CN103941159A - 混合线路故障测距方法 - Google Patents

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    • H02H7/265—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured making use of travelling wave theory

Abstract

混合线路故障测距方法，涉及行波故障测距方法。由于混合线路各段行波速度不相同，传统算法不再适用。本发明包括以下步骤：根据线路的具体参数，包括架空线和电缆线路的总段数以及各段的线路长度和波速度，计算确定关系公式；将混合线路两侧测量点可能接收到故障初始行波的时间差等间隔划分并从小到大排列，按已确定关系公式计算出与其一一对应的故障距离，生成存储时间差与距离关系的数据库,并将各组数据从1开始顺序编号；当线路发生故障后，记录两侧测量点接收到故障初始行波的绝对时刻，计算时间差，查询数据库获得故障距离。本技术方案具有正确性、快速性和可靠性的优点。

Description

混合线路故障测距方法
技术领域
本发明涉及行波故障测距方法。
背景技术
线路发生故障时，准确的故障定位一方面能减轻巡线负担，另一方面又能加快线路恢复供电，减少因停电造成的经济损失，具有重要意义。传统的故障定位方法很多，已提出的主要可分为阻抗法和行波法两大类。阻抗法测距误差较大，行波法不受故障类型、故障点过渡电阻、电压互感器(TV)和电流互感器(TA)传变误差等因素影响，也能适应T接、部分同杆并架、带串补电容等线路，具有较为明显的技术优势。经过近十多年的发展，行波故障测距技术已经成熟并被成功应用于电力线路故障测距。传统行波测距算法主要针对波速度恒定的均匀传输线，如单一的架空线路或电缆线路。因特殊的群岛地理环境，舟山群岛岛屿与大陆或岛屿间输电线路多采用海底电缆，而岛屿上多采用架空线路，因此电网中常出现由多段架空线和电缆(陆缆或海缆)混合而成的输电线路。由于混合线路各段行波速度不相同，传统算法不再适用，混合输电线路的出现给行波故障测距技术带来了新的挑战。
针对架空电缆混合线路，已提出的测距方法有很多，如基于波速度归一原理的双端行波测距算法、基于双端行波到达时间中点的逐段搜索算法、基于行波到达时间比较的双端故障定位方法等。上述方法理论上可以解决混合线路行波故障测距问题，但有些算法物理意义不明确、不易理解，有些算法过于复杂、不利于现场实用，有些算法对两段以上混合线路没有详解。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供混合线路故障测距方法，以达到测距简单且适合多段混合线路的目的。为此，本发明采取以下技术方案。
混合线路故障测距方法，包括以下步骤：
1)根据线路的具体参数，包括架空线和电缆线路的总段数以及各段的线路长度和波速度，计算确定不同区段上的点到测量点的距离与线路两侧测量点接收到故障初始行波的时间差的关系公式；
2)将混合线路两侧测量点可能接收到故障初始行波的时间差等间隔划分并从小到大排列，按已确定关系公式计算出与其一一对应的故障距离，生成存储时间差与距离关系的数据库,并将各组数据从1开始顺序编号；
3)当线路发生故障后，记录两侧测量点接收到故障初始行波的绝对时刻，计算时间差，查询数据库获得故障距离。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。
在建立数据库前计算时间差与距离关系具体步骤为
a)对于长为L的包含n(n>1)段电缆和架空线的混合线路，设Pi(i＝1,2,3,……,n-1)为架空线与电缆的各个连接点，记线路两侧测量点S和R分别为P0和Pn；
