CN103207351A - 一种基于重合闸的输电线路故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于重合闸的输电线路故障定位方法，具体实现步骤如下：1）当输电线路发生故障断路器首次合闸时，采集故障相电流，在对它预处理之后利用Prony算法计算频谱，提取固有频率主频f₀；2）故障相电流i(t)经步骤1）预处理后，采用Prony算法计算故障相电流i(t)的频谱，获取故障相电流i(t)固有频率主频f₀；3）计算出测量端到故障点之间的距离，实现对于故障点的定位。在现有故障测距的基础之上，配合使用本发明可以有效实现故障位置再确认，本发明的基于重合闸的输电线路故障定位方法实现了对故障点的准确查找，并为实现重合闸的永久性故障性质识别提供可靠的保证。

Description

一种基于重合闸的输电线路故障定位方法

技术领域

本发明属于电力系统输电线路继电保护技术领域，涉及一种基于重合闸的输电线路故障定位方法。

背景技术

高压输电线路是电力系统的重要组成部分，随着电力系统规模的日益增大，电力网络的互联使得输电线路上发生故障的可能性也增大。架空输电线路故障后的快速准确定位有利于运行维护人员快速反应和快速处理故障，进而减小停电时间；在长距离大容量跨区域的输电线路的故障快速准确定位尤为重要。

目前，输电线路的故障定位的方法主要有阻抗法、故障分析法、行波法和高频暂态法。阻抗法直接利用测量电压和电流计算故障阻抗，由于原理简单实用因而在电力系统中广泛采用，但受过渡电阻、分布电容和对侧系统阻抗影响较大。随着电力系统自动化程度的提高，通信技术的发展，相继提出双端和多端故障测距技术。单端量的故障分析法受过渡电阻、线路分布电容线路结构不对称和暂态分量等的影响，但简单易行，可用在对测量精度要求不高的场合；双端量的故障分析法同时利用两端的电压、电流来实现故障测距，他不需要知道两端系统参数，完全消除了过渡电阻的影响。

行波法与基于故障分析法的故障测距法相比，其的突出优点是测距精度高和适应性好，所以基于行波的测距系统在国内外高压/特高压交、直流输电线路上得到了广泛的应用。但行波存在时间较短，加上行波波头识别的困难及采样率的提高对硬件的要求又极大的限制了行波法的应用。高频暂态法本质上和行波法一致，但其时间不受行波存在的限制可延伸至二次电弧阶段，利用故障产生的暂态分量，借助数学工具分析频谱，进而利用频谱计算故障距离从而实现测距功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于重合闸的输电线路故障定位方法，实现了故障点准确查找并为重合闸断线实质永久故障的可靠识别提供重要依据。

本发明所采用的技术方案是，一种基于重合闸的输电线路故障定位方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：采集故障相电流i(t)，并对故障相电流i(t)进行录波、滤波及相模变换的预处理；

步骤2，故障相电流i(t)经步骤1预处理后，采用Prony算法计算故障相电流i(t)的频谱，获取故障相电流i(t)固有频率主频f₀；

步骤3，计算出测量端到故障点之间的距离，实现对于故障点的定位。

本发明的特点还在于，

步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1，输电线路发生故障断路器首次合闸时，采集故障相电流i(t)；

步骤1.2，对步骤1.1采集到的故障相电流i(t)依次进行滤波及相模变换，完成对故障相电流i(t)中暂态分量的预处理。

步骤1.2中的相模变换采用Clarke变换。

步骤3具体按照以下算法实施：

故障点定位的算法为：

$P=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}\·f_0}$

其中：p为待测故障距离，L、C分别为输电线路单位长度电感和电容，f₀为断路器合闸后的输电线路暂态分量的固有频率主频。

本发明的有益效果在于，

（1）本发明的基于重合闸的输电线路故障定位方法利用故障合闸后暂态分量固有频率的主频f₀进行故障测距，主频f₀可由暂态分量的频谱分析得到，与时域法相比：频域法的显著优点是不需要识别故障行波波头，可作为单端行波测距法的有效补充，进一步提高故障测距的精度。

