CN104569741A - 基于光纤复合架空地线的输电线路故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于光纤复合架空地线的输电线路故障定位方法，当故障发生时，测量装置在检测到初始电压行波信号后即刻启动一个光电转换装置，反射一个光脉冲通过光纤复合架空地线传到对侧站，利用对侧站接收到初始故障行波信号和反射回的光波信号的时间差，计算行波从故障点到变电站的时间，从而计算出故障点位置。本发明的优点是：同传统的单端行波测距相比用光波信号代替了单端行波测距法的电压反射波，无需考虑反射波在线路传播中的色散问题，同双端行波测距相比，本技术只需要在变电站装设一个短期时钟进行数据采集计时，完全不依靠GPS定位技术，也无需用GPS类绝对时钟的时间差，这使得它比传统的行波测距技术有着更好的故障检测和精确定位效果。

Description

基于光纤复合架空地线的输电线路故障定位方法

技术领域

本发明涉及电力系统及其自动化领域，具体涉及基于光纤复合架空地线的输电线路故障定位方法。

背景技术

在电力系统中，架空线路是重要的组成部分，是国家经济快速发展的前提条件。架空线路发生故障将直接威胁电力系统的可靠运行，对国家经济造成重大损失。因此，及时准确的消除架空线路故障并清除各种隐患十分重要。

在过去，对于架空线路故障检测主要是故障分析法与行波法两类。故障分析法是线路故障时，由系统相关参数和测距点的电流、电压列出测距方程，进行分析计算，求出故障点与测距点的距离。实际工程中故障分析法受故障点过渡电阻、线路参数等因素影响，测量精度往往不能让人满意。行波法是根据故障行波在输电线上传播时行波时间与距离相对应的关系算出故障点位置。这需要在检测过程中依靠GPS或GPS类绝对时钟的时间差进行故障定位，定位精度差且不可预期，不太适应电力生产以及可靠供电的需要。

发明内容

针对现有故障定位技术的不足，本发明的目的在于提供基于光纤复合架空地线的输电线路故障定位方法，可以保证在不增加检测设备复杂性的基础上，提高输电线路故障测距的精度和可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：基于光纤复合架空地线的输电线路故障定位方法，在发生故障的线路两端的A和B变电站分别安装光电转换装置及短期精密时钟，利用B变电站的时钟进行定位，包括以下步骤：

1)故障后，行波向两端传播，当A变电站接到故障脉冲信号后，即刻通过

电光转换反射光脉冲沿OPGW传向B变电站，设电光转换装置的动作时延

T_y为常数；

2)在B变电站，安装一个精密时钟，精度为10ns，记录从故障点传播到B

变电站的故障脉冲与A端传过来光脉冲的时间差T_D，设光电转换装置的动

作时延T_z为常数；

设光在OPGW中传播的速度为v₁，行波在导线中传播的速度为v₂，光在A、

B变电站OPGW上的总传播时间为T，由此可得：

(T₁+T₂)v₂＝v₁*T    (1)

ξ＝v₁/v₂    (2)

假设光脉冲在OPGW上传播到M点时，B变电站接收到初始故障脉冲信号，

B站时钟开始记时；当B变电站接收到A变电站反射过来的光脉冲，B站时

钟停止记时，设此段时间为T_D；光脉冲从A变电站传输到M点的时间为T_m；

T₁+T_y+T_m＝T₂    (3)

T_m+T_D+T_z＝T    (4)

