CN103412240B - 一种不依赖波头辨识的同塔双回输电线路单端行波故障测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不依赖波头辨识的同塔双回输电线路单端行波故障测距方法，属电力系统继电保护技术领域。当同塔双回输电线路发生故障时，检测并记录各相电压行波数据；利用小波变换求取故障相电压行波模极大值，得到行波波头在时间轴上的分布；标定初始反极性行波波头，将其对应时刻作为基准时刻来计算介于故障初始行波波头和初始反极性行波波头之间同极性行波波头反映的距离；同时，以故障初始行波到达时刻作为基准时刻计算介于故障初始行波波头和初始反极性行波波头之间同极性行波波头反映的距离；找出两组距离中相近或相同的两对距离，再利用测后模拟的方法判别出真实反映故障位置的距离。

Description

一种不依赖波头辨识的同塔双回输电线路单端行波故障测距方法

技术领域

本发明涉及一种不依赖波头辨识的同塔双回输电线路单端行波故障测距方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

同塔双回输电线路因其工程造价低、占用走廊宽度小、建设周期短、运行维护简单、经济效益显著等优点，因此得到了广泛的应用。当双回线路故障时，精确的故障测距方法对快速准确查找故障点，迅速排除故障和及时恢复线路供电具有重要的现实意义。

同塔双回输电线路行波法故障测距不外乎单端法和双端法。双端行波测距方法设备投入多、要求数据采集同步、需进行数据交换通讯，而传统单端行波测距方法虽然实现简便，无需通讯通道传送对端信息，但需要对故障点反射波进行准确辨识，否则会导致测距结果不正确。

发明内容

本发明针对上述问题，提出一种不依赖波头辨识的同塔双回输电线路单端行波故障测距方法。

本发明的技术方案是：一种不依赖波头辨识的同塔双回输电线路单端行波故障测距方法，其特征在于：当同塔双回输电线路发生故障时，检测并记录各相电压行波数据；利用小波变换求取故障相电压行波模极大值，得到行波波头在时间轴上的分布；标定初始反极性行波波头(与故障初始行波极性相反的波头)，将其对应时刻作为基准时刻来计算介于故障初始行波波头和初始反极性行波波头之间同极性行波波头(与故障初始行波极性相同的波头)反映的距离；同时，以故障初始行波到达时刻作为基准时刻计算介于故障初始行波波头和初始反极性行波波头之间同极性行波波头反映的距离；找出两组距离中相近或相同的两对距离，再利用测后模拟的方法判别出真实反映故障位置的距离。

具体实施步骤如下：

(1)当同塔双回输电线路发生故障时，检测并记录各相电压行波数据，利用小波变换求取故障相电压行波模极大值，得到行波波头在时间轴上的分布；

(2)记故障初始行波波头对应的时刻为t₀，记初始反极性行波波头对应的时刻为t'₀，记介于故障初始行波波头和初始反极性行波波头之间同极性行波波头对应的时刻从左到右依次为t₁、t₂、t₃……t_n(n为同极性行波波头的个数)；以t₀作为基准时刻，利用单端行波测距公式计算t₁、t₂、t₃……t_n反映的距离，记为x＝[x₁、x₂、x₃……x_n]；同理，以t'₀作为基准时刻，利用单端行波测距公式计算t₁、t₂、t₃……t_n反映的距离，记为x'＝[x₁'、x₂'、x₃'……x_n']；

以x₁、x₁'为例说明x、x'的计算方法：

$x_1=\frac{(t_1-t_0)v}{2}---\left(1\right)$

${x_1}^{\′}=\frac{({t_0}^{\′}-t_1)v}{2}---\left(2\right)$

式中，x₁为以t₀作为基准时刻，t₁反映的距离；x₁'为以t'₀作为基准时刻，t₁反映的距离；v为行波传播速度。

(3)找出x、x'这两组距离中相近或相同的两对距离，分别求取每一对相近或相同距离的平均值作为可能的故障距离，记为

(4)在仿真模型中，分别假设线路距离量测端处故障，记录量测端检测到的故障电压行波；求取模拟故障电压行波与实际电压行波的信号距离度；将较小信号距离度对应的距离判断为是真实反映故障位置的距离，记为x_f。

