CN105223472B - 一种基于多源数据集合论的高压输电线路故障定位方法 - Google Patents

一种基于多源数据集合论的高压输电线路故障定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于多源数据集合论的高压输电线路故障定位方法，该方法在线路发生故障时，根据故障的位置信息，查询线路缺陷信息，以及气象系统等实时信息，确定真正的故障位置及引起线路故障的实际原因，从而提出解决建议，能极大地缩短工作人员处理故障的时间，减少该故障带来的经济损失。

Description

一种基于多源数据集合论的高压输电线路故障定位方法
技术领域
本发明涉及电力系统高压输电领域，特别是涉及一种基于多源数据集合论的高压输电线路故障定位方法。
背景技术
我国经济不断发展，对电力供应的要求也越来越高，因此电力工业也相应社会要求不断向前发展。为了保证沿海电力负荷密集地区有充足的电能供应，当今南方电网已经形成“七条直流、八条交流”15条500千伏及以上的西电东送大通道，线路长度都在1000公里以上，由于线路较长，因此线路走廊上发生故障概率较大。这些绵长的输电线路肩负着连接西部资源丰富地区与东部电力负荷中心的重任，电压等级较高，输电容量大，在电力系统中占据着极其重要的位置，对线路故障点进行快速定位十分必要。
当前通用的线路故障位置识别方法是依赖架空线上的行波测距，其数据来源单一，并且行波在线路上会经过多次的折射与反射，使行波波形在经过多次衰减与重叠后变得相对复杂，导致测距装置后台会计算出多个可能的故障位置，导致测距失败；有时候同一线路安装了不同厂家开发的故障测距装置，会给出的不同的故障位置，导致无法确定真正的故障位置；某些线路段甚至根本没有安装故障测距装置；这些因素对线路运行单位迅速判断故障位置、组织线路检修人员快速处理线路故障造成了较大的障碍。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于多源数据集合论的高压输电线路故障定位方法，以快速综合多方面的信息，快速判断线路真正的故障位置。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种基于多源数据集合论的高压输电线路故障定位方法，包括：
步骤A、在故障触发线路跳闸后，用行波测距获得所有的疑似故障点或者整段跳闸线路位置；
步骤B、判断所述线路跳闸是否属于联调，若否，则进行以下步骤；
步骤C、查询在所述的各个疑似故障点或者整段跳闸线路位置附近发生的相关外部灾害，并求取在所述的外部灾害影响下，线路可能发生故障的位置；
步骤D、查询线路的各个缺陷，并求取在线路自身缺陷的影响下，线路可能发生故障的位置；
步骤E、综合所述的外部灾害和线路自身缺陷可能引起的线路故障位置，给出最可能的故障位置。
利用上述技术方案，当线路故障发生时，可以迅速综合线路缺陷、气象和地质等信息，快速判断真正的故障位置，为故障抢修节省了许多时间，减少了对于人力物力的过多消耗，为迅速解除故障，减少故障停电时间提供了极大的帮助。
所述步骤C包括：
分别将各个疑似故障点或整段跳闸线路位置的位置转换为经纬度坐标；
查询与线路相关的气相及地质监测系统，分别找出在线路跳闸时所述的各个经纬度坐标处发生的可能危害线路安全的外部灾害；
依次划定各个疑似故障点或整段跳闸线路位置的线路边界，及相应的外部灾害的影响范围，并计算所述线路边界和影响范围的重叠面积；
以所述重叠面积与疑似故障点或整段跳闸线路位置的线路边界的面积比为线路跳闸对外部灾害的隶属度，各个疑似故障点或整段跳闸线路位置对外部灾害的隶属度的集合构成外部隶属函数；