联立式(1)～式(4)得：

$T_1=\frac{T(\mathrm{\ξ}-1)-T_y+T_D+T_z}{2}---\left(5\right)$

$T_2=\frac{T(\mathrm{\ξ}+1)-T_y+T_D+T_z}{2}---\left(6\right)$

故障点距A变电站的距离为L＝T₁*v₂。

优选的，所述步骤1)中在A侧变电站安装一个电光转换装置，将接收到的故障脉冲信号转化成光信号

优选的，所述光信号通过OPGW中的光纤传递到B侧变电站

优选的，所述步骤2)中在B侧变电站安装一个光电装换装置，将接收到的光信号转化成电信号

优选的，所述步骤2)中在B侧变电站安装一个短期精密时钟，记录从故障点传播到B变电站的故障脉冲与A端传过来光脉冲的时间差

与现有技术相比，本发明的优点是：与传统的单端行波测距相比，该方法用光波信号代替了单端行波测距法的电压反射波，无需考虑反射波在线路传播中的色散问题，与双端行波测距相比，该方法只需要在变电站装设一个短期时钟进行数据采集计时，完全不依靠GPS定位技术，也无需用GPS类绝对时钟的时间差，利用光电传播时间差来进行输电线路的故障检测和定位不仅简单易算而且准确度较高，目前，光纤复合架空地线在我国电力系统中的应用已经有相当大的基数，因此将其应用到架空线路的故障检测方面，有着其非常大的理论意义和实际使价值。

附图说明

图1所示是本发明基于光纤复合架空地线的输电线路故障定位方法原理示意图；

图2所示是本发明基于光纤复合架空地线的信号传播过程图；

图3所示是本发明基于光纤复合架空地线的光信号发射电路；

图4所示是本发明基于光纤复合架空地线的光信号接收电路。

具体实施方式

参阅图1为本发明基于光纤复合架空地线的输电线路故障定位方法的实施例，线路在O点发生故障，行波(电压和电流)向两端传播。在A、B变电站分别安装光电转换装置及短期精密时钟，如果利用B变电站的端时钟进行定位，其过程如下：

(1)故障后，行波向两端传播，在A侧变电站安装一个电光转换装置，将接收到的故障脉冲信号转化成光信号，当A变电站接到故障脉冲信号后，即刻通过电光转换反射光脉冲沿OPGW中的光纤传递到B变电站，设电光转换装置的动作时延为T_y为常数。

(2)在B变电站安装一个光电装换装置，将接收到的光信号转化成电信号，B侧变电站再安装一个短期精密时钟，记录从故障点传播到B变电站的故障脉冲与A端传过来光脉冲的时间差，精度为10ns，记录从故障点传播到B变电站的故障脉冲与A端传过来光脉冲的时间差T_D，设光电转换装置的动作时延T_z为常数。

设光在OPGW中传播的速度为v₁，行波在导线中传播的速度为v₂，光在A、B变电站OPGW上的总传播时间为T，该量很容易在正常情况下通过两端的通讯得知，由此可得：

(T₁+T₂)v₂＝v₁*T    (1)

ξ＝v₁/v₂    (2)

假设光脉冲在OPGW上传播到M点时，B变电站接收到初始故障脉冲信号，B站时钟开始记时。当B变电站接收到A变电站反射过来的光脉冲，B站时钟停止记时，设此段时间为T_D。光脉冲从A变电站传输到M点的时间为T_m。

T₁+T_y+T_m＝T₂    (3)

T_m+T_D+T_z＝T    (4)

联立式(1)～式(4)得：

$T_1=\frac{T(\mathrm{\ξ}-1)-T_y+T_D+T_z}{2}---\left(5\right)$

$T_2=\frac{T(\mathrm{\ξ}+1)-T_y+T_D+T_z}{2}---\left(6\right)$

故障点距A变电站的距离为L＝T₁*v₂。在工程实际中v₂＝1/LC(L、C分别是单位长度导线的电感和电容值)。从而确定线路中故障点的位置。

如图2所示为基于光纤复合架空地线的信号传播过程图，在基于光纤复合架空地线技术而进行输电线路的故障测距与定位的设计想法中，电、光间的相互转换技术的合理应用能够使测量结果更加的准确。实际上，在光纤通信系统中，光发射器是个电光转换器，把所需要的电信号转换成光信号的装置，然后，另一端的光接收器是光电转换器，将接收到的光信号再次转换成电信号进行信号的分析和利用。