本发明的原理是：

1、疑似故障距离的求取

同塔双回输电线路发生故障，量测端检测到的故障电压行波包含故障点发射波、健全线路反射波及故障初始行波经健全线路透射到量测端的行波，根据行波的折反射规律，这些波头皆与故障初始行波极性相同，不能利用极性来识别这几类行波，增加了传统单端行波测距的难度。

本发明不考虑健全线路的二次反射波，即，量测端母线其他健全出线的长度大于同塔双回输电线路长度的则初始反极性行波反映的必然是同塔双回线路的长度，且与故障位置无关，其行波路径如图2所示，因此可将初始反极性行波的到达时刻作为基准时刻。以初始行波到达时刻作为基准时刻，按照权利要求2的步骤(2)计算得到一组距离x；同理，以初始反极性行波到达时刻作为基准时刻，计算得到另一组距离x'。根据行波的传播路径，无论是在距离x还是x'中，总存在反映首端M到故障点的距离和反映末端N到故障点的距离，即，在x和x'这两组距离中能找出两对相近或相同的距离，求取每一对相近或相同距离的平均值作为疑似故障距离和

2、利用信号距离度表征模拟故障电压行波和实测故障电压行波的差异性

离散模拟故障电压行波(记为)与实测故障电压行波(记为u(n))的距离度定义为：

$\mathrm{\δ}=\frac{1}{N}\left|\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}\left(u\right(n)-\widetilde{u\left(n\right)})\right|---\left(1\right)$

式中，n＝1、2、3……N，N为采样序列长度

δ值越大，说明与u(n)的差异性越大；δ值越小，说明与u(n)的差异性越小。

3、基于测后模拟思想的真实故障距离的判别

在仿真模型中分别假设距离量测端和处故障，将量测端检测到的电压行波作为模

拟故障电压行波求取其与实测故障电压行波的距离度，选取较小距离度对应的距离判断为是真实反映故障位置的距离。

本发明的有益效果是：

1、本方法采用的是单端行波测距，克服了双端行波测距设备投入多，要求数据采集同步，需进行数据交换通讯等问题和不足；

2、本发明实现的单端行波故障测距方法不依赖行波波头的辨识，测距结果可靠；

3、本发明提出的测距方法，可应用于双回线路发生单回线故障的情况，也可应用于双回线非同名相跨线故障测距。

附图说明

图1为本发明同塔双回输电线路结构示意图；

图2为本发明初始反极性行波传播路径图；

图3为本发明实施例1中量测端检测到的故障电压行波及其模极大值在时间轴上的分布图；

图4为本发明实施例1中模拟故障电压行波与实际故障电压行波的波形图；

图5为本发明实施例2中量测端检测到的故障电压行波及其模极大值在时间轴上的分布图；

图6为本发明实施例2中模拟故障电压行波与实际故障电压行波的波形图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

一种不依赖波头辨识的同塔双回输电线路单端行波故障测距方法，其特征在于：当同塔双回输电线路发生故障时，检测并记录各相电压行波数据；利用小波变换求取故障相电压行波模极大值，得到行波波头在时间轴上的分布；标定初始反极性行波波头(与故障初始行波极性相反的波头)，将其对应时刻作为基准时刻来计算介于故障初始行波波头和初始反极性行波波头之间同极性行波波头(与故障初始行波极性相同的波头)反映的距离；同时，以故障初始行波到达时刻作为基准时刻计算介于故障初始行波波头和初始反极性行波波头之间同极性行波波头反映的距离；找出两组距离中相近或相同的两对距离，再利用测后模拟的方法判别出真实反映故障位置的距离。

