波速一般会在0.936～0.987倍的光速范围内变化，变化范围宽度达5％的光速。设定测距时波速误差为0.02倍的光速，行波传递到两端的时差为100微秒，则会导致约600米的误差。

3)干扰信号造成的误差。感应雷行波信号、雷击非跳闸行波信号等都会造成较强的行波干扰，使故障定位出现巨大的偏差。

发明专利申请“输电线路雷击跳闸事故性质识别系统”(专利申请号200710052910.4)提供了一种能够准确判断输电线路雷击跳闸事故类型的系统(见图1)，利用该系统，可以将输电线路划分为若干小区间实施故障定位，这样就有可能减小以上因素对输电线路故障行波定位造成的误差影响，实现高精度定位。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种分布式高精度输电线路行波定位系统的使用方法，该方法使得行波定位误差大大减小，定位精度高。

本发明所采用的技术方案是：由现场检测装置先接收输电线路导线中传播的工频故障电流，对工频故障电流进行模数转换成数字波形信号，然后将数字波形信号上传到上位机，再由上位机上安装的管理系统通过计算来确定故障点精确位置。

管理系统的计算方法为，先利用工频故障电流方向确定故障所在的区间，然后利用该区间两端的现场检测装置检测工频故障电流的通过时刻和行波波速，根据该时刻和行波波速计算精确的故障点位置。

本发明的有益效果：

1)直接在线路上测故障行波，实现了行波波速在线测量，减小行波波速对定位精度的影响；

2)系统先根据现场检测装置检测工频故障电流将故障位置进行区间定位，然后利用该区间两侧的检测装置检测到的故障行波信号，进一步计算精确的故障点，因此行波定位的故障区间的长度是原来的1/(1+n)，其中n为线路安装的分布式行波定位系统的现场检测装置个数，使这种定位方法的故障定位误差是原来行波定位系统误差的1/(1+n)。

附图说明

图1是分布式高精度输电线路行波定位系统的结构示意图。

图2是本发明的定位原理图。

具体实施方式

发明专利申请“输电线路雷击跳闸事故性质识别系统”(专利申请号200710052910.4)提供的分布式高精度输电线路行波定位系统见图1，其包括现场监测装置和上位机。具体而言，变电站之间安有现场监测装置A1、A2…Ai…An，其中1≤i≤n，i和n均为自然数。现场监测装置包括电源单元、电流传感器单元、数据采集与处理单元以及通信单元，电流传感器单元、数据采集与处理单元、通信单元均与电源单元相连，电流传感器单元的输出端接至数据采集与处理单元的输入端，数据采集与处理单元的输出端接至通信单元的输入端。现场监测装置通过无线通信技术，例如GPRS与上位机建立通信连接。上位机安装于相关管理办公室，上位机上安有管理系统。管理部门可通过局域网在WEB客户端上查询上位机管理系统的相关雷电故障信息。

目前使用的故障定位技术受行波波速的不确定、输电线路受弧垂影响导致的长度不确定、线路参数的变化等因素的影响，使得定位精度不够高。本系统提出了分布式故障检测及定位的新思想，实现了将输电线路划分为若干小区间实施故障定位，能够减小以上因素造成的误差影响，实现高精度定位。

在此定位系统上的定位方法原理见图2。现场监测装置将导线分为很多区间，由现场检测装置先接收输电线路导线中传播的工频故障电流，对工频故障电流进行模数转换成数字波形信号，然后将数字波形信号上传到上位机，上位机先利用工频故障电流方向确定故障所在的区间，然后利用该区间两端的现场检测装置检测故障行波信号的通过时刻和行波波速，根据该时刻和行波波速计算精确的故障点位置。

确定故障所在区间的方法为，找到工频故障电流相位开始反向的两个区间(导线ab段和cd段)，这两个区间之间所夹区间(导线bc段)即为故障所在区间。

计算精确的故障点(e)位置的方法为，以故障所在区间两端的任一个现场监测装置(如以现场监测装置c)为观测点，故障点e跟观测点c之间的距离L_ec＝[v(t_c-t_b)+L]/2，其中v为故障所在区间行波波速，t_c为上位机第一次收到工频故障电流通过观测点c的信号的时刻，t_b为上位机第一次收到工频故障电流通过故障所在区间除观测点外另一个现场监测装置b的信号的时刻，L为故障所在区间的导线长度。

