CN104698338A - 一种电力架空线路故障行波定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力架空线路故障行波定位方法，⑴线路处于分闸状态，在线路首端和末端安装行波采集装置；⑵在线路首端合闸，产生行波信号，行波采集装置分别测量行波信号于线路首端和到达待检测线路末端的时间，计算二者的时间差ΔT₁，即行波传输时间为：ΔT＝|ΔT₁|；⑶实时监测正常运行的线路首端和末端行波信号的到达时间，计算行波信号到达线路首端与末端的时间差ΔT₂；⑷线路的继电保护装置跳闸，判断线路发生故障；⑸计算故障点与线路首端的距离所占待检测线路总长度的比例；⑹计算各杆塔位置与线路首端之间的距离所占线路总长度之比，即为杆塔相对位置；⑺确定最接近Y的杆塔相对位置，即可确定故障点位于该杆塔相对位置的附近。本发明故障点定位精度高。

Description

一种电力架空线路故障行波定位方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术，特别涉及一种电力架空线路故障定位方法。

背景技术

双端行波定位法是目前用于高压电力线路故障定位的常用方法，因其具有可靠、定位精度高、不受故障类型和过渡电阻影响的优点，在电力系统得到了广泛的应用。双端行波定位法是利用线路内部故障产生的初始行波到达线路两端测量点时的绝对时刻之差计算故障点到两端测量点之间的距离。其基本原理为：设线路MN故障后产生的初始行波以相同的速度v传播，到达M端和N端的绝对时刻分别为T1和T2，以M端为参考端，则故障点到M端的距离D可以表示为：D＝1/2[v×(T1-T2)+L]，式中：L为线路的长度。

从上式可以看出，双端行波定位法需要整定线路长度和行波波速，因此会存在以下缺陷：

⑴电力架空线路的长度受热胀冷缩、弧垂、老化等因素影响，准确整定其长度困难，会产生误差，长度整定误差势必会给行波定位带来误差，误差严重时可达1km。

⑵实际行波波速受到线路参数、频变及地理位置、气候等诸多因素的影响，具有不确定性，同样存在准确整定困难的问题，也会给行波定位带来误差。

综上，电力架空线路长度和行波波速整定产生的误差均会影响电力线路故障行波定位的精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种易于操作、成本低、故障点定位精度高的电力架空线路故障行波定位方法。

本发明的目的通过如下的技术方案来实现：一种电力架空线路故障行波定位方法，其特征在于具体包括以下步骤：

⑴待检测线路处于分闸状态，在待检测线路的首端和末端分别安装行波采集装置；

⑵在待检测线路的首端合闸，产生行波信号，行波信号从待检测线路首端向末端传输，行波采集装置分别测量行波信号于待检测线路首端和到达待检测线路末端的时间，计算二者的时间差ΔT₁，即行波传输时间为：ΔT＝|ΔT₁|；

⑶实时监测正常运行的待检测线路首端和末端行波信号的到达时间，计算行波信号到达待检测线路首端与末端的时间差ΔT₂；

⑷待检测线路的继电保护装置跳闸，判断待检测线路发生故障；

⑸计算故障点与待检测线路首端的距离所占待检测线路总长度的比例Y：

$Y=0.5+\frac{\mathrm{\Δ}{T}_2}{2\mathrm{\ΔT}}$      公式(1)

ΔT₂：继电保护装置跳闸时计算得到的行波信号到达待检测线路首端与末端的时间差；

⑹计算用于架设待检测线路的各杆塔位置与待检测线路首端之间的距离所占待检测线路总长度之比，即为杆塔相对位置；

⑺确定最接近Y的杆塔相对位置，即可确定故障点位于该杆塔相对位置的附近，实现故障点的定位。

本发明利用行波传输时间与传输距离的线性关系，根据故障点行波信号到达待检测线路首端与末端的时间差计算故障点的位置，故障点定位精度高。解决了现有双端行波定位法需要线路长度和行波波速的整定所带来的电力线路故障行波定位存在较大误差的问题。