具体实施步骤如下：

(1)当同塔双回输电线路发生故障时，检测并记录各相电压行波数据，利用小波变换求取故障相电压行波模极大值，得到行波波头在时间轴上的分布；

(2)记故障初始行波波头对应的时刻为t₀，记初始反极性行波波头对应的时刻为t'₀，记介于故障初始行波波头和初始反极性行波波头之间同极性行波波头对应的时刻从左到右依次为t₁、t₂、t₃……t_n(n为同极性行波波头的个数)；以t₀作为基准时刻，利用单端行波测距公式计算t₁、t₂、t₃……t_n反映的距离，记为x＝[x₁、x₂、x₃……x_n]；

同理，以t'₀作为基准时刻，利用单端行波测距公式计算t₁、t₂、t₃……t_n反映的距离，记为x'＝[x₁'、x₂'、x₃'……x_n']；

以x₁、x₁'为例说明x、x'的计算方法：

$x_1=\frac{(t_1-t_0)v}{2}---\left(1\right)$

${x_1}^{\′}=\frac{({t_0}^{\′}-t_1)v}{2}---\left(2\right)$

式中，x₁为以t₀作为基准时刻，t₁反映的距离；x₁'为以t'₀作为基准时刻，t₁反映的距离；v为行波传播速度。

(3)找出x、x'这两组距离中相近或相同的两对距离，分别求取每一对相近或相同距离的平均值作为可能的故障距离，记为

(4)在仿真模型中，分别假设线路距离量测端处故障，记录量测端检测到的故障电压行波；求取模拟故障电压行波与实际电压行波的信号距离度；将较小信号距离度对应的距离判断为是真实反映故障位置的距离，记为x_f。

如图1所示的输电系统，设定网络电压等级为500kV，测量端为I回线路M端，输电线路的长度为140km，量测端母线其他健全出线的长度分别为：L_k1＝75km，L_k2＝95km，PM为120km。

实施例1：同塔双回输电线路I回线路距离量测端M50km处发生A相金属性接地故障，量测端M检测并记录故障后1.5ms的行波数据，故障电压行波及其小波变换模极大值如图3所示。

1、按照权利要求2的步骤(2)，以故障初始行波到达时刻作为基准时刻，计算各同极性波头反映的距离：

x＝[50.36，74.65，89.70，94.62，100.87，115.18，121.29，125.16]km；

同样，以初始反极性行波到达时刻作为基准时刻，计算各同极性行波波头反映的距离：

x'＝[89.85，65.56，50.51，45.59，39.34，25.03，18.92，15.05]km。

2、按照权利要求书步骤(3)，找出x、x'这两组距离中相近或相同的两对距离，分别求取每一对相近或相同距离的平均值作为可能的故障距离，记为

本实施例中，(50.36和50.51)、(89.70和89.85)为距离相近或相同的两对距离，则 $x_{f_1}=\frac{50.36+50.51}{2}=50.44km,x_{f_2}=\frac{89.70+89.85}{2}=89.78km.$

3、按照权利要求书步骤(4)，在仿真模型中，分别假设线路距离量测端处故障，处故障时的模拟故障电压行波(如图4(b)中虚线所示)，求其与实际电压行波(如图4(b)中实线所示)的信号距离度同理，处故障时的模拟故障电压行波(如图4(a)中虚线所示)，求其与实际电压行波(如图4(a)中实线所示)的信号距离度

因为因此将判断为是真实反映故障位置的距离，则x_f＝50.44km，与实际故障距离50km相差440m，测距精度高。

式中，为假设处故障的模拟故障电压行波与实际电压行波的信号距离度；为假设处故障的模拟故障电压行波与实际电压行波的信号距离度。

实施例2：同塔双回输电线路I回线路距离量测端M90km处发生A相金属性接地故障，量测端M检测并记录故障后1.5ms的行波数据，故障电压行波及其小波变换模极大值如图5所示。

