CN101271141B - 基于行波时差的故障行波网络定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统领域，涉及一种基于行波时差的故障行波网络定位方法，本发明的方法是：在输电网的部分变电站安装行波波头检测装置获取行波突变信号，记录初始行波到达各变电站的准确时间和断路器状态，并将初始行波到达时间和断路器状态传送给定位计算机；定位计算机确定故障线路，并对所有初始行波到达时间进行有效初始行波到达时间的判别，然后利用所有有效初始行波到达时间进行故障定位。本发明方法通过在整个输电网的部分变电站安装行波波头检测装置来对所有线路进行可靠和准确定位，提高了故障行波定位的准确度、可靠性和经济性。

Description

基于行波时差的故障行波网络定位方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，涉及一种基于行波时差的故障行波网络定位方法。

背景技术

自1993年全球定位系统GPS技术全面民用化以来，其高精度时钟功能使故障行波定位技术取得了很大进展，并逐渐进入实用化阶段。长期以来，国内外学者研究了很多行波定位算法，也研制了行波定位装置，但一般基于单条输电线路进行单端或双端定位，当定位装置失灵或出现故障时，可靠性得不到保证，而且单台定位装置记录时间的误差也会使定位的准确度降低，基于单条线路的故障定位已经无法满足电网运行的要求。随着电力系统通信技术的发展，构建故障行波定位网络，研究基于整个电网的行波定位算法便成为行波定位面临的一个重要课题。如果全网所有变电站都安装行波波头检测装置，用整个电网的初始行波到达时间来进行故障定位，则整个定位网络的冗余度最大，网络的容错性能最高，但由于目前行波波头检测装置价格昂贵，且现代电力系统的规模很大，这样做会增加系统的一次性投资，所有变电站都安装行波定位装置不仅不经济而且也没必要。因此，深入研究基于行波时差的故障行波网络定位方法，不仅是必要的，而且具备实现的可能性。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种基于行波时差的故障行波网络定位方法。

它包括以下步骤：

第一步、在整个输电网中的部分变电站安装行波波头检测装置，安装原则为：

(1)邻接变电站数为1的变电站必须安装行波波头检测装置；

(2)邻接变电站数为2的变电站无需安装行波波头检测装置；

(3)若某变电站与邻接变电站数为1的变电站相邻，且该变电站的邻接变电站数大于2，则该变电站必须安装行波波头检测装置；

(4)邻接变电站数大于3的变电站可安装行波波头检测装置；

(5)若某变电站除邻接变电站数为2的变电站外其余变电站均安装了行波波头检测装置，则该变电站无需安装行波波头检测装置，否则可安装行波波头检测装置；

(6)长线路两端变电站可安装行波波头检测装置。

第二步、行波波头检测装置获取行波突变信号，记录初始行波到达各变电站的准确时间和断路器状态，并将初始行波到达时间和断路器状态传送给定位计算机。

第三步、定位计算机确定故障线路，并对所有初始行波到达时间进行有效初始行波到达时间的判别：

(1)确定故障线路：与初始行波到达时间最早到达的变电站相连且断路器跳闸的线路为故障线路；

(2)有效初始行波到达时间的判别：依次计算变电站(C)的初始行波到达时间t_C与任一相邻变电站(D)的初始行波到达时间t_d之差t_cd：

                     t_cd＝|t_c-t_d|

如果与变电站(C)相邻的所有Z_c变电站中，满足：

则变电站(C)的初始行波到达时间t_c是有效初始行波到达时间，式中l_cd为变电站(C)与变电站(D)之间的输电线路长度，v为行波在输电线路上的传输速度，τ为设定的时间误差裕量，取值范围为0～2μS；若满足上式的变电站个数小于

但t_d是有效初始行波到达时间时，若公式 $|t_{\mathrm{cd}}-\frac{l_{\mathrm{cd}}}{v}|<\mathrm{\&tau;}$ 成立，则t_c也是有效初始行波到达时间；否则t_c是无效初始行波到达时间。

第四步、定位计算机以故障线路一端为参考端，将本侧所有有效初始行波到达时间和对侧所有有效初始行波到达时间排成两个数组，分别从两数组中任取一初始行波到达时间t_i和t_j，按双端行波故障定位算法计算故障点到变电站(I)的故障距离d_ij：

[0020]d_ij＝[(t_i-t_j)·v+L_ij]/2

[0021]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。

设变电站(I)到故障线路一端变电站(C)的最短输电线路长度为L_ic，将d_ij折算为故障点到变电站(C)的故障距离

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

第五步、定位计算机对故障距离设置权重R_ij，设有效初始行波到达时间t_i和t_j所在变电站I、J之间经过故障线路的最短路径中变电站的个数为n，且变电站的个数n包括变电站I、J，则故障距离

的权重R_ij为

对所有故障距离按相应权重进行加权求和，计算故障点到故障线路一端变电站(C)的故障距离d_c：

$d_c=\frac{\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}(R_{\mathrm{ij}}\&CenterDot;d_{\mathrm{ij}}^{*})}{\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}{R}_{\mathrm{ij}}}$

本发明的技术效果在于：本发明不必在所有变电站全部安装行波波头检测装置，而且通过利用整个输电网中所有有效初始行波到达时间来进行故障定位计算，可以消除部分行波波头检测装置故障、启动失灵或时间记录错误对定位结果的影响，并可节约成本，提高故障行波定位的准确度、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。

