CN104635116A - 一种基于故障初始波头的三角环网行波故障双端测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种基于故障初始波头的三角环网行波故障双端测距方法，属电力系统继电保护技术领域。本方法为：对由三个变电站之间输电线路组成的三角环网，其中仅有两个变电站安装了行波测距装置，即仅有一回线路能够组成双端测距，当只有一端变电站安装了行波测距装置的输电线路发生故障后，故障初始电流行波经过折反射分别到达该端变电站母线和相邻健全线路的对端变电站母线，通过采集故障初始电流行波到达母线量测端的时间，再求其时间差，最后利用三角环网各条线路全长及经验波速计算故障距离。理论分析和仿真结果表明本方法不受故障瞬时性以及过渡电阻的影响，测距结果准确可靠。

Description

一种基于故障初始波头的三角环网行波故障双端测距方法

技术领域

本发明为一种基于故障初始波头的三角环网行波故障双端测距方法，属电力系统继电保护技术领域。

背景技术

输电线路距离长、跨度大，各种故障时有发生。快速、准确地确定线路故障位置，有助于减轻现场运维人员的巡线负担，缩短故障修复时间，减少系统停电损失，同时对发现的输电线路潜在隐患和薄弱环节改进和加强防护，可有效保证电力系统运行的稳定运行。

行波测距分为单端法和双端法，是利用故障行波在母线与故障点之间的传播时间来测定故障距离，其测距精度较高，适用范围较广。由于行波在特征阻抗不连续处的折反射情况较复杂，使得第二个行波波头难以识别，导致单端法应用较少；双端法依靠线路两端行波数据的首波头信息即可进行定位，受过渡电阻、通道噪声的影响小，定位可靠性高，但从拓扑扑结构上看，需成对配置，成本较高。在三角环网中，为实现三条线路都能进行双端测距，若在三个变电站都装设行波测距装置会导致投入资金太高，经济性不好，因此有必要考虑在保证能够对三角环网所有线路进行监测的基础上，减少行波测距装置数量的有效方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服传统单端法受行波在特征阻抗不连续处折反射的影响，使第二个行波波头难以识别，以及传统双端法需成对配置行波测距装置，使测距成本较高的局限，提出一种基于故障初始波头的三角环网行波故障双端测距方法。

本发明的技术方案是：一种基于故障初始波头的三角环网行波故障双端测距方法，其特征在于：对由三个变电站之间输电线路组成的三角环网，其中仅有两个变电站安装了行波测距装置，即仅有一回线路能够组成双端测距，当只有一端变电站安装了行波测距装置的输电线路发生故障后，故障初始电流行波经过折反射分别到达该端变电站母线和相邻健全线路的对端变电站母线，通过采集故障初始电流行波到达母线量测端的时间，再求其时间差，最后利用三角环网各条线路全长及经验波速计算故障距离。

具体步骤为：

(1)故障首波头时间的确定：三角环网中仅有两个变电站安装了行波测距装置，即仅有一回线路能够组成双端测距，当只有一端变电站安装了行波测距装置的输电线路发生故障后，故障初始行波从故障点出发沿故障线路两端传播，安装了行波测距装置的变电站量测端获得故障初始波头时间，记为t₁；故障点另一侧向故障线路对端母线传播的初始行波到达对端母线后又透射到相邻的健全线路上，因此健全线路的对端母线量测端也能感受到故障初始行波，其波头时间记为t₂；

(2)首波头时间差的求取：根据(1)中找出的两次故障首波头的时间t₁，t₂，求取时间差为Δt＝t₁-t₂；

(3)故障定位：按照公式x＝(v·Δt+l+l’)/2进行故障位置的计算；

其中，l为故障线路的长度；l’为沿故障点另一侧传播的故障初始行波折射到的相邻健全线路长度；x为故障点距故障线路上安装了行波测距装置的变电站母线的距离；v为波速。

本发明的原理是：

1、故障初始波头时间差的求取

对由三个变电站之间输电线路组成的三角环网，其中仅有两个变电站安装了行波测距装置，即仅有一回线路能够组成双端测距，当只有一端变电站安装了行波测距装置的输电线路发生故障后，故障初始行波从故障点出发沿故障线路两端传播，安装了行波测距装置的变电站量测端获得故障初始波头时间，记为t₁；故障点另一侧向故障线路对端母线传播的初始行波到达对端母线后又透射到相邻的健全线路上，因此健全线路的对端母线量测端也能感受到故障初始行波，其波头时间记为t₂。求取其时间差：