1、按照权利要求2的步骤(2)，以故障初始行波到达时刻做为基准时刻，计算各同极性波头反映的距离：

x＝[50.16，74.64，90.14，94.76，100.27，115.03，121.29，124.71]km；

同样，以初始反极性行波到达时刻作为基准时刻，计算各同极性行波波头反映的距离：

x'＝[90.18，65.56，50.06，45.44，39.93，25.18，18.92，15.49]km。

2、按照权利要求书步骤(3)，找出x、x'这两组距离中相近或相同的两对距离，分别求取每一对相近或相同距离的平均值作为可能的故障距离，记为

本实施例中，(50.16和50.06)、(90.14和90.18)为距离相近或相同的两对距离，则 $x_{f_1}=\frac{50.06+50.16}{2}=50.11km,x_{f_2}=\frac{90.14+90.18}{2}=90.16km.$

3、按照权利要求书步骤(4)，在仿真模型中，分别假设线路距离量测端处故障，处故障时的模拟故障电压行波(如图6(a)中虚线所示)，求其与实际电压行波(如图6(a)中实线所示)的信号距离度同理，处故障时的模拟故障电压行波(如图6(b)中虚线所示)，求其与实际电压行波(如图6(b)中实线所示)的信号距离度

因为因此将判断为是真实反映故障位置的距离，则＝90.16km，与实际故障距离90km相差160m，测距误差小。

式中，为假设处故障的模拟故障电压行波与实际电压行波的信号距离度；为假设处故障的模拟故障电压行波与实际电压行波的信号距离度。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种不依赖波头辨识的同塔双回输电线路单端行波故障测距方法，其特征在于：当同塔双回输电线路发生故障时，检测并记录各相电压行波数据；利用小波变换求取故障相电压行波模极大值，得到行波波头在时间轴上的分布；标定初始反极性行波波头，将其对应时刻作为基准时刻来计算介于故障初始行波波头和初始反极性行波波头之间同极性行波波头反映的距离；同时，以故障初始行波到达时刻作为基准时刻计算介于故障初始行波波头和初始反极性行波波头之间同极性行波波头反映的距离；找出两组距离中相近或相同的两对距离，再利用测后模拟的方法判别出真实反映故障位置的距离。

2.根据权利要求1所述的不依赖波头辨识的同塔双回输电线路单端行波故障测距方法，其特征在于，具体实施步骤如下：

(1)当同塔双回输电线路发生故障时，检测并记录各相电压行波数据，利用小波变换求取故障相电压行波模极大值，得到行波波头在时间轴上的分布；

(2)记故障初始行波波头对应的时刻为t₀，记初始反极性行波波头对应的时刻为t'₀，记介于故障初始行波波头和初始反极性行波波头之间同极性行波波头对应的时刻从左到右依次为t₁、t₂、t₃……t_n；以t₀作为基准时刻，利用单端行波测距公式计算t₁、t₂、t₃……t_n反映的距离，记为x＝[x₁、x₂、x₃……x_n]；

同理，以t'₀作为基准时刻，利用单端行波测距公式计算t₁、t₂、t₃……t_n反映的距离，记为x'＝[x₁'、x₂'、x₃'……x_n']；

以x₁、x₁'为例说明x、x'的计算方法：

$x_1=\frac{(t_1-t_0)v}{2}---\left(1\right)$

${x_1}^{\′}=\frac{({t_0}^{\′}-t_1)v}{2}---\left(2\right)$

式中，x₁为以t₀作为基准时刻，t₁反映的距离；x₁'为以t'₀作为基准时刻，t₁反映的距离；v为行波传播速度；

(3)找出x、x'这两组距离中相近或相同的两对距离，分别求取每一对相近或相同距离的平均值作为可能的故障距离，记为

(4)在仿真模型中，分别假设线路距离量测端处故障，记录量测端检测到的故障电压行波；求取模拟故障电压行波与实际电压行波的信号距离度；将较小信号距离度对应的距离判断为是真实反映故障位置的距离，记为x_f。