作为本发明的一种实施方式，在所述步骤⑶中：

a.若ΔT-ΔT_set≤|ΔT₂|≤ΔT+ΔT_set,判断为待检测线路以外的线路发生故障或倒闸，对ΔT进行重新赋值为ΔT＝|ΔT₂|，ΔT_set为整定值，ΔT_set的取值范围为[0.1μs，2μs]；

b.若|ΔT₂|＜ΔT-ΔT_set|或者|ΔT₂|＞ΔT+ΔT_set，不对ΔT进行重新赋值。

与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：

⑴本发明利用行波传输时间与传输距离的线性关系，根据故障点产生的故障行波到达待检测线路首端与末端的时间差计算故障点的位置，故障点的定位结果不受线路长度和波速的影响，而对于现有的行波定位方法，线路长度和波速的微小改变都会给行波定位造成较大误差，在相同条件下，本发明提出的方法远远小于现有双端行波定位法所产生的误差，故障点定位精度高。

⑵本发明易于操作、成本低，仅需待检测线路两端行波采集装置记录行波信号到达的准确时间，而无需波速和线路长度整定，易于实现。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的流程框图；

图2是本发明待检测线路上行波传输示意图；

图3是本发明故障点相对位置与行波传输时差关系的平面图；

图4是本发明在待检测线路首端测量的故障行波波形图；

图5是本发明在待检测线路末端测量的故障行波波形图。

具体实施方式

如图1～5所示，是本发明一种电力架空线路故障行波定位方法，具体包括以下步骤：

⑴待检测线路MN处于分闸状态，在待检测线路MN的首端M和末端N分别安装行波采集装置1，首端M和末端N可根据具体情况进行设定；

⑵在待检测线路的首端M合闸开关2，假定合闸之前的待检测线路没有故障，产生行波信号，行波信号从待检测线路首端向末端传输，行波采集装置1分别测量行波信号于待检测线路首端M和到达待检测线路末端N的时间，计算二者的时间差ΔT₁，即行波传输时间为：ΔT＝|ΔT₁|；

在本实施例中，在待检测线路首端的行波采集装置1测量的行波信号到达时间为t_M＝0μs，在待检测线路末端的行波采集装置1测量的行波信号到达时间为t_N＝27.4μs，二者的时间差ΔT₁，行波传输时间为：ΔT＝|ΔT₁|＝|t_M-t_N|＝27.4μs。

⑶实时监测正常运行的待检测线路首端和末端行波信号的到达时间，计算行波信号到达待检测线路首端与末端的时间差ΔT₂；

⑷待检测线路的继电保护装置跳闸，判断待检测线路发生故障；

⑸计算故障点与待检测线路首端的距离所占待检测线路总长度的比例Y：

$Y=0.5+\frac{\mathrm{\Δ}{T}_2}{2\mathrm{\ΔT}}$      公式(1)

ΔT₂：继电保护装置跳闸时计算得到的行波信号到达待检测线路首端与末端的时间差；

如图2所示，公式(1)按照以下原理和计算过程得到：

当线路MN上距离首端M 3.7km处F点发生A相故障后，故障点产生的故障行波以一定的速度v向线路的首端M和末端N两端传播，故障行波到达线路首端M与末端N的时间分别为t_M＝13.3μs、t_N＝15μs，ΔT₂＝t_M-t_N＝-1.7μs。

根据双端行波定位原理，故障点F到线路首端M的距离L_FM为：

$L_{\mathrm{FM}}=\frac{\mathrm{v\Δ}{T}_2+L_{\mathrm{MN}}}{2}$      公式(2)

式中L_MN为线路MN的总长度：

L_MN＝v×ΔT      公式(3)

故障点与线路首端M的距离占线路MN的总长度的比例Y为：

$Y=\frac{L_{\mathrm{FM}}}{L_{\mathrm{MN}}}$        公式(4)

化简公式(2)～(4)得到公式(1)：

$Y=0.5+\frac{\mathrm{\Δ}{T}_2}{2\mathrm{\ΔT}}$        公式(1)

