CN103823156B - 一种带容错功能的输电线路分布式故障定位方法 - Google Patents

Abstract

一种带容错功能的输电线路分布式故障定位方法，包括步骤一、设在相邻变电站M和变电站N之间的高压输电线路上有n个检测点；步骤二、检测并读取每个检测点的三相故障电流行波信息；步骤三、去除三相均无数据的无效检测点，根据行波波头信息，确定故障区间；步骤四、计算行波波速v：步骤五，根据相应的故障区间选取合适的故障定位公式进行测距。本发明解决系统中个别监测装置异常时都可可靠的对线路故障进行定位。

Description

一种带容错功能的输电线路分布式故障定位方法

技术领域

本发明涉及输电线路故障定位技术领域，具体是一种带容错功能的输电线路分布式故障定位方法。

背景技术

高压输电线路是电力系统的大动脉，肩负着输送电能的重任，是电力系统的重要组成部分。通常输电线路都架设在无人看管的野外，途经山区、丘陵、江河等多种恶劣地理环境，其在运行的过程中经常会遇到雷雨、覆冰、强风等复杂的气象条件，是电力系统中最容易发生故障的电力设备。快速、可靠、准确地进行故障定位，及时发现和处理绝缘隐患，可大大提高电网的可靠性和愈合能力。

目前输电线路故障定位主要由行波法和故障分析法两种，行波法由于定位原理简单在电力系统中得到大量的应用。但是由于输电线路故障行波的非线性衰减、线路噪声、传感器带宽限制问题，使得传统的故障电流行波测距系统在应用中还是存在一定的问题。近几年先后有发明人提出分布式故障定位方法，如专利201110452999.X、201010300240.5和201010186103.3分别提出了不同的分布式故障定位方法，总体上看都是通过在输电线路上分布式的安装几组故障检测装置，通过检测线路上的故障行波来定位。但是由于故障行波的非线性衰减、相间行波幅值的差异、线路不通区域噪声的差异和个别装置异常，使得线路上各个检测点不可能都同时测量到故障电流行波，一旦系统中某一个或者几个装置没有触发启动或者出现异常时，都会导致测距失败。

发明内容

为解决上述现有技术中的实际问题，本发明提出一种带容错功能的分布式故障定位方法，以解决系统中个别监测装置异常时都可可靠的对线路故障进行定位。本发明系统由沿线安装在高压输电线路上的若干组(每组3个，对 应ABC三相)故障检测装置、无线通信模块及远程监控主站组成，如图1所示。

本发明技术解决方案如下：

步骤S1，检测并读取每个检测点的三相数据，检测行波波头。

故障电流检测装置用CT取电+备份电池组合供电的方式为装置供电，并采用宽带罗氏线圈提取故障时暂态电流行波，通过ZIGBEE短距离无线通信网络将3相检测装置的数据汇聚到一起，并通过GPRS/CDMA/GSM远程无线通信网络将各检测点数据传至监控主站；

主要包括以下几点：

1、读取检测点的三相数据。

若三相均无数据，则该检测点为无效检测点。

若有超过两相有数据，则取各有效相均重合的时间段以及该时间段的数据来进行定位，即取各有效相最晚的起始时间和最早结束时间作为该检测点的数据时间段。

2、行波波头检测。

使用三次样条小波对检测点各相的数据进行小波变换，并提取行波波头信息，包括行波波头极性及其到达时刻。

3、确定检测点行波波头到达时刻。

若检测点只有一相是有效数据，则该相数据计算出的行波到达时刻即为该检测点的行波到达时刻。

若检测点有效数据超过一相，则以各相计算出的行波到达时刻的平均值作为该检测点的行波到达时刻。

步骤S2，去除三相均无数据的无效检测点，根据行波波头信息，确定故障区间。

去除三相均无数据的无效点以后，根据各检测点检测到的行波到达时刻以及行波极性，判断故障区间。设图1是去除无效点以后的线路图，在变电站M和N之间的线路上，有n组有效的行波电流检测装置。根据该n组电流行波检测装置检测出的行波波头信息，选出行波到达时刻最早的检测点，设其为电流行波检测点i。

当i=1时，若所有检测点行波波头极性一样，即p₁=p₂=…=p_n，则故障发 生在变电站M与检测点1之间；若检测点1和检测点2的有效相行波极性相反，即p₁≠p₂=p₃=…=p_n则故障发生检测点1和检测点2之间。

