CN103884963A - 基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法，主要包括：分别标定出线模波头和零模波头的到达时刻t1、t0，计算得到零模行波和线模行波到达测量端的时间差Δt；在仿真或现场测试中设定典型故障距离为Sk，记录零模波头到达测量点的时刻为t0k，得到故障距离Sk对应的零模波速度v0k，得到一组关于故障距离s和零模检测波速度对应关系的数据；利用得到的解析表达式，得到故障距离的迭代公式，求得相应的故障距离。本发明所述基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法，可以克服现有技术中适用范围小、及时性差和准确度低等缺陷，以实现适用范围大、及时性好和准确度高的优点。

Description

基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法

技术领域

本发明涉及电网检测技术领域，具体地，涉及基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法。

背景技术

现在配电网单相接地故障测距的行波方法主要有两类，一类是在首端注入诊断信号的方法；另一类是利用故障信号暂态分量的电气特征的测距方法，该类方法受互感器饱和、故障初相角、故障电阻及系统运行方式的影响较小，成为近年来研究的热点。利用故障信号暂态分量的电气特征的测距方法又可分为单端（A型）行波法和双端（B型）行波法。

其中，双端法对时间同步精度要求较高，且只能定位到主干线，对分支故障点无能为力，因此并不适用于多分支配电网。

单端行波法又细分为两种，第一种是利用故障行波初始波头到达首端的时间与该波头反射回故障点再由故障点返回首端的时间之差来定位故障的方法，第二种是利用零模行波和线模行波的速度差和到达测量端的时间差的单端行波法。

由于配电网具有分支较多，结构复杂等特点，首端检测到的故障行波中存在来自于其他节点的反射波，使得来自故障点的反射波头不易识别，因此，第一种行波法难以实际应用于配电网。第二种方法原理简单，只需要识别出行波的第一个波头，不需要反射波头且基本不受分支线路的影响，避免了以上方法的问题，此方法的关键问题在于零模波头到达时刻的准确标定及零模波速度的准确测定。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在适用范围小、及时性差和准确度低等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法，以实现适用范围大、及时性好和准确度高的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法，主要包括：

a、利用小波的奇异性检测原理，分别标定出线模波头和零模波头的到达时刻t1、t0，计算得到零模行波和线模行波到达测量端的时间差Δt：

Δt=t₀-t₁；

b、在仿真或现场测试中设定典型故障距离为S_k，使用步骤a的方法记录零模波头到达测量点的时刻为t_0k，得到故障距离S_k对应的零模波速度v_0k，得到一组关于故障距离s和零模检测波速度对应关系的数据，利用数据拟合得到故障距离s和零模检测波速度的解析表达式：

v₀=f(s)；

c、利用步骤b得到的解析表达式，得到故障距离的迭代公式，求得相应的故障距离。

进一步地，在步骤a之前，还包括：

对待测量装置接受到的故障行波暂态分量进行相模转换，均匀换位线路采用Karenbauer变换矩阵，提取出故障行波零模分量和1模分量。

进一步地，在步骤a中，小波选用具有1阶消失矩的3阶中心B样条小波，对故障行波进行8层小波分解，求出尺度3上的小波变换模极大值序列，第一个模极大值所对应的时刻即为行波波头到达时刻。