（2）本发明的基于重合闸的输电线路故障定位方法利用故障合闸时的暂态量进行故障测距，采集故障暂态信息，利用暂态固有频率进行计算故障距离，有效避免了在电弧阶段故障行波持续时间过短，对采样率及硬件的要求过高的局面，就时间上看，本发明可以作为行波法和阻抗法的补充，可进一步确认输电线路故障距离。

（3）本发明的基于重合闸的输电线路故障定位方法充分考虑故障暂态信息，在现有利用重合闸之前故障信息的故障测距方法基础之上能够进一步实现故障位置的再确认，为重合闸的永久性故障可靠识别提供重要的保证。

附图说明

图1是本发明的基于重合闸的输电线路故障定位的方法中采用的输电线路基于故障重合闸的微机保护硬件的结构图；

图2是高压输电线路故障附加等效电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

当输电线路发生故障时，会产生一系列的故障暂态高频分量，在故障电弧阶段故障性质不同导致暂态分量差别不是很大，电弧过程持续时间过短会给故障性质识别和故障的定位带来很大的困难。在断路器跳开之后，由于永久性故障对地可靠放电，电弧熄灭相对较快，故障相不含高频固有分量。现有自动重合闸为带固定时限的重合闸，鉴于此，本发明利用断路器首次合闸后的暂态信息进行故障定位。由故障合闸后产生的暂态分量固有频率主频f₀与输电线路的关系求得故障距离，进而进行故障定位。其中，通过恰当的选取模量，可有效的提高固有频率频谱的计算和主频的选取，从而进一步提高故障距离测量的精度。

如图1所示，M、N两侧装有使用本发明测量元件的保护装置，输入量为输电线路电流量，电流由输电线路两侧电流互感器TA1、TA2获取，其中图1中虚线框内为本发明方法采用的硬件结构图，包括有数据采集系统、微机主系统、输入输出系统三部分，本发明方法中采用的判据算法是通过编制程序在微机DSP主系统中实现。以M侧为例，输电线路电流经电流互感器TA1获取后经高通滤波、采样保持及选取合适的模量进行Clarke变换后再经A/D转换，最后送进微机主系统内，由判据算法直接计算出测量端到故障点之间的距离；同理，对于输电线路N侧也可以按照前述思路计算测量点到故障点的距离；对带并联电抗器线路也可按照上述方法实现故障测距。

本发明的基于重合闸的输电线路故障定位方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：采集故障相电流i(t)，并对故障相电流i(t)进行录波、滤波及相模变换的预处理：

步骤1.1，输电线路发生故障断路器首次合闸时，采集故障相电流i(t)；

步骤1.2，对步骤1.1采集到的故障相电流i(t)依次进行滤波及相模变换即Clarke变换，完成对故障相电流i(t)中暂态分量的预处理；

其中，故障相暂态分量含有的大量故障信息，这些故障信息主要是故障相自感和对地电容以及非故障相的耦合作用形成，为了消除相间电容耦合作用的影响，就要对故障暂态分量进行Clarke变换，按照故障选相的思路选取恰当的模量进行频谱分析计算固有频率。

步骤2，故障相电流i(t)经步骤1预处理后，采用PRONY算法分析故障相电流i(t)的频谱，获取故障相电流i(t)的固有频率主频f₀：

由于输电线路的分布特性，输电线路电感和线路对地电容的充放电的影响，固有频率是由一系列高频频率组成的；为了消除相间电容的影响，分析故障相电流i(t)预处理后的波形，并在相模变换后利用PRONY算法对其频谱分析，通过计算固有频率频谱的同时得到固有频率主频f₀的大小。