由公式(1)可知，故障点至线路首端M的距离占线路总长度L_MN的比例Y与线路长度、波速无关。

将ΔT＝27.4μs，ΔT₂＝-1.7μs代入公式(1)得到Y＝0.469。

如图3所示，以下进一步说明公式(1)，首先，定义故障点与线路首端M的距离占线路总长度的比例Y为故障点的相对位置。由行波的传输理论可知，行波的传输距离与传输时间成正比，即呈线性关系。当线路首端M发生故障，即故障点到线路M端的距离占线路总长度的比例为0，故障行波到达线路首端M和末端N的时间差为-ΔT；当线路末端N发生故障时，即故障点与首端M的距离占线路总体长度的比例为1，故障行波到达线路首端M和末端N的时间差为ΔT。当线路上的任意位置发生故障，故障行波到达线路首端M和末端N的时间差ΔT₂的取值范围为-ΔT≤ΔT₂≤ΔT，根据线性函数的差值原理，则故障点和线路首端M之间的距离占线路总长度的比例为：这与公式(1)一致。

⑹计算用于架设待检测线路的各杆塔位置与待检测线路首端之间的距离所占待检测线路总长度之比，即为杆塔相对位置；

实际电网中电力架空线路的总体长度是各杆塔实测间距之和，根据各杆塔的位置计算各杆塔至位于线路首端M的行波采集装置的距离占该线路总体长度之比，即为杆塔相对位置Y1，列成表，如下表所示：

(表1)

⑺确定最接近Y的杆塔相对位置，即可确定故障点位于该杆塔相对位置的附近，实现故障点的定位。

当线路发生故障，由公式(1)计算Y值，并确定最靠近故障点的杆塔，估测出故障点的位置。

在本实施例中，由公式(1)计算得到Y＝0.469，与表1中的编号37的杆塔的杆塔相对位置(Y1＝0.468)最接近，由此可确定故障点位于该编号37的塔杆附近。因此，误差不会超过相邻两个杆塔之间的距离，定位精度高。

在步骤⑶中：

a.若ΔT-ΔT_set≤|ΔT₂|≤ΔT+ΔT_set,判断为待检测线路以外的线路发生故障或倒闸，对ΔT进行重新赋值为ΔT＝|ΔT₂|，ΔT_set为整定值，考虑测量误差等因素，ΔT_set的取值范围为[0.1μs，2μs]；

b.若|ΔT₂|＜ΔT-ΔT_set或者|ΔT₂|＞ΔT+ΔT_set，不对ΔT进行重新赋值。

本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (2)

1.一种电力架空线路故障行波定位方法，其特征在于具体包括以下步骤：

⑴待检测线路处于分闸状态，在待检测线路的首端和末端分别安装行波采集装置；

⑵在待检测线路的首端合闸，产生行波信号，行波信号从待检测线路首端向末端传输，行波采集装置分别测量行波信号于待检测线路首端和到达待检测线路末端的时间，计算二者的时间差ΔT₁，即行波传输时间为：ΔT＝|ΔT₁|；

⑶实时监测正常运行的待检测线路首端和末端行波信号的到达时间，计算行波信号到达待检测线路首端与末端的时间差ΔT₂；

⑷待检测线路的继电保护装置跳闸，判断待检测线路发生故障；

⑸计算故障点与待检测线路首端的距离所占待检测线路总长度的比例Y：

$Y=0.5+\frac{{\mathrm{\ΔT}}_2}{2\mathrm{\ΔT}}$     公式(1)

ΔT₂：继电保护装置跳闸时计算得到的行波信号到达待检测线路首端与末端的时间差；

⑹计算用于架设待检测线路的各杆塔位置与待检测线路首端之间的距离所占待检测线路总长度之比，即为杆塔相对位置；

⑺确定最接近Y的杆塔相对位置，即可确定故障点位于该杆塔相对位置的附近，实现故障点的定位。

2.根据权利要求1所述的电力架空线路故障行波定位方法，其特征在于：在所述步骤⑶中：

a.若ΔT-ΔT_set≤|ΔT₂|≤ΔT+ΔT_set,判断为待检测线路以外的线路发生故障或倒闸，对ΔT进行重新赋值为ΔT＝|ΔT₂|，ΔT_set为整定值，ΔT_set的取值范围为[0.1μs，2μs]；

b.若|ΔT₂|＜ΔT-ΔT_set或者|ΔT₂|＞ΔT+ΔT_set，不对ΔT进行重新赋值。