CN102288869A - 一种输电线路单端行波故障测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于初始反极性方向行波检测的单端故障测距方法，可有效实现单端行波故障测距，并且具有较高的可靠性和准确性。它的步骤为：(1)行波故障测距装置启动后检测故障初始行波线模分量到达时刻t₁，并提取其后[0，2L/v]时间区间内的行波信号，其中L为线路长度，v为线模分量的波速度。(2)检测该时间区间内的初始反极性方向行波，计算初始反极性方向行波线模分量到达时刻与故障初始行波线模分量到达时刻的时间差，对照曲线图3确定故障为近端故障或远端故障，由此确定故障点所处区段。(3)利用所确定故障区段判别第二个到达波头的性质。(4)利用故障初始行波和第二个行波波头确定最终测距结果。

Description

一种输电线路单端行波故障测距方法

技术领域

本发明涉及一种基于初始反极性方向行波检测的输电线路单端行波故障测距方法，适用于电力系统输电线路故障点的定位。

背景技术

准确快速的故障测距可有效帮助修复高压输电线路，保证可靠供电，最大程度降低线路故障对整个电力系统造成的威胁。行波故障测距是目前实现输电线路故障定位的有效方法，并在现场具有较为广泛的应用，其中单端行波故障测距投资成本低，不需要GPS系统和双端通信，并且不受双端硬件系统启动不同步及时间不一致等因素的影响，但同时也存在波形识别相对困难的问题。

单端行波法一般利用行波信号前两个波头实现测距，目前有许多相关文献对单端行波故障测距展开了研究[1.Tamer Kawady，Jürgen Stenzel.A Practical FaultLocation Approach for Double Circuit Transmission Lines Using Single End Data.IEEETrans on Power Delivery，Vol.18，No.4：1166-1173，2003；2.Darren Spoor，Jian GuoZhu.Improved Single-Ended Traveling-Wave Fault-Location Algorithm Based onExperience With Conventional Substation Transducers.Trans on Power Delivery，Vol.21，No.3：1714-1720，2006；3.覃剑，彭莉萍，王和春.基于小波变换技术的输电线路单端行波故障测距[J].电力系统自动化，；4.陈锦根，徐青山，唐国庆.计及线路不平衡时线模解耦不完全误差的行波单端测距新方法[J].电力自动化设备，2006，26(9)：54-57；5.覃剑，葛维春，邱金辉等。输电线路单端行波测距法和双端行波测距法的比较[J]电力系统自动化，2006，30(6)：92-95；6.徐青山，陈锦根，唐国庆.考虑母线分布电容影响的单端行波测距法[J].电力系统自动化，2007，31(2)：70-73；7.徐丙垠，李京，陈平等.现代行波测距技术及其应用[J].电力系统自动化，2001，25(23)：62-65；8.施慎行，董新洲，周双喜.单相接地故障下第2个反向行波识别的新方法[J].电力系统自动化，2006，30(1)：41-44；9.Xu Qingshan，L.L.LA，Chen Jingen，et al.Novel and Comprehensive Counterm easures for Single Terminal Faul t Location of TransmissionLines[J].Automation ofElectric Power Systems，2006，30(15)：21-25；10.卢继平，黎颖，李健，等.行波法与阻抗法结合的综合单端故障测距新方法[J].电力系统自动化，2007，31(23)：65-69]。但单端行波测距在某些情况下因无法确定第二个波头的性质，从而无法有效判断故障点所处线路的区段及故障点的准确位置。单端法的关键在于如何识别第二个波头的性质。文献[6徐青山，陈锦根，唐国庆.考虑母线分布电容影响的单端行波测距法[J].电力系统自动化，2007，31(2)：70-73]对母线分布电容处电压行波的折反射特征进行了分析，利用电压行波在分布电容处初始反射波极性提出了相应的波形识别方法，但该初始反射波在现场能否精确测量将是该方法可否成功应用的关键。文献[7徐丙垠，李京，陈平等.现代行波测距技术及其应用[J].电力系统自动化，2001，25(23)：62-6]利用极性识别的方法判断第二个行波波头的性质，但该极性关系的成立与母线类型有直接关系，受到现场母线类型的限制；文献[8施慎行，董新洲，周双喜.单相接地故障下第2个反向行波识别的新方法[J].电力系统自动化，2006，30(1)：41-44；9Xu Qingshan，L.L.LA，Chen Jingen，et al.Novel and Comprehensive Counterm easures for Single Terminal Faul t Location of TransmissionLines[J].Automation ofElectric Power Systems，2006，30(15)：21-25]利用模量的折反射情况提出了相应的识别方法，文献[8施慎行，董新洲，周双喜.单相接地故障下第2个反向行波识别的新方法[J].电力系统自动化，2006，30(1)：41-44]对故障点处模量的交叉透射进行了深入分析，提出了利用交叉透射行波的反射波识别方法；文献[9Xu Qingshan，L.L.LA，Chen Jingen，et al.Novel and Comprehensive Counterm easures for Single Terminal Faul t Location of TransmissionLines[J].Automation ofElectric Power Systems，2006，30(15)：21-25]则利用各模量波速不同判定故障点所属输电线路区段和第二个波头性质。零模分量的出现与故障类型有关，利用模量的各类方法中在非接地故障时则不再成立，同时零模分量在传播过程中衰减最为严重，利用零模分量的判断方法其可靠性可能会偏低。另外，为判断故障点所属输电线路区段，有文献引入了工频电气量的测距结果，依此确定大体故障区段，进而结合单端行波信号确定故障点的位置。该方法具有一定的应用价值，但如何将两类测距结果集中到同一数据平台则可能会受到现场条件的限制[10卢继平，黎颖，李健，等.行波法与阻抗法结合的综合单端故障测距新方法[J].电力系统自动化，2007，31(23)：65-69]。