b)确定混合线路结构和参数：包括架空线和电缆线路的总段数n以及各段的线路长度Li和波速度vi(i＝1,2,3,……,n)；
c)计算行波穿越各段线路时的传播时间：(i＝1,2,3……n)；令T0＝0，Tn+1＝0，再计算行波从混合线路连接点或线路端点Pk(k＝0,1,2,……,n)处传播到线路两端P0和Pn的时间差为：(k＝0,1,2,……,n)；
d)确定故障点在不同区段上时到测量点S(P0)的距离与线路两侧测量点接收到故障初始行波的时间差的关系公式，故障在第k段线路时(k＝1,2,3…,n)；其中，Δt＝tS-tR，tS和tR分别为故障初始行波浪涌到达S(P0)点和R(Pn)点的绝对时刻；
e)根据现场设备的采样频率fs，将Δt(Δt0＜Δt＜Δtn)按步长为1/fs等间隔划分并从小到大排列，当Δtk-1＜Δt＜Δtk(k＝1,2,3,……,n)时，按第k段线路的距离公式计算出与其一一对应的LSF数据库,并将各组数据从1到(Δtn-Δt0)fs+1顺序编号。
当线路发生故障时，记录两侧测量点接收到故障初始行波的绝对时刻tS和tR，计算时间差Δt＝tS-tR，查询表格中第(Δt-Δt0)fs+1组数据即为故障距离。
数护库存储于分析主站中，当发生单相接地故障，线路两侧的行波测距装置将接收并记录故障产生的行波信号，然后将数据经通信网络送到分析主站，分析主站接收到行波波形，经过保存、处理数据，得到故障初始行波到达线路两侧测量点的绝对时刻及其差值；再通过对数据库的查询，获得故障点到指定端的距离，同时将测距结果返回给线路两端的行波测距装置以便工作人员知晓。
或者数据库存储于线路两侧的行波测距装置中，当线路发生故障时，测距装置接收故障产生的行波信号经通信网络与对端交换数据，得到对端接收到故障初始行波的绝对时刻，分析处理数据，计算故障初始行波到达线路两侧的时间差，通过查询数据库获得测距结果。
有益效果：(1)以查表法来进行混合线路的故障测距，克服了现场设备尤其是嵌入式设备的计算能力有限的问题，利于编程，实现简单，提高运算效率，有较强的应用价值。(2)分段确定了混合线路中故障点到测量点的距离公式来制定所需表格，使本方法适应于含有多段架空线或电缆的混合线路，减小了测距误差，该方法具有正确性、快速性和可靠性。
附图说明
附图1为含有n段架空线与电缆的混合线路。
附图2为三段混合线路故障距离折线图。
附图3为行波测距系统的构成示例图。
附图4为含有5段架空线与电缆的混合线路示意图。
附图5为两测量点接收到故障行波图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
本发明是通过以下技术方案实现的：
混合线路上任意点发生故障时，初始行波到达线路两侧测量点的时间差Δt随该点到测量点距离LSF的增大单调递增(或减小)，即LSF与Δt无二义性。如附图1所示为含有三段的混合线路中故障距离LSF和Δt的关系曲线图，由图可看出，关系图成三段折线，且在各个转折点处为连续的。
对于长为L的包含n(n>1)段电缆和架空线的混合线路，如附图2。其中，Pi(i＝1,2,3,……,n-1)为架空线与电缆的各个连接点，记线路两侧测量点S和R分别为P0和Pn。
本技术方案具体包括如下步骤：
①确定混合线路结构和参数。包括架空线和电缆线路的总段数n以及各段的线路长度Li和波速度vi(i＝1,2,3,……,n)。
②计算行波穿越各段线路时的传播时间：(i＝1,2,3……n)。令T0＝0，Tn+1＝0，再计算行波从混合线路连接点或线路端点Pk(k＝0,1,2,……,n)处传播到线路两端P0和Pn的时间差为：(k＝0,1,2,……,n)。
③确定故障点在不同区段上时到测量点S(P0)的距离与线路两侧测量点接收到故障初始行波的时间差的关系公式，在第k段线路时(k＝1,2,3…,n)。其中，Δt＝tS-tR，tS和tR分别为故障初始行波浪涌到达S(P0)点和R(Pn)点的绝对时刻。