进一步地，在步骤b中，数据拟合采用基于最小二乘法的多项式拟合。

进一步地，所述步骤c，具体包括：

利用步骤b得到的解析表达式修改基于故障暂态行波零模分量和线模分量速度差与到达测量端时间差的单端故障测距公式：

$S=\frac{v_1{v}_0\mathrm{\Δt}}{v_1-v_0};$

得到改进的单端故障测距公式：

$S=f\left(S\right)(\frac{S}{v_1}+\mathrm{\Δt});$

根据此公式提出迭代公式：

$S_{k+1}=f\left(S_k\right)(\frac{S_k}{v_1}+\mathrm{\Δt});$

用此迭代公式求出的解即为故障距离。

本发明各实施例的基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法，由于主要包括：分别标定出线模波头和零模波头的到达时刻t1、t0，计算得到零模行波和线模行波到达测量端的时间差Δt；在仿真或现场测试中设定典型故障距离为Sk，记录零模波头到达测量点的时刻为t0k，得到故障距离Sk对应的零模波速度v0k，得到一组关于故障距离s和零模检测波速度对应关系的数据；利用得到的解析表达式，得到故障距离的迭代公式，求得相应的故障距离；可以在现场测试或仿真环境中就取得了不同故障距离下的零模检测波速度，故而实际使用此方法时，不必再次测量零模检测波速度，只需检测出线模和零模波头首次到达测量端的时间差即可；从而可以克服现有技术中适用范围小、及时性差和准确度低的缺陷，以实现适用范围大、及时性好和准确度高的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法中配电网仿真模型图；

图2为本发明基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法中故障电压零模分量波形图；

图3为本发明基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法中典型环境下零模检测波速度与故障距离关系曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

根据本发明实施例，如图1、图2和图3所示，提供了基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法，即提供一种操作简单、能够适应配电网结构复杂分支较多的特点、具有一定抗干扰能力、且满足定位精度要求的单端行波故障测距方法。该基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法，是一种应用于配电线路的单相接地故障测距方法，具体是利用故障暂态信息的零模分量和线模分量速度差和到达测量端时间差的单端测距方法。

本实施例的基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法，包括如下步骤：

a、利用小波的奇异性检测原理较准确的分别标定出线模波头和零模波头的到达时刻t1、t0，得到零模行波和线模行波到达测量端的时间差Δt：

Δt=t₀-t₁；

b、仿真或现场测试中设定典型故障距离为S_k，使用步骤a的方法记录零模波头到达测量点的时刻为t_0k，可得出故障距离S_k对应的零模波速度v_0k，得到一组关于故障距离s和零模检测波速度对应关系的数据，利用数据拟合得到故障距离和零模检测波速度的解析表达式：

v₀=f(s)；

c、利用步骤b得到的解析表达式修改基于故障暂态行波零模分量和线模分量速度差和到达测量端时间差的单端故障测距公式：

$S=\frac{v_1{v}_0\mathrm{\Δt}}{v_1-v_0};$

得到改进的单端故障测距公式：

$S=f\left(S\right)(\frac{S}{v_1}+\mathrm{\Δt});$

根据此公式提出迭代公式：

$S_{k+1}=f\left(S_k\right)(\frac{S_k}{v_1}+\mathrm{\Δt});$

用此迭代公式求出的解即为故障距离。

在上述实施例的基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法中，步骤a中小波选用具有1阶消失矩的3阶中心B样条小波，对故障行波进行8层小波分解，求出尺度3上的小波变换模极大值序列，第一个模极大值所对应的时刻即为行波波头到达时刻；步骤b中数据拟合采用基于最小二乘法的多项式拟合。

具体地，上述实施例的基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法，具体实施步骤如下：

⑴相模转换

对测量装置接受到的故障行波暂态分量进行相模转换，均匀换位线路可采用Karenbauer变换矩阵，提取出故障行波零模分量和1模分量。

⑵行波波头到达时刻检测

用3阶中心B样条小波分别对步骤1得到的1模和零模故障行波进行8层分解，求出尺度3上的小波变换模极大值序列，第一个模极大值所对应的时刻即为行波波头到达时刻。求出零模波头到达时刻与线模波头到达时刻之差Δt：

Δt=t₀-t₁；

⑶拟合零模检测波速度的解析表达式

仿真或现场测试中设定一组典型故障距离为S_k（k=1、2、3，…），使用步骤2的检测方法分别记录记录零模波头到达测量端的时刻为t_0k（k=1、2、3，…），可得出故障距离S_k对应的零模波速度v_0k，得到一组关于故障距离s和零模检测波速度对应关系的数据，利用基于最小二乘法的多项式数据拟合得到故障距离和零模检测波速度的解析表达式：

v₀=f(s)；

⑷改进故障测距公式

利用步骤⑶得到的解析表达式修改基于故障暂态行波零模分量和线模分量速度差和到达测量端时间差的单端故障测距公式：

$S=\frac{v_1{v}_0\mathrm{\Δt}}{v_1-v_0};$

得到改进的单端故障测距公式：

$S=f\left(S\right)(\frac{S}{v_1}+\mathrm{\Δt});$

根据此公式提出迭代公式：

$S_{k+1}=f\left(S_k\right)(\frac{S_k}{v_1}+\mathrm{\Δt});$

用此迭代公式求出的解即为故障距离。

下面通过具体算例，对上述实施例的基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网 故障测距方法进行详细说明。