步骤3，计算出测量端到故障点之间的距离，实现对于故障点的定位：

输电线路断路器合闸之后产生的暂态高频分量是由输电线路电感和输电线路对地电容的充放电引起的，暂态分量频率的大小与输电线路总的电感和电容的大小有关；高压输电线路上电感和电容远远大于电阻和电导，电阻和电导可忽略，图2为输电线路故障时的简单的等效附加电路图，其中L、C分别为故障点到测量端输电线路的电感和电容值，U_F为故障相等效电源。所以对已知的输电线路可根据它的单位长度电感值L、电容值C的大小和步骤2中计算得到的固有频率主频f₀可以由图2所示等效电路准确的计算出测量端到故障点之间的距离，即实现对于故障点的定位；

其故障点定位的具体算法如下：

$P=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}\·f_0}$

式中：p为待测故障距离，L、C分别为输电线路单位长度电感和电容，f₀为断路器合闸后的输电线路暂态分量的固有频率主频。

本发明的基于重合闸的输电线路故障定位的方法原理：

本发明方法在输电线路发生故障时利用断路器合闸后故障相上产生的暂态分量，分析其固有频率，研究了暂态分量的固有频率主频f₀与输电线路电感和电容之间的关系，通过计算得到故障点到测量端的距离。

本发明提出了一种基于重合闸的输电线路故障定位的方法的特点：

（1）该方法利用的电气量只与输电线路固有参数和故障距离有关的特点，该定位不受其他因素的影响，在原理上提高了故障测距的精度；当输电线路发生故障时，只要在断路器首次合闸之后在故障相上有固有频率分量的产生就可利用此方法，不局限于永久性故障；

（2）本发明可有效提高故障点的巡查工作效率，提高供电可靠性；

（3）本发明的方法在输电线路发生永久性故障时可方便有效地测量故障点与测量端的距离。

总之，本发明是基于断路器合闸后的故障暂态分量分析其频谱进行故障测距，是在现有故障测距的基础上进一步实现对故障位置的确认，对故障点的查找和断线等永久性故障的可靠确认提供重要依据。在已知输电线路全长的前提下，对瞬时性故障也可以进行有效的故障距离预测，不必局限于永久性故障；当断路器合闸之后，由于输电线路的分布参数特性，线路电感和线路对地电容在输电线路上会形成一系列固有频率；对故障分量进行频谱计算，提取故障暂态分量的固有频率主频，可以根据主频的大小与输电线路单位长度电感和电容的大小计算故障线路的长度，即可实现故障定位。

随着特高压长距离输电线路的日益增多，本发明作为现有故障测距方法的有效补充有很好的应用前景。可与现有故障测距方法配合使用，确定故障发生的位置，进一步提高故障测距的准确度，为故障点的准确查找和重合闸的故障性质识别提供可靠的保证。

Claims (4)

1.一种基于重合闸的输电线路故障定位方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1：采集故障相电流i(t)，并对故障相电流i(t)进行录波、滤波及相模变换的预处理；

步骤2，故障相电流i(t)经步骤1预处理后，采用Prony算法计算故障相电流i(t)的频谱，获取故障相电流i(t)固有频率主频f₀；

步骤3，计算出测量端到故障点之间的距离，实现对于故障点的定位。

2.根据权利要求1所述的基于重合闸的输电线路故障定位方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1，输电线路发生故障断路器首次合闸时，采集故障相电流i(t)；

步骤1.2，对步骤1.1采集到的故障相电流i(t)依次进行滤波及相模变换，完成对故障相电流i(t)中暂态分量的预处理。

3.根据权利要求2所述的基于重合闸的输电线路故障定位方法，其特征在于，所述步骤1.2中的相模变换采用Clarke变换。

4.根据权利要求1所述的基于重合闸的输电线路故障定位方法，其特征在于，所述步骤3具体按照以下算法实施：

故障点定位的算法为：

$P=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}\·f_0}$

其中：p为待测故障距离，L、C分别为输电线路单位长度电感和电容，f₀为断路器合闸后的输电线路暂态分量的固有频率主频。

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