故障初始行波到达测量端后，后续行波折反射过程将非常复杂，上述各类方法中均未实现各种情况下第二个波头性质的可靠有效识别。本发明认识到初始的故障行波波头最容易识别并且其检测具有最高的可靠性，在各类行波测距方法中，初始故障行波的检测具有重要的意义。分析指出，在单端行波信号中，初始反极性故障行波也同样具有较强的使用价值，并最终提出了一种基于初始反极性方向行波检测的单端行波故障测距方法。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述问题，在对单端电流行波折反射特征进行充分理论分析的基础上，将初始反极性方向行波的检测引入到单端测距中，提供了一种基于初始反极性方向行波检测的输电线路单端行波故障测距方法。初始反极性故障行波波头与初始故障行波波形差异最大，容易可靠识别，同时反极性波头出现次数相对较少，其检测过程中所受干扰相对较少，初始反极性方向行波波头在各类反极性波头中具有最高的奇异性。同时研究也指出，反极性行波的出现与母线类型和故障点位置有关，通过判断初始反极性方向行波的出现时刻并结合线路母线结构类型可有效判断故障点所属输电线路区段和第二个波头的性质，并确定故障点的精确位置。它利用初始反极性方向行波有效的解决了常规单端测距算法中第二个行波波头性质不易判定的问题，并依据所判断结果实现单端故障测距。仿真验证表明，该方法可有效实现单端故障测距，并且具有较高的可靠性和准确性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种输电线路单端行波故障测距方法，基于初始反极性方向行波检测，通过初始反极性方向行波的特征分析，辨识其波头出现的时刻，确定故障点在输电线路的所属区段及第二个波头的性质，并进一步实现单端故障测距；它的步骤为：

(1)输电线路发生故障时，行波故障测距装置启动后采集行波信号并存储，检测故障初始行波线模分量到达时刻t₁；

(2)提取t₁时刻后[0，2L/v]时间区间内的行波信号，检测该时间区间内的初始反极性方向行波；其中，L为线路长度，v为线模分量的波速度；

(3)检测上述时间区间内的初始反极性方向行波，并确定该初始反极性方向行波线模分量到达时刻t_rev，计算Δt＝t_rev-t₁；结合Δt数值大小可确定故障点在线路的所属区段，即该故障为近端故障(故障点位于线路中点和测量端本端之间)或远端故障(故障点位于线路中点和测量端远端之间)；