④根据现场设备的采样频率fs，将Δt(Δt0＜Δt＜Δtn)按步长为1/fs等间隔划分并从小到大排列，当Δtk-1＜Δt＜Δtk(k＝1,2,3,……,n)时，按第k段线路的距离公式计算出与其一一对应的LSF生成查表法所需表格,并将各组数据从1到(Δtn-Δt0)fs+1顺序编号,如表格1。
表格1含有n段架空线与电缆的混合线路生成的查表法所需表格
⑤当线路发生故障时，记录两侧测量点接收到故障初始行波的绝对时刻tS和tR，计算时间差Δt＝tS-tR，查询表格中第(Δt-Δt0)fs+1组数据即为故障距离。
检测原理：分段确定混合线路中各点到线路测量点的距离公式，将故障距离与混合线路两侧测量点接收到故障初始行波的时间差按一一对应的关系制成表格，表格中数据的采样步长根据现场设备的采样频率确定。当线路发生故障时，测量故障初始行波从故障点传播到线路两侧测量点的时间差，然后搜索已制定好的表格来确定故障点位置。
实施例分析：实施例进行行波测距的系统结构示例图如附图3，行波测距装置安装在线路两端的变电所，记录故障产生的行波信号；故障行波数据经通信网络送到调度中心的分析主站；分析主站保存、处理数据，计算故障距离。如舟山某110kV混合线路的线路结构如附图4所示，含五段线路，长度依次为5341m、6067m、13859m、3452m、29819m。行波传播速度在电缆中为vc＝172.09(m/μs)，架空线中为v0＝295.08(m/μs)。
装置采样频率为fs(设为107Hz)，生成表格时Δt间隔步长为(0.1μs)。通过理论计算可得查表法的表格如表2所示。
表2查表法所生成的表格
由工作人员将生成的表格导入调度中心中分析主站的相关设备中，并根据查表法的原理编写查表程序。当故障点F(如设距离S测量点18000m处)发生单相接地故障，线路两侧的行波测距装置将接收并记录故障产生的行波信号，然后将数据经通信网络送到调度中心的分析主站，分析主站接收到行波波形如附图5所示，经过保存、处理数据，可得到故障初始行波到达线路两侧测量点的绝对时刻及其差值(tS＝4.00755×104μs,tR＝4.01456×104μs，Δt＝-70.1μs),再通过查表法查阅第(Δt-Δt0)fs+1(在此例中算得为1514)个数据可查出故障点到S端的距离(17988米)，同时将测距结果返回给线路两端的行波测距装置以便工作人员知晓。
或者将表格及查表程序导入线路两侧的行波测距装置相关设备中，当线路发生故障时，测距装置接收故障产生的行波信号经通信网络与对端交换数据，得到对端接收到故障初始行波的绝对时刻。最后，分析处理数据，计算故障初始行波到达线路两侧的时间差，通过查表法给出测距结果。
由上述实施例可以看出，在误差允许的范围内利用查表法可以准确地检测出故障距离。若减小表格的采样步长，还可提高测距精度。可见本发明提出的故障测距方法可以准确实现多段混合线路的故障行波测距，还可以提高测距速度，实现简单，具有良好的实用价值。本技术方案能应用于现场设备尤其是有限的计算能力的嵌入式设备，能克服多段混合线路行波故障测距算法复杂且误差较大的缺点，提供一种基于查表法的架空线电缆混合线路行波故障测距新方法；通过将故障距离与混合线路两侧测量点接收到故障初始行波的时间差按一一对应的关系制成表格，表格中数据的采样步长根据现场设备的采样频率确定。当线路发生故障时，测量故障初始行波从故障点传播到线路两侧测量点的时间差，然后搜索已制定好的表格来确定故障点位置。其效率高，准确性好，对硬件设备要求低。
以上图1-5所示的混合线路故障测距方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (5)