Δt＝t₁-t₂  (1)

其中，l为故障线路的长度；l’为沿故障点另一侧传播的故障初始行波折射到的相邻健全线路长度；x为故障点距故障线路上安装了行波测距装置的变电站母线的距离；v为波速。

2、故障定位：

根据公式(2)计算故障距离。

x＝(v·Δt+l₂+l₃)/2  (2)

其中，l为故障线路的长度；l’为沿故障点另一侧传播的故障初始行波折射到的相邻健全线路长度；x为故障点距故障线路上安装了行波测距装置的变电站母线的距离；v为波速。

本发明的有益效果是：利用故障初始波头时间差进行双端故障测距，其原理简单，且故障的精确定位不受故障瞬时性、故障过渡电阻变化等因素的影响。

附图说明

图1为实施例1、实施例2、实施例3的三角环网结构图；

图2为实施例1中线路l₂故障时量测端TA₁获得的电流行波；

图3为实施例1中线路l₂故障时量测端TA₂获得的电流行波；

图4为实施例2中线路l₂故障时量测端TA₁获得的电流行波；

图5为实施例2中线路l₂故障时量测端TA₂获得的电流行波；

图6为实施例3中线路l₂故障时量测端TA₁获得的电流行波；

图7为实施例3中线路l₂故障时量测端TA₂获得的电流行波。

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。

一种基于故障初始波头的三角环网行波故障双端测距方法，其特征在于：对由三个变电站之间输电线路组成的三角环网，其中仅有两个变电站安装了行波测距装置，即仅有一回线路能够组成双端测距，当只有一端变电站安装了行波测距装置的输电线路发生故障后，故障初始电流行波经过折反射分别到达该端变电站母线和相邻健全线路的对端变电站母线，通过采集故障初始电流行波到达母线量测端的时间，再求其时间差，最后利用三角环网各条线路全长及经验波速计算故障距离。

具体步骤为：

(1)故障首波头时间的确定：三角环网中仅有两个变电站安装了行波测距装置，即仅有一回线路能够组成双端测距，当只有一端变电站安装了行波测距装置的输电线路发生故障后，故障初始行波从故障点出发沿故障线路两端传播，安装了行波测距装置的变电站量测端获得故障初始波头时间，记为t₁；故障点另一侧向故障线路对端母线传播的初始行波到达对端母线后又透射到相邻的健全线路上，因此健全线路的对端母线量测端也能感受到故障初始行波，其波头时间记为t₂；

(2)首波头时间差的求取：根据(1)中找出的两次故障首波头的时间t₁，t₂，求取时间差为Δt＝t₁-t₂；

(3)故障定位：按照公式x＝(v·Δt+l+l’)/2进行故障位置的计算；

其中，l为故障线路的长度；l’为沿故障点另一侧传播的故障初始行波折射到的相邻健全线路长度；x为故障点距故障线路上安装了行波测距装置的变电站母线的距离；v为波速。

实施例1：

如图1所示由变电站M、N、P组成的三角环网，仅有变电站M和N安装了行波测距装置。各条线路长度分别为：l₁＝120km，l₂＝90km，l₃＝80km。假设线路l₂距离变电站N端50km处发生A相接地故障，故障初始角为90°，过渡电阻为10Ω，采样率为1MHz。