当i=n时，若所有检测点行波波头极性一样，即p₁=p₂=…=p_n，则故障发生在变电站N与检测点n之间；若检测点n和检测点n-1的有效相行波极性相反，即p₁=p₂=…=p_n-1≠p_n，则故障发生检测点n和检测点n-1之间。

当1<i<n时，若检测点i和检测点i-1的有效相行波极性相反，p₁=…=p_i-1≠p_i=…=p_n，则故障发生检测点i和检测点i-1之间；若检测点i和检测点i+1的有效相行波极性相反，p₁=…=p_i≠p_i+1=…=p_n，则故障发生检测点i和检测点i+1之间。

综上所述，根据故障点可能发生的不同位置，将其分为两种情况：检测点之间和检测点外侧。检测点外侧包括变电站M与检测点1之间和变电站N与检测点n之间，其余情况均为检测点之间。当故障点在检测点之间时，故障区间为极性相反的相邻两个检测点之间；当故障点在检测点外侧时，故障发生在行波波头到达时刻最早的检测点的外侧。

步骤S3，根据相应的故障区间选取合适的故障定位公式进行测距。

设故障发生在检测点（i，j）之间，且检测点i、k在故障的同一侧，其检测到故障行波波头的时间为t_i、t_k。则行波波速可以通过下式计算得出：

$v=\left|\frac{L_i-L_k}{t_i-t_k}\right|---\left(1\right)$

式中L_i为变电站M到检测点i的距离，L_k为变电站M到检测点k的距离；

若故障点两侧都只有一个检测点或者没有检测点，在故障点任意一侧都找不出两个有效检测点，则无法实时计算行波波速，可以根据输电线路参数及其运行情况，人为设定行波波速。

设检测点i，j检测到故障行波波头的时间为t_i、t_j，结合检测点的安装位置以及行波波速v，故障点位置为

$X=L_i+\frac{L_j-L_i}{2}+\frac{v(t_i-t_j)}{2}---\left(2\right)$

式中L_i为变电站M到检测点i的距离,L_j为变电站M到检测点j的距离。

当故障发生在检测点外侧时，若故障发生在首端（即变电站M与检测点1之间），则通过三次样条小波检测首个检测点处的头两个故障行波波头，算 出其波头时间差Δt，则故障位置为

$X=\frac{\mathrm{v\&Delta;t}}{2}---\left(3\right)$

若故障发生在末端（即变电站N与检测点n之间），则通过三次样条小波检测最后一个检测点处的头两个故障行波波头，算出其波头时间差Δt′，则故障位置为

$X=L-\frac{\mathrm{v\&Delta;}{t}^{\&prime;}}{2}---\left(4\right)$

其中，L为变电站M与变电站N之间的高压输电线路总长度。

与现有技术相比，本发明实现在系统中个别监测装置异常时，可以可靠的对线路故障进行定位。

附图说明

图1分布式故障定位系统图。

图2四点分布式定位线路图。

图3检测点1波形图。

图4检测点2波形图。

图5检测点3波形图。

图6检测点4波形图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

如图所示，变电站MN之间一条长150km的线路上安装有4组故障电流检测装置，其分别安装在与变电站M距离为10km、60km、110km和140km的位置处。在距离变电站M80km处的F点，发生了A相接地故障。故障电流行波沿线路向两侧传播，依次触发了故障电流检测装置。

通过对获得的4组检测点的故障电流信息分析可得，只有检测点2拥有三相数据，其余三组检测点，可能由于线路衰减或者通讯失败，均有部分缺失。检测点1缺少了B相信息，检测点3缺少A相信息，检测点4只有B相信息。由于没有三相均无数据的检测点，故4组检测点均有效，其检测的行波波形如图3～6所示。

通过对行波波形进行处理，提取行波波头信息以便获得行波到达时刻以及波头极性。对图3～6进行三次样条小波变换以后，各检测点行波波头极性及其到达时刻如表1所示。

表1各检测点波头信息

根据步骤S1检测点行波波头到达时刻的确定方法，取各相的平均值，可以得到4组检测点的行波到达时刻分别为：1034800ns、867833ns、901200ns、1001400ns。因此，行波波头到达时刻最早的为检测点2。

根据步骤S2，通过比较检测点2与检测点1和检测点3的三相极性，忽略无效相，可以判断出检测点1和2的极性相同，与检测点3极性相反，因此，故障区间为检测点2和检测点3之间。