1.混合线路故障测距方法，其特征在于包括以下步骤：
1)根据线路的具体参数，包括架空线和电缆线路的总段数以及各段的线路长度和波速度，计算确定不同区段上的点到测量点的距离与线路两侧测量点接收到故障初始行波的时间差的关系公式；
2)将混合线路两侧测量点可能接收到故障初始行波的时间差等间隔划分并从小到大排列，按已确定关系公式计算出与其一一对应的故障距离，生成存储时间差与距离关系的数据库,并将各组数据从1开始顺序编号；
3)当线路发生故障后，记录两侧测量点接收到故障初始行波的绝对时刻，计算时间差，查询数据库获得故障距离。
2.根据权利要求1所述的混合线路故障测距方法，其特征在于：在建立数据库前计算时间差与距离关系具体步骤为
a)对于长为L的包含n(n>1)段电缆和架空线的混合线路，设Pi(i＝1,2,3,……,n-1)为架空线与电缆的各个连接点，记线路两侧测量点S和R分别为P0和Pn；
b)确定混合线路结构和参数：包括架空线和电缆线路的总段数n以及各段的线路长度Li和波速度vi(i＝1,2,3,……,n)；
c)计算行波穿越各段线路时的传播时间：(i＝1,2,3……n)；令T0＝0，Tn+1＝0，再计算行波从混合线路连接点或线路端点Pk(k＝0,1,2,……,n)处传播到线路两端P0和Pn的时间差为：(k＝0,1,2,……,n)；
d)确定故障点在不同区段上时到测量点S(P0)的距离与线路两侧测量点接收到故障初始行波的时间差的关系公式，故障在第k段线路时(k＝1,2,3…,n)；其中，Δt＝tS-tR，tS和tR分别为故障初始行波浪涌到达S(P0)点和R(Pn)点的绝对时刻；
e)根据现场设备的采样频率fs，将Δt(Δt0＜Δt＜Δtn)按步长为1/fs等间隔划分并从小到大排列，当Δtk-1＜Δt＜Δtk(k＝1,2,3,……,n)时，按第k段线路的距离公式计算出与其一一对应的LSF数据库,并将各组数据从1到(Δtn-Δt0)fs+1顺序编号。
3.根据权利要求2所述的混合线路故障测距方法，其特征在于：当线路发生故障时，记录两侧测量点接收到故障初始行波的绝对时刻tS和tR，计算时间差Δt＝tS-tR，查询表格中第(Δt-Δt0)fs+1组数据即为故障距离。
4.根据权利要求3所述的混合线路故障测距方法，其特征在于：数护库存储于分析主站中，当发生单相接地故障，线路两侧的行波测距装置将接收并记录故障产生的行波信号，然后将数据经通信网络送到分析主站，分析主站接收到行波波形，经过保存、处理数据，得到故障初始行波到达线路两侧测量点的绝对时刻及其差值；再通过对数据库的查询，获得故障点到指定端的距离，同时将测距结果返回给线路两端的行波测距装置以便工作人员知晓。
5.根据权利要求3所述的混合线路故障测距方法，其特征在于：数据库存储于线路两侧的行波测距装置中，当线路发生故障时，测距装置接收故障产生的行波信号经通信网络与对端交换数据，得到对端接收到故障初始行波的绝对时刻，分析处理数据，计算故障初始行波到达线路两侧的时间差，通过查询数据库获得测距结果。
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Application publication date: 20140723

Assignee: ZHEJIANG ZHOUSHAN QIMING POWER CONSTRUCTION CO., LTD.

Assignor: ZHOUSHAN POWER SUPPLY COMPANY OF STATE GRID ZHEJIANG ELECTRIC POWER COMPANY

Contract record no.: 2017330000131

Denomination of invention: Cable hybrid line fault distance measuring method for k-NN algorithm based on waveform similarity

Granted publication date: 20170201

License type: Common License

Record date: 20170914