具体实施方式

本发明从整个输电网的角度提出了一种基于行波时差的故障行波网络定位方法。

首先根据安装原则在输电网中的部分变电站安装行波波头检测装置。参见图1，图1为实施本发明的仿真电网模型，整个输电网中共有11个变电站，根据本发明的安装原则，该电网中行波波头检测装置的安装分析如下：

(1)变电站(A)、(F)是终端变，其邻接变电站数均为1，根据安装原则(1)可知变电站(A)、(F)必须安装行波波头检测装置；

(2)变电站(B)、(E)与邻接变电站数为1的变电站相邻，且两变电站的邻接变电站数大于2，根据安装原则(3)可知变电站(B)、(E)必须安装行波波头检测装置；

(3)变电站(C)、(K)、(G)的邻接变电站数为2，根据安装原则(2)可知变电站(C)、(K)、(G)无需安装行波波头检测装置；

(4)与变电站(I)相邻的变电站数为4，根据安装原则(4)可知该变电站可安装故障行波波头检测装置；

(5)根据安装原则(5)可知变电站(D)、(J)、(H)可不安装行波波头检测装置。

由以上安装分析过程得出安装方案为：变电站(A)、(B)、(E、(F)、(I)需安装行波波头检测装置。

其次在线路故障后进行故障行波网络定位，当(CD)线距(C)站5km处故障后，会产生在整个输电网中传播的行波信号，这时输电网中各行波波头检测装置均可检测到行波信号并记录初始行波到达时间，见表1。

                           表1

行波波头检测装置将初始行波到达时间和断路器状态信号发送到定位计算机，由定位计算机进行有效初始行波到达时间的判别，并根据所有有效初始行波到达时间来进行故障定位。具体过程如下：

(1)定位计算机判断故障线路：故障线路可根据各变电站的初始行波到达时间和各线路两端的断路器状态信号来进行辨别。线路(CD)故障后，(CD)线两端的断路器跳闸，其余线路的断路器不动作，根据行波波头检测装置检测的断路器状态信号可判断出故障线路。

(2)有效初始行波到达时间的判别：按本发明有效初始行波到达时间的判别方法可知，表1中所有初始行波到达时间都是有效的。

(3)计算故障距离d_ij ^*：以故障线路(CD)的(C)端为参考端，对本侧有效初始行波到达时间和对侧有效初始行波到达时间排成两个数组X[C]、Y[D]：t_A、t_B、t₁和t_E、t_F，分别取两个数组中的初始行波到达时间按双端行波定位算法计算故障距离d_ij，并将故障距离d_ij折算为故障点到故障线路端变电站(C)的距离d_ij ^*，结果如表2所示。

表2

(4)为所有故障距离

设置权重R_ij：根据本发明方法中设置权重的方法可计算出各故障距离的权重如表3：

表3

(5)根据表2中的

和表3中各故障距离的权重，可计算出故障点到变电站(C)的故障距离d_c为：

$d_c=\frac{\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}(R_{\mathrm{ij}}\&CenterDot;d_{\mathrm{ij}}^{*})}{\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}{R}_{\mathrm{ij}}}=5.017\mathrm{km}$

利用本发明方法计算出故障点到变电站(C)的故障距离为5.017km，误差为17m，定位准确度较高。

由上面分析过程可知：基于行波时差的故障行波网络定位方法在使用较少的行波波头检测装置的情况下能对输电网中所有输电线路进行可靠、准确的故障定位。

Claims (2)

1.一种基于行波时差的故障行波网络定位方法，包括如下步骤：

第一步、在整个输电网中的部分变电站安装行波波头检测装置，行波波头检测装置的安装原则如下：

(1)邻接变电站数为1的变电站必须安装行波波头检测装置；

(2)邻接变电站数为2的变电站无需安装行波波头检测装置；

(3)若某变电站与邻接变电站数为1的变电站相邻，且该变电站的邻接变电站数大于2，则该变电站必须安装行波波头检测装置；

(4)邻接变电站数大于3的变电站可安装行波波头检测装置；

(5)若某变电站除邻接变电站数为2的变电站外其余变电站均安装了行波波头检测装置，则该变电站无需安装行波波头检测装置，否则可安装行波波头检测装置；

第二步、行波波头检测装置获取行波突变信号，记录初始行波到达各变电站的准确时间和断路器状态，并将初始行波到达时间和断路器状态传送给定位计算机；

第三步、定位计算机确定故障线路，并对所有初始行波到达时间进行有效初始行波到达时间的判别；

第四步、定位计算机以故障线路一端为参考端，将本侧所有有效初始行波到达时间和对侧所有有效初始行波到达时间排成两个数组，分别从两数组中任取一初始行波到达时间t_i和t_j，按经过故障线路的最短路径计算故障点到故障线路一端变电站(C)的故障距离

第五步、定位计算机对故障距离

设置权重R_ij，并对所有故障距离

按相应权重进行加权求和，计算故障点到故障线路一端变电站(C)的故障距离d_c：

$d_c=\frac{\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}(R_{\mathrm{ij}}\&CenterDot;d_{\mathrm{ij}}^{*})}{\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}{R}_{\mathrm{ij}}}.$

2.根据权利要求1所述基于行波时差的故障行波网络定位方法，第五步中对故障距离设置权重R_ij的方法为：设有效初始行波到达时间t_i和t_j所在变电站I、J之间经过故障线路的最短路径中变电站的个数为n，且变电站的个数n包括变电站I、J，则故障距离

的权重R_ij为

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