根据检测点1和2检测到的行波到达时刻及其安装位置，利用公式（1）可计算的线路的实时行波波速为

v=|(L₂-L₁)/(t₂-t₁)|=|(60000-10000)/((1034800-867833)×10^-9)=2.9946×10⁸m/s

由于故障点在检测点之间，根据公式（2）可以计算出故障点与变电站M距离为：

X=L₂+(L₃-L₂)×0.5+v(t₂-t₃)×0.5

=60000+(110000-60000)×0.5+2.9946×10⁸×(867833-901200)×10^-9×0.5

=80003.96m

=80.004km

由此可见，即使各检测点检测数据不全，该方法也可以准确地进行故障定位。

1、一种带容错功能的输电线路分布式故障定位方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一、设在相邻变电站M和变电站N之间的高压输电线路上有n个检测点，第一个检测点最靠近变电站M，第n个检测点最靠近变电站N，将n个故障电流检测装置组L₁至L_n分别安装在每个检测点，其中n>=3；

步骤二、检测并读取每个检测点的三相故障电流行波信息：

当检测点的三相均无数据时，则该检测点为无效检测点，不予考虑；

当检测点的三相至少一相有数据时，则对该检测点进行故障电流行波波头检测，即通过三次样条小波对该检测点各相的数据进行小波变换，提取行波波头信息，包括行波波头极性及其到达时刻，然后确定该检测点行波波头到达时刻；

步骤三、去除三相均无数据的无效检测点，根据行波波头信息，确定故障区间：

步骤四、计算行波波速v：

当故障发生在检测点i与检测点j之间，且有效检测点i和有效检测点k在故障的同一侧时，其检测到故障行波波头的时间为t_i、t_k、t_j，则根据公式（1）计算行波波速v：

$v=\left|\frac{L_i-L_k}{t_i-t_k}\right|---\left(1\right)$

式中L_i为任意一变电站到检测点i的距离，L_k为该同一变电站到检测点k的距离；

当故障点两侧都只有一个检测点或者没有检测点，即在故障点任意一侧都找不出两个有效检测点，则根据输电线路参数及其运行情况，人为设定行波波速；

步骤五，根据相应的故障区间选取合适的故障定位公式进行测距：

当故障发生在检测点i与检测点j之间时，则根据公式（2）计算故障点位置X：

$X=L_i+\frac{L_j-L_i}{2}+\frac{v(t_i-t_j)}{2}---\left(2\right)$

其中，L_i为任意一变电站到检测点i的距离，Lj为该同一变电站到检测点j的距离；

当故障发生在首端检测点1与该检测点1接近的变电站之间时，则根据三次样条小波变换得到的检测点1处的头两个故障行波波头的时间，计算其波头时间差Δt，并根据公式（3）计算故障点位置X：

$X=\frac{\mathrm{v\&Delta;t}}{2}---\left(3\right)$

当故障发生在末端检测点n与该检测点n接近的变电站之间时，则根据三次样条小波变换得到末端检测点n处的头两个故障行波波头的时间，计算其波头时间差Δt′，并根据公式（4）计算故障点位置X：

$X=L-\frac{\mathrm{v\&Delta;}{t}^{\&prime;}}{2}---\left(4\right)$

其中，L为变电站M与变电站N之间的高压输电线路总长度。

2、根据权利要求1所述的带容错功能的输电线路分布式故障定位方法，其特征在于，所述步骤二中当检测点的三相至少一相有数据时，具体方法如下：

若检测点只有一相是有效数据，则该相数据计算出的行波到达时刻即为该检测点的行波到达时刻。

若检测点有效数据超过一相，则以各相计算出的行波到达时刻的平均值作为该检测点的行波到达时刻。

3、根据权利要求1所述的带容错功能的输电线路分布式故障定位方法，其特征在于，所述的步骤三、去除三相均无数据的无效检测点，根据行波波头信息，确定故障区间，具体方法如下：

选出行波到达时刻最早的检测点，设其为检测点i；

当i=1时，若所有检测点的有效行波波头极性一样，即p₁=p₂=…=p_n，则故障发生在变电站M与检测点1之间；若检测点1和检测点2的有效相行波极性相反，即p₁≠p₂=p₃=…=p_n则故障发生检测点1和检测点2之间；

当i=n时，若所有检测点的有效行波波头极性一样，即p₁=p₂=…=p_n，则故障发生在变电站N与检测点n之间；若检测点n和检测点n-1的有效相行波极性相反，即p₁=p₂=…=p_n-1≠p_n，则故障发生检测点n和检测点n-1之间；