(4)根据所得到故障点所处区段范围，判断第二波头的性质。根据故障初始行波和第二个波头，分别由式(6)或(7)得到最终测距结果，其中t₂为第二个波头线模分量到达测量端的时刻。

L_MF＝(t₂-t₁)v/2            (6)

或L_MF＝L-(t₂-t₁)v/2        (7)。

所述步骤(3)中，故障初始行波与初始反极性方向行波线模分量到达母线测量端的时间差Δt与故障距离L_MF满足分段线性函数关系，如图3所示。利用该函数关系结合式(5)可判断故障点在线路的所属区段及初始反极性方向行波性质。

所述步骤(4)中，利用初始反极性方向行波获得故障点所处线路区段后，若为近端故障，则第二个波头为故障点反射波；若为远端故障，则为对端母线反射波。由此判断第二个到达测量端的波头为故障点反射波或对端母线反射波。

本发明的有益效果是：

(1)初始反极性方向行波与初始故障行波波形差异较大，特征明显，且初始反极性方向行波奇异性较强，受其它反极性行波干扰较少，有利于实现可靠检测。基于其上述特征，本发明提出了利用初始反极性方向行波的单端测距方法。

(2)初始反极性波头的出现与故障点的位置以及行波在对端母线处反射的次数有直接的关系。通过分析总结其特征规律，可利用所检测到的初始反极性方向行波有效确定故障点所处线路区段。

(3)利用初始反极性方向行波解决了常规单端行波测距中第二个波头性质不易判定的问题。结合该方法可有效确定第二个行波波头性质，并可确定最后故障点的位置。仿真验证结果表明，本发明所提供方法可有效提高单端行波故障测距的可靠性和有效性，具有一定的实际应用价值。

附图说明

图1为主要折反射行波示意图；

图2为远端故障主要折反射行波示意图；

图3为时间差Δt与故障点位置L_MF关系示意图；

图4为本发明流程图；

图5输电线路仿真示意图；

图6为30km处故障时数据处理结果；

图7为70km处故障时数据处理结果；

图8为90km处故障时数据处理结果；

图9为140km处故障时数据处理结果；

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

本发明的工作原理为：

1.1不同母线类型的波形识别方式

行波故障测距过程中，电流行波的折反射特征与故障线路两端的母线类型有较大的关系。从考虑行波折反射的角度，输电线路母线类型可分为以下三类：

(1)仅有一条出线，并带有升压或降压变压器

(2)母线共有两条出线，有无变压器不限

(3)除故障线路外，母线至少还有其它两条出线，有无变压器不限

电流行波在波阻抗不连续处将发生折反射，其折反射系数分别为：

α＝(Z₁-Z₂)/(Z₁+Z₂)β＝2Z₁/(Z₁+Z₂)(1)

其中α，β分别为电流行波的反射系数、折射系数；Z₁，Z₂分别为行波折反射前后所处线路的波阻抗[11.葛耀中.新型继电保护和故障测距的原理与技术(第二版).西安：西安交通大学出版社，2007]。

基于电流行波的单端测距与母线类型有直接的关系。当测量端本端为第一类母线时，由于反射系数接近-1，入射波与反射波的叠加将使实测电流行波非常微弱，甚至不会出现行波过程，使得测距可能无法有效实现，这也是基于电流行波实现故障测距的原理性缺陷；测量端本端为第二类母线时，由于测量端本端不会发生反射，因此第二个行波波头必为对端母线反射波；当测量端本端为第三类母线时，若对端为三类母线(三三类母线结构)，则故障初始行波与后续反射波存在固定的极性关系[1.Tamer Kawady，Jürgen Stenzel.A Practical FaultLocation Approach for Double Circuit Transmission Lines Using Single End Data.IEEETrans on Power Delivery，Vol.18，No.4：1166-1173，2003；2.Darren Spoor，Jian GuoZhu.Improved Single-Ended Traveling-Wave Fault-Location Algorithm Based onExperience With Conventional Substation Transducers.Trans on Power Delivery，Vol.21，No.3：1714-1720，2006]，且初始反极性波头具有固定属性，可利用该极性关系和该固定属性判断反射波类型，而当对端为二类母线时，则后续反射波必为本端测量端反射波，当对端为一类母线时(三一类母线结构)，将面临单端电流行波测距过程中较难解决的问题，也是目前各类单端行波故障测距的研究中尚未效解决的问题。