在光纤传输系统中，高效、准确的电信号向光信号之间的转换对于信号的传输和后续电路信号的不失真利用都至关重要。电信号的信息被加载到光波之上，电光转换器就是可以将要利用的电信号经过光电转换器件变成光信号，以便于这个信号在光纤上的传输。光电转换器件一般采用的是发光二极管来实现转换功能的。

如图3所示，发光二极管用在光纤通信系统的发射端，在电信号转换成光信号之前，还需要一些前期的处理，对电信号进行阻抗变换、放大、调制等处理后，再利用发光二极管转换成光信号，然后被传输和供后续电路利用。

如图4所示，光电二极管用在光纤通讯系统的接收端，光电二极管的输出电流相对来说是非常小的，得到的电压驱动能力在应用中是很有限的。所以在实际应用时，电路中要求接个放大的电路以便后续的电路可以更加准确、有效地接收、利用并处理这个信号。

与传统的单端行波测距相比，该方法用光波信号代替了单端行波测距法的电压反射波，无需考虑反射波在线路传播中的色散问题，与双端行波测距相比，该方法只需要在变电站装设一个短期时钟进行数据采集计时，完全不依靠GPS定位技术，也无需用GPS类绝对时钟的时间差，利用光电传播时间差来进行输电线路的故障检测和定位不仅简单易算而且准确度较高，目前，光纤复合架空地线在我国电力系统中的应用已经有相当大的基数，因此将其应用到架空线路的故障检测方面，有着其非常大的理论意义和实际使价值。

如果利用A变电站的端时钟进行定位原理与上述方法相同。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (5)

1.基于光纤复合架空地线的输电线路故障定位方法，其特征在于：在发生故障的线路两端的A和B变电站分别安装光电转换装置及短期精密时钟，利用B变电站的时钟进行定位，包括以下步骤：

1)故障后，行波向两端传播，当A变电站接到故障脉冲信号后，即刻通过电光转换反射光脉冲沿OPGW传向B变电站，设电光转换装置的动作时延T_y为常数；

2)在B变电站，安装一个精密时钟，精度为10ns，记录从故障点传播到B变电站的故障脉冲与A端传过来光脉冲的时间差T_D，设光电转换装置的动作时延T_z为常数；

设光在OPGW中传播的速度为v₁，行波在导线中传播的速度为v₂，光在A、B变电站OPGW上的总传播时间为T，由此可得：

(T₁+T₂)v₂＝v₁*T                         (1)

ξ＝v₁/v₂                                (2)

假设光脉冲在OPGW上传播到M点时，B变电站接收到初始故障脉冲信号，B站时钟开始记时；当B变电站接收到A变电站反射过来的光脉冲，B站时钟停止记时，设此段时间为T_D；光脉冲从A变电站传输到M点的时间为T_m；

T₁+T_y+T_m＝T₂                         (3)

T_m+T_D+T_z＝T                          (4)

联立式(1)～式(4)得：

$T_1=\frac{T(\mathrm{\ξ}-1)-T_y+T_D+T_z}{2}---\left(5\right)$

$T_2=\frac{T(\mathrm{\ξ}+1)+T_y-T_D-T_z}{2}---\left(6\right)$

故障点距A变电站的距离为L＝T₁*v₂。

2.如权利要求1所述的基于光纤复合架空地线的输电线路故障定位方法，其特征在于：所述步骤1)中在A侧变电站安装一个电光转换装置，将接收到的故障脉冲信号转化成光信号。

3.如权利要求2所述的基于光纤复合架空地线的输电线路故障定位方法，其特征在于：所述光信号通过OPGW中的光纤传递到B侧变电站。

4.如权利要求1所述的基于光纤复合架空地线的输电线路故障定位方法，其特征在于：所述步骤2)中在B侧变电站安装一个光电装换装置，将接收到的光信号转化成电信号。

5.如权利要求1所述的基于光纤复合架空地线的输电线路故障定位方法，其特征在于：所述步骤2)中在B侧变电站安装一个短期精密时钟，记录从故障点传播到B变电站的故障脉冲与A端传过来光脉冲的时间差。