当1<i<n时，若检测点i和检测点i-1的有效相行波极性相反，p₁=…=p_i-1≠p_i=…=p_n，则故障发生检测点i和检测点i-1之间；若检测点i和检测点i+1的有效相行波极性相反，p₁=…=p_i≠p_i+1=…=p_n，则故障发生检测点i和检测点i+1之间。

Claims (1)

1.一种带容错功能的输电线路分布式故障定位方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一、设在相邻变电站M和变电站N之间的高压输电线路上有n个检测点，第一个检测点最靠近变电站M，第n个检测点最靠近变电站N，将n个故障电流检测装置组L₁至L_n分别安装在每个检测点，其中n>＝3；

步骤二、检测并读取每个检测点的三相故障电流行波信息：

当检测点的三相均无数据时，则该检测点为无效检测点，不予考虑；

当检测点的三相至少一相有数据时，则对该检测点进行故障电流行波波头检测，即通过三次样条小波对该检测点各相的数据进行小波变换，提取行波波头信息，包括行波波头极性及其到达时刻，然后确定该检测点行波波头到达时刻；

当检测点的三相至少一相有数据时，具体方法如下：

若检测点只有一相是有效数据，则该相数据计算出的行波到达时刻即为该检测点的行波到达时刻；

若检测点有效数据超过一相，则以各相计算出的行波到达时刻的平均值作为该检测点的行波到达时刻；

步骤三、去除三相均无数据的无效检测点，根据行波波头信息，确定故障区间，具体方法如下：

选出行波到达时刻最早的检测点，设其为检测点i；

当i＝1时，若所有检测点的有效行波波头极性一样，即p₁＝p₂＝…＝p_n，则故障发生在变电站M与检测点1之间；若检测点1和检测点2的有效相行波极性相反，即p₁≠p₂＝p₃＝…＝p_n则故障发生检测点1和检测点2之间；

当i＝n时，若所有检测点的有效行波波头极性一样，即p₁＝p₂＝…＝p_n，则故障发生在变电站N与检测点n之间；若检测点n和检测点n-1的有效相行波极性相反，即p₁＝p₂＝…＝p_n-1≠p_n，则故障发生检测点n和检测点n-1之间；

当1<i<n时，若检测点i和检测点i-1的有效相行波极性相反，p₁＝…＝p_i-1≠p_i＝…＝p_n，则故障发生检测点i和检测点i-1之间；若检测点i和检测点i+1的有效相行波极性相反，p₁＝…＝p_i≠p_i+1＝…＝p_n，则故障发生检测点i和检测点i+1之间；

步骤四、计算行波波速v：

当故障发生在检测点i与检测点j之间，且检测点i和检测点k作为有效检测点在故障的同一侧时，其检测到故障行波波头的时间为t_i、t_k、t_j，则根据公式(1)计算行波波速v：

$v=\frac{L_i-L_k}{t_i-t_k}---\left(1\right)$

式中L_i为任意一变电站到检测点i的距离，L_k为该同一变电站到检测点k的距离；

当故障点两侧都只有一个检测点或者没有检测点，即在故障点任意一侧都找不出两个有效检测点，则根据输电线路参数及其运行情况，人为设定行波波速；

步骤五，根据相应的故障区间选取合适的故障定位公式进行测距：

当故障发生在检测点i与检测点j之间时，则根据公式(2)计算故障点位置X：

$X=L_i+\frac{L_j-L_i}{2}+\frac{v(t_i-t_j)}{2}---\left(2\right)$

其中，L_i为任意一变电站到检测点i的距离，L_j为该同一变电站到检测点j的距离；

当故障发生在首端检测点1与该检测点1接近的变电站之间时，则根据三次样条小波变换得到的检测点1处的头两个故障行波波头的时间，计算其波头时间差Δt，并根据公式(3)计算故障点位置X：

$X=\frac{v\mathrm{\&Delta;}t}{2}---\left(3\right)$

当故障发生在末端检测点n与该检测点n接近的变电站之间时，则根据三次样条小波变换得到末端检测点n处的头两个故障行波波头的时间，计算其波头时间差Δt′，并根据公式(4)计算故障点位置X：

$X=L-\frac{{\mathrm{v\&Delta;t}}^{\&prime;}}{2}---\left(4\right)$

其中，L为变电站M与变电站N之间的高压输电线路总长度。