经上述分析可得，在可有效实现单端行波测距的母线类型中，当其一测量端为二类母线时，电流行波折反射波特征明显，可结合母线结构类型判断第二个波头属性；当测量端本端为三类母线时，并考虑到实际电力系统中三类母线居多，单端行波测距算法的研究将具有普遍性和代表性，尤其对于三一类母线，构造通用可靠的波形识别算法具有重要意义。

1.2行波折反射过程分析

单端行波信号中包含相当复杂的折反射过程，从考虑初始反极性行波检测的角度，故障初始行波到达本端测量端后，主要包含如下四类折反射行波：

(1)故障点和本端测量端之间不断往返的行波

(2)对端测量端与故障点之间不断往返的行波

(3)1类行波经故障点透射后在经对端测量端反射回的行波

(4)2类行波经故障点透射回本端测量端后经故障点再次反射回的行波

设输电线路F点处在t₀时刻发生故障，如图1所示，可得到本端测量端所检测到的主要反向行波可表达为：

$i\left(t\right)=\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_M^{k-1}{\mathrm{\α}}_F^{k-1}{i}_0[t-t_0-(2^k-1)t_{\mathrm{MF}}]+\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_N^k{\mathrm{\β}}_F{\mathrm{\α}}_F^{k-1}[-i_0(t-t_0-2^k{t}_{\mathrm{NF}}-t_{\mathrm{MF}})]+$

$\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_M^k{{\mathrm{\β}}_F^2{\mathrm{\α}}_N\mathrm{\α}}_F^{k-1}{i}_0[t-t_0-(2^{k+1}-1)t_{\mathrm{MF}}-2t_{\mathrm{NF}}]+\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_N^k{\mathrm{\β}}_F{\mathrm{\α}}_F^k{\mathrm{\α}}_M[-i_0(t-t_0-2^k{t}_{\mathrm{NF}}-{3t}_{\mathrm{MF}})]---\left(2\right)$

式中i₀为故障初始行波，k、p为正实数，t_MF、t_NF为行波在线路MF和NF段传播所需时间，α_M、α_N、α_F分别为电流行波在本端测量端、对端测量端和故障点处的反射系数，β_F为电流行波在故障点处的折射系数。图1所示母线类型结构中，α_M、α_F、β_F均为正数，一类母线处电流行波将发生负的全反射，α_N≈-1。由此式(2)可简化为：

$i\left(t\right)=c_1\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{i}_0[t-t_0-(2^k-1)t_{\mathrm{MF}}]+c_2\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^{k+1}{i}_0(t-t_0-2^k{t}_{\mathrm{NF}}-t_{\mathrm{MF}})]+$

$c_3\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^k{i}_0[t-t_0-(2^{k+1}-1)t_{\mathrm{MF}}-2t_{\mathrm{NF}}]+$

$c_4\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^{k+1}{i}_0(t-t_0-2^k{t}_{\mathrm{NF}}-3t_{\mathrm{MF}})---\left(3\right)$

该式中k为行波在对端母线处反射的次数，c₁，c₂，c₃，c₄均为正数。由式(3)可提取到初始反极性反向行波与k，时间t之间的函数表达式：

$i\_\left(t\right)=c_2{(-1)}^{k_1+1}{i}_0(t-t_0-2^{k_1}{t}_{\mathrm{NF}}-t_{\mathrm{MF}})+c_3{(-1)}^{k_2}{i}_0[t-t_0-(2^{k_2+1}-1)t_{\mathrm{MF}}-2t_{\mathrm{NF}}]+$