量测端TA₁获得的电流行波如图2所示，找出故障初始行波到达变电站N端后量测端TA₁获得的故障波头时间t₁＝0.162167s；量测端TA₂获得的电流行波如图3所示，找出故障初始行波到达变电站P端并经母线P透射到健全线路l₃后量测端TA₂获得的故障波头时间t₂＝0.162392s，求取其时间差Δt＝t₁-t₂＝-0.000225s，v取为经验波速，大小为2.98×10⁸m/s；最后利用公式(2)计算故障距离x＝(v·Δt+l₂+l₃)/2＝51.475km。

实施例2：

如图1所示由变电站M、N、P组成的三角环网，仅有变电站M和N安装了行波测距装置。各条线路长度分别为：l₁＝120km，l₂＝90km，l₃＝80km。假设线路l₂距离变电站N端65km处发生A相接地故障，故障初始角为60°，过渡电阻为10Ω，采样率为1MHz。

量测端TA₁获得的电流行波如图4所示，找出故障初始行波到达变电站N端后量测端TA₁获得的故障波头时间t₁＝0.160630；量测端TA₂获得的电流行波如图5所示，找出故障初始行波到达变电站P端并经母线P透射到健全线路l₃后量测端TA₂获得的故障波头时间t₂＝0.160768，求取其时间差Δt＝t₁-t₂＝-0.000138s，v取为经验波速，大小为2.98×10⁸m/s；最后利用公式(2)计算故障距离x＝(v·Δt+l₂+l₃)/2＝64.438km。

实施例3：

如图1所示由变电站M、N、P组成的三角环网，仅有变电站M和N安装了行波测距装置。各条线路长度分别为：l₁＝120km，l₂＝90km，l₃＝80km。假设线路l₂距离变电站N端30km处发生A相接地故障，故障初始角为60°，过渡电阻为10Ω，采样率为1MHz。

量测端TA₁获得的电流行波如图6所示，找出故障初始行波到达变电站N端后量测端TA₁获得的故障波头时间t₁＝0.160514s；量测端TA₂获得的电流行波如图7所示，找出故障初始行波到达变电站P端并经母线P透射到健全线路l₃后量测端TA₂获得的故障波头时间t₂＝0.160879s，求取其时间差Δt＝t₁-t₂＝-0.000365s，v取为经验波速，大小为2.98×10⁸m/s；最后利用公式(2)计算故障距离x＝(v·Δt+l₂+l₃)/2＝30.615km。

以上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)

1.一种基于故障初始波头的三角环网行波故障双端测距方法，其特征在于：对由三个变电站之间输电线路组成的三角环网，其中仅有两个变电站安装了行波测距装置，即仅有一回线路能够组成双端测距，当只有一端变电站安装了行波测距装置的输电线路发生故障后，故障初始电流行波经过折反射分别到达该端变电站母线和相邻健全线路的对端变电站母线，通过采集故障初始电流行波到达母线量测端的时间，再求其时间差，最后利用三角环网各条线路全长及经验波速计算故障距离。

2.根据权利要求1所述的基于故障初始波头的三角环网行波故障双端测距方法，其特征在于具体步骤为：

(1)故障首波头时间的确定：三角环网中仅有两个变电站安装了行波测距装置，即仅有一回线路能够组成双端测距，当只有一端变电站安装了行波测距装置的输电线路发生故障后，故障初始行波从故障点出发沿故障线路两端传播，安装了行波测距装置的变电站量测端获得故障初始波头时间，记为t₁；故障点另一侧向故障线路对端母线传播的初始行波到达对端母线后又透射到相邻的健全线路上，因此健全线路的对端母线量测端也能感受到故障初始行波，其波头时间记为t₂；

(2)首波头时间差的求取：根据(1)中找出的两次故障首波头的时间t₁，t₂，求取时间差为Δt＝t₁-t₂；

(3)故障定位：按照公式x＝(v·Δt+l+l’)/2进行故障位置的计算；

其中，l为故障线路的长度；l’为沿故障点另一侧传播的故障初始行波折射到的相邻健全线路长度；x为故障点距故障线路上安装了行波测距装置的变电站母线的距离；v为波速。