配电网仿真模型如图1，导线型号选用LGJ—240，直径2.16cm，导线直流电阻为0.1181Ω/km，土壤电阻率设置为ρ=100Ω·m，线间距为0.8m，导线档距中央离地高度7m，配电网总长度为100km。仿真软件使用ATP/EMTP。得到的零模电压波形如图2所示。分别在不同的距离下设置故障点，得到的零模检测波速度与故障距离关系如图3所示，随机选择若干各故障点，使用该基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法进行故障测距得到的结果如表1所示。不同接地电阻下的测距结果如表2所示，不同的故障初相角下，本算法的测距结果

表1

实际距离/km	测量距离/km	相对误差%
			4.65	4.67	0.43
7.25	7.28	0.41
			13.65	13.57	0.59
25.85	25.68	0.66
			47.35	47.29	0.13

表2

接地电阻/Ω	实际距离/km	测量距离/km	相对误差%
				10	13.5	13.51	0.07
200	14.5	14.32	1.24
				500	24.5	24.73	0.94
1000	32.6	32.48	0.36
				2000	38.5	38.74	0.62

表3

故障初相角/°	实际距离/km	测量距离/km	相对误差%
				30	12.5	12.41	0.72
45	17.5	17.57	0.40
				60	22.5	22.48	0.09
75	27.5	27.34	0.58
				90	32.5	32.63	0.40

综上所述，本发明上述各实施例的基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法，在现场测试或仿真环境中就取得了不同故障距离下的零模检测波速度，故而实际使用此方法时，不必再次测量零模检测波速度，只需检测出线模和零模波头首次到达测量端的时间差即可；简化了测距步骤，大大降低了测距难度。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法，其特征在于，主要包括：

a、利用小波的奇异性检测原理，分别标定出线模波头和零模波头的到达时刻t1、t0，计算得到零模行波和线模行波到达测量端的时间差Δt：

Δt=t₀-t₁；

b、在仿真或现场测试中设定典型故障距离为S_k，使用步骤a的方法记录零模波头到达测量点的时刻为t_0k，得到故障距离S_k对应的零模波速度v_0k，得到一组关于故障距离s和零模检测波速度对应关系的数据，利用数据拟合得到故障距离s和零模检测波速度的解析表达式：

v₀=f(s)；

c、利用步骤b得到的解析表达式，得到故障距离的迭代公式，求得相应的故障距离。

2.根据权利要求1所述的基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法，其特征在于，在步骤a之前，还包括：

对待测量装置接受到的故障行波暂态分量进行相模转换，均匀换位线路采用Karenbauer变换矩阵，提取出故障行波零模分量和1模分量。

3.根据权利要求1或2所述的基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法，其特征在于，在步骤a中，小波选用具有1阶消失矩的3阶中心B样条小波，对故障行波进行8层小波分解，求出尺度3上的小波变换模极大值序列，第一个模极大值所对应的时刻即为行波波头到达时刻。

4.根据权利要求1或2所述的基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法，其特征在于，在步骤b中，数据拟合采用基于最小二乘法的多项式拟合。

5.根据权利要求4所述的基于故障暂态行波零模与线模速度差的配网故障测距方法，其特征在于，所述步骤c，具体包括：

利用步骤b得到的解析表达式修改基于故障暂态行波零模分量和线模分量速度差与到达测量端时间差的单端故障测距公式：

$S=\frac{v_1{v}_0\mathrm{\Δt}}{v_1-v_0};$

得到改进的单端故障测距公式：

$S=f\left(S\right)(\frac{S}{v_1}+\mathrm{\Δt});$

根据此公式提出迭代公式：

$S_{k+1}=f\left(S_k\right)(\frac{S_k}{v_1}+\mathrm{\Δt});$

用此迭代公式求出的解即为故障距离。

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