$c_4{(-1)}^{k_3+1}{i}_0(t-t_0-2^{k_3}{t}_{\mathrm{NF}}-3t_{\mathrm{Mf}})---\left(4\right)$

由式(4)可得各类行波的反极性波头的出现均与参数k有关，而各类行波中最先出现的反极性波头即为初始反极性波头。考虑到行波传播到达测量端本端的时序性与故障位置有直接关系，可得如下结论，初始反极性波头的出现取决于故障点的位置以及行波在对端母线处反射的次数。

1.3初始反极性方向行波的特征

根据式(3)可以看出，一类行波中各主要反向行波波头均与初始行波同极性，二、四类行波波头中其初始行波均与故障初始行波同极性，随后随k的递增交替出现同极性和反极性波头，三类行波波头中将首先出现反极性波头，后续波头出现极性交替。由此可见，在故障初始行波到达测量端本端后，同极性波头出现次数要多于反极性波头，尤其近端故障时同极性波头要远多于反极性波头。因此，相比同极性波头，反极性波头的检测所受干扰要少，尤其对于初始反极性波头，其奇异性和幅值相对较高，保证了检测过程中的较高抗干扰性。同时，初始反极性波头与初始故障行波波头相比，其波形差异较大，波头性质的辨识相对容易实现，有助于对波形进行自动处理和直观分析。

方向行波分为正向行波和反向行波。反向行波可有效去除相邻健康线路对端母线反射波的影响。故障线路的行波传播至测量端本端时，将伴随产生反向行波和正向行波，而相邻健康线路对端的反射波在本端测量端处将只产生正向行波，而无伴随反向行波的产生。因此，采用反极性反向行波波头进行分析可有效去除相邻线路反射波的干扰，进一步保证了初始反极性波头检测的可靠性。

1.4初始反极性行波的出现条件

根据式(4)可得出，初始反极性反向行波可能为二类行波中经对端母线两次反射后的波头、三类行波中经对端母线一次反射后的波头或四类行波中经对端母线两次反射后的波头，初始反极性波头可表示为：

i_(t)＝-c₂i₀(t-t₀-4t_NF-t_MF)-c₃i₀(t-t₀-3t_MF-2t_NF)-c₄i₀-t₀-4t_NF-3t_MF)(5)

考虑到上式中反极性波头出现具有时序性，而该时序性与故障点的位置有直接关系，因此进一步对不同故障区段的情况进行分析。

(1)近端故障发生时，如图1所示，式(5)中满足3t_MF+2t_NF＜4t_NF+t_MF＜4t_NF+3t_MF，表明三类行波中经对端母线一次反射后的波头首先到达本端测量端。由此可得，近端故障时初始反极性行波属于三类行波，并需要经过对端母线反射一次。

(2)远端故障发生时，如图2所示，满足4t_NF+t_MF＜3t_MF+2t_NF＜4t_NF+3t_MF，表明二类行波中经对端母线两次反射后的波头首先到达本端测量端。由此可得，远端故障时初始反极性行波属于二类行波，并需要经过对端母线反射两次。考虑到对端母线反射系数接近-1，行波将发生负的全反射，虽经两次对端母线反射，但对端母线反射时能量损失较小，理论上仍可实现可靠检测。

2.本发明的实现

2.1利用反极性方向行波的故障区间识别算法

故障行波传播过程中可分解为地模分量和线模分量，其中地模分量在传播过程中的衰减和相移最为严重，而线模分量则要小的多[12.覃剑.小波变换应用于输电线路行波故障测距的研究[D].北京：中国电力科学研究院2001]，本发明选用线模分量进行分析。