计算出故障点e的导线位置后按照故障点e跟观测点c之间的距离L_ec去定位故障的空间位置，其定位的误差Δd＝L_ec-L_ecz，其中L_ecz表示在地图上ec段杆塔直线距离(受地形及弧垂影响)。使用分区段行波定位，使得定位的区间变小，从而使由于地形和弧垂引起的误差呈比例缩小。

实施例：某地区电力公司变电站甲和变电站乙之间有一条长50公里的220kv输电线路，该线路的故障跳闸事故较多，安装了一套分布式高精度输电线路行波定位系统以提高故障定位精度。

变电站甲和变电站乙之间有四个现场监测装置，这些现场监测装置分别为离变电站甲10公里处、20公里处、30公里处和40公里处的a、b、c和d，这些现场检测装置将变电站甲和变电站乙之间导线划分为5个区间。导线bc段的e点上发生了故障。由现场监测装置先接收输电线路导线中传播的工频故障电流，对工频故障电流进行模数转换成数字波形信号，然后将数字波形信号上传到上位机。上位机检测到导线ab段和cd段的工频故障电流相位开始反向，则ab段和cd段之间所夹区间bc段即为故障所在区间。以故障所在区间bc端两端的任一个现场检测装置(b或c)为观测点，例如以现场监测装置c为观测点，故障所在区间行波波速为v。设相对于上位机，t₀时刻故障产生。t_b时刻上位机第一次收到工频故障电流通过现场监测装置b的信号，t_c时刻上位机第一次收到工频故障电流通过现场检测装置c的信号，L为bc段导线的长度(受地形及弧垂影响大)，则be段导线的长度L_be＝v(t_b-t₀)，ec段导线的长度L_ec＝v(t_c-t₀)，be段和ec段导线的长度差值

ΔL＝L_be-L_ec＝v(t_b-t_c)    (1)，

又有L_be+L_ec＝L            (2)。

联立式(1)和式(2)，即可算得故障点e距离观测点c的距离L_ec＝[v(t_c-t_b)+L]/2.

该系统主要功能性能指标如下：

故障区间识别准确率≥99％，

故障定位误差≤180米。

本项目的实施，将使输电线路故障定位精度进入新的高度，为电力部门及时发现修复电力线路故障点、减少停电损失创造了条件，对提高我国电网安全可靠性与管理维护水平有着十分重要的意义。

Claims (4)

1.一种分布式高精度输电线路行波定位系统，其特征是：使用方法为，由现场检测装置先接收输电线路导线中传播的工频故障电流，对工频故障电流进行模数转换成数字波形信号，然后将数字波形信号上传到上位机，再由上位机上安装的管理系统通过计算来确定故障点精确位置。

2.如权利要求1所述的一种分布式高精度输电线路行波定位系统，其特征是：管理系统的计算方法为，先利用工频故障电流方向确定故障所在的区间，然后利用该区间两端的现场检测装置检测工频故障电流的通过时刻和行波波速，根据该时刻和行波波速计算精确的故障点位置。

3.如权利要求2所述的分布式高精度输电线路行波定位系统，其特征是：确定故障所在区间的方法为，找到工频故障电流相位开始反向的两个区间，这两个区间之间所夹区间即为故障所在区间。

4.如权利要求2或3所述的分布式高精度输电线路行波定位系统，其特征是：计算精确的故障点(e)位置的方法为，以故障所在区间两端的任一个现场监测装置为观测点(c)，故障点(e)跟观测点(c)之间的距离L_ec＝[v(t_c-t_b)+L]/2，其中v为故障所在区间行波波速，t_c为上位机第一次收到工频故障电流通过观测点(c)的信号的时刻，t_b为上位机第一次收到工频故障电流通过故障所在区间除观测点外另一个现场监测装置(b)的信号的时刻，L为故障所在区间的导线长度。

Images