反极性波头出现的时间区域与故障点位置有关，因此可用来判断故障区间。结合分析行波折反射特征和初始反极性行波的出现条件可得如下结论：近端故障时，初始反极性线模方向行波波头出现在固定时间区域内，其与故障初始行波线模分量的时间差为2L/v，其中L为线路长度，v为线模分量的波速度；远端故障时，初始反极性波头出现的时刻其与故障初始行波线模分量的时间差Δt与故障点位置L_MF呈现线性关系，并随故障位置的增加而减小，斜率为-4/v，但其线模分量时间差值始终小于近端故障的情况。初始正、反极性线模行波时间差Δt与故障点位置L_MF关系如图3所示，依此可通过初始反极性波头的识别判断故障区间，图3中Δt＝t_rev-t₁，其中t_rev为初始反极性方向行波线模分量到达测量端本端的时刻，t₁为故障时初始行波线模分量到达测量端本端的时刻。同时，从图3可以看出，初始反极行波出现区域必在故障初始行波到达测量端本端后的[0，2L/v]区间内，为进一步增强反极性方向行波检测的可靠性，减少其它反极性行波的干扰，仅提取故障初始方向行波到达时刻t₁后[t₁，t₁+2L/v]区间内的反极性波头进行分析。

2.2单端故障测距方法及实现步骤

故障点所在线路区段确定后可有效判定第二个到达波头的性质。利用第二个行波波头对与初始故障行波可确定故障距离，当第二个波头为故障点反射波或对端母线反射波时，分别由式(6)或(7)得到最终测距结果，其中t₂为第二个波头线模分量到达测量端的时刻。

L_MF＝(t₂-t₁)v/2         (6)

L_MF＝L-(t₂-t₁)v/2           (7)

结合上述分析，本文测距算法按以下步骤实现，如流程图4所示：

(1)行波故障测距装置启动后检测故障初始行波线模分量到达时刻t₁，并提取其后[0，2L/v]时间区间内的行波信号，其中L为线路长度，v为线模分量的波速度。

(2)检测该时间区间内的初始反极性方向行波，计算初始反极性方向行波线模分量到达时刻与故障初始行波线模分量的时间差，对照曲线图3确定故障为近端故障或远端故障，由此确定故障点所处区段。

(3)利用所确定故障区段判别第二个到达波头的性质。

(4)利用故障初始行波和第二个行波波头确定最终测距结果。

3仿真验证

本发明利用ATP仿真程序构建500kV输电线路仿真模型，如图5所示。MN线路长为150km，M端为三类母线，并带有变压器，N端为一类母线，相邻健康线路MP长为100km，仿真采样频率为1MHz，故障时刻为t＝0.012s，线模波速度v＝0.294km/us。为验证本文所提算法，将设置多种仿真算例进行分析。

(1)算例1：线路M N距离M测量端30km处发生故障。测量端本端的行波信号如图6所示，基于小波变换可有效提取到故障初始行波到达测量端时刻t₁＝0.012123s，为减少其它波头的干扰，提取其后[0，2L_MN/v]的行波信号进行分析，L_MN为线路M N的长度。

根据小波分析结果可以看出，在该区域内反极性波头出现较少，仅在t₁+2L_MN/v时刻附近出现反极性波头，同时利用小波模极值可确认为t_rev＝0.013126s，Δt≈2L_MN/v。

结合以上分析，确认该波头为近端故障时的初始反极性方向行波波头，故障点位于测量本端和线路中点之间，同时检测第二个行波波头，发现该波头到达时刻为0.012323s，利用第二个行波波头进一步确定故障点最终位置为29.4km，误差0.60km。

(2)算例2：线路M N距离M测量端70km处发生故障。

如图7所示，故障初始行波到达测量端时刻为t₁＝0.012236s，提取其后[0，2L_MN/v]的行波信号进行分析。可以看出，在该区域内同样仅在t₁+2L_MN/v时刻附近出现了较微弱的反极性波头，并确认其对应时刻为t_rev＝0.013260s，Δt≈2L_MN/v。综上可以确认，故障点位于测量端本端和线路中点之间，检测第二个行波波头到达时刻为t₁＝0.012708s后，确定故障点位置距离测量端本端69.678km，误差0.322km。

(3)算例3：线路M N距离M测量端90km处故障。如图8所示，该情况下初始反极性方向行波波头突变明显，奇异性较强，选定区域中反极性方向行波出现次数明显少于同极性波头，并且时域和小波变换中均可清晰观测到初始反极性波头，利用小波变换自动分析处理可确定其出现时刻为t_rev＝0.013124s，综上判定远端故障。结合第二个波头信息，确定故障点位置为距离测量本端89.821km，误差0.179km。本算例中反向行波有效去除了相邻健康线路对端母线反射波对初始反极性波头检测的影响。

(4)算例4：线路MN距离M测量端140km处故障。如图9所示，同样该情况下可较容易识别初始反极性方向行波，利用小波变换可进一步确定其出现时刻为t_rev＝0.012615s，判定为远端故障，并确定故障点位置为距离测量本端139.739km，误差0.261km。

综上所述，近端故障发生时其初始反极性行波经多次折反射并经较长距离的传播后，相对远端故障的初始反极性方向行波其辨识相对困难，但同时由于近端故障的反极性方向行波出现在固定区域，可通过主动辨识该区域反极性波头的存在增加判断的可靠性。远端故障时，其反极性方向行波波头由于传输距离相对较短，且对端测量端处的反射系数接近-1，总体能量损失较小，可在测量端本端有效检测，其检测相对较容易，检测可靠性相对较高。

Claims (3)

1.一种输电线路单端行波故障测距方法，其特征是，基于初始反极性方向行波检测，通过初始反极性方向行波的特征分析，辨识其波头出现的时刻，确定故障点在输电线路的所属区段及第二个波头的性质，并进一步实现单端故障测距；它的步骤为：

(1)输电线路发生故障时，行波故障测距装置启动后采集行波信号并存储，检测故障初始行波线模分量到达时刻t₁；

(2)提取t₁时刻后[0，2L/v]时间区间内的行波信号，检测该时间区间内的初始反极性方向行波；其中，L为线路长度，v为线模分量的波速度；

(3)检测上述时间区间内的初始反极性方向行波，并确定该初始反极性方向行波线模分量到达时刻t_rev，计算Δt＝t_rev-t₁；结合Δt数值大小确定故障点所处区段，即该故障为近端故障，此时故障点位于线路中点和测量端本端之间；或远端故障，此时故障点位于线路中点和测量端远端之间；

(4)根据所得到的故障点所处区段范围，判断第二波头的性质，根据故障初始行波和第二个波头，分别由式(6)或(7)得到最终测距结果，其中t₂为第二个波头线模分量到达测量端的时刻，

L_MF＝(t₂-t₁)v/2        (6)

L_MF＝L-(t₂-t₁)v/2      (7)。

2.如权利要求1所述的输电线路单端行波故障测距方法，其特征是，所述步骤(3)中，故障初始行波与初始反极性方向行波线模分量到达母线测量端的时间差Δt与故障距离满足分段线性函数关系，利用该函数关系结合式(5)i_(t)＝-c₂i₀(t-t₀-4t_NF-t_MF)-c₃i₀(t-t₀-3t_MF-2t_NF)-c₄i₀(t-t₀-4t_NF-3t_MF)(5)

可有效判断故障点所处线路区段及初始反极性方向行波性质：

a近端故障发生时，式(5)中满足3t_MF+2t_NF＜4t_NF+t_MF＜4t_NF+3t_NF，表明三类行波中经对端母线一次反射后的波头首先到达本端测量端，由此可得，近端故障时初始反极性行波属于三类行波，并需要经过对端母线反射一次；

b远端故障发生时，式(5)中满足4t_NF+t_MF＜3t_MF+2t_NF＜4t_NF+3t_MF，表明二类行波中经对端母线两次反射后的波头首先到达本端测量端；由此可得，远端故障时初始反极性行波属于二类行波，并需要经过对端母线反射两次。

3.如权利要求1所述的输电线路单端行波故障测距方法，其特征是，所述步骤(4)中，利用初始反极性方向行波得到故障点所处线路区段后，若为近端故障，则第二个波头为故障点反射波；若为远端故障，则为对端母线反射波，从而确定第二个到达测量端的波头为故障点反射波或对端母线反射波，进而进一步实现单端行波故障测距。

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