将所述外部隶属函数与线路运行历史记录的各个疑似故障点或整段跳闸线路位置出现各个外部灾害的概率相结合，得出外部灾害可能引起的线路故障位置。
其中，所述的将疑似故障点或整段跳闸线路位置的位置转换为经纬度坐标的步骤包括：
获取与所述疑似故障点或整段跳闸线路位置最近的两个杆塔的经纬度，记为杆塔B(x1，y1)和杆塔C(x2，y2)，以及所述疑似故障点或整段跳闸线路位置到杆塔B的距离l、杆塔B与杆塔C之间的距离L；
将所述疑似故障点或整段跳闸线路位置和两个杆塔所处的地面近似为平面，联立方程组
解所述方程组，求出疑似故障点或整段跳闸线路位置的经纬度坐标(x，y)。
所述步骤D包括：
查询出线路的各个缺陷，并构建为缺陷隶属函数；
将所述的缺陷隶属函数与线路所在地区对应缺陷引起故障的概率相结合，得出线路在自身缺陷影响下可能出现故障的位置。
所述的外部灾害包括山火、落雷、台风和线路覆冰。
本发明的优点是：
1、当线路发生故障、保护跳闸后，即向相对应的断路器发送跳闸信号，不会因为使用新方法而产生延时，而断路器接到跳闸命令后，在执行跳闸逻辑，保证故障快速、可靠地切除的同时，向线路故障位置识别系统发送故障位置信息；
2、综合查询线路缺陷数据库、气象和地质系统，通过综合比对，得出的故障位置比较准确；
3、在确定故障位置时，缺陷信息、气象信息等的查询及运算都可以利用计算机系统处理，能大量减少了人工查阅检验的时间，从而大大减少了故障的处理时间；
4、考虑了造成线路故障的一般原因，包括线路本身缺陷及如山火、落雷、台风、覆冰等自然灾害以及泥石流等地质灾害，能分析绝大部分的线路故障，弥补了现在人工分析故障位置所需时间长的问题。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明中求取经纬度的示例图；
图3是本发明中线路故障位置识别的示例图之一；
图4是本发明中线路故障位置识别的示例图之二。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例
如图1至4所示，一种基于多源数据集合论的高压输电线路故障定位方法，包括：
步骤A、在故障触发线路跳闸后，用行波测距获得所有的疑似故障点或者整段跳闸线路位置；
步骤B、判断所述线路跳闸是否属于联调，若否，则进行以下步骤；
步骤C、查询在所述的各个疑似故障点或者整段跳闸线路位置附近发生的相关外部灾害，并求取在所述的外部灾害影响下，线路可能发生故障的位置；
步骤D、查询线路的各个缺陷，并求取在线路自身缺陷的影响下，线路可能发生故障的位置；
步骤E、综合所述的外部灾害和线路自身缺陷可能引起的线路故障位置，给出最可能的故障位置。
利用上述技术方案，当线路故障发生时，可以迅速综合线路缺陷、气象和地质等信息，快速判断真正的故障位置，为故障抢修节省了许多时间，减少了对于人力物力的过多消耗，为迅速解除故障，减少故障停电时间提供了极大的帮助。
下面对本发明进行具体的说明。
一般情况下，在线路上会设有断路器、故障测距装置及线路故障位置识别系统，以及与线路相关的气象系统及其它相关系统，以提供线路实时监控数据。
在断路器接到保护跳闸信号后执行保护跳闸逻辑，同时，如果该段线路配置有故障测距装置，则无论测距是否成功，都发送所有可能的故障位置信息(即疑似故障点)至线路故障位置识别系统；若没有配置故障测距装置，则发送整段跳闸线路的位置信息到线路故障位置识别系统。
接着，线路故障定位系统首先检查该次跳闸是否属于联跳，若是，则提示为“联跳”，若否，则继续以下步骤；
其中，步骤C的具体操作为：收到线路保护发送过来的各个疑似故障点或者整段跳闸线路位置信息后，需要将其转换为经纬度信息才能用以与其它系统对比。其具体转换的方法如图2所示：A、B、C、D分别为该线路所经过的四个杆塔，×为保护发送的线路故障位置信息。由于电网中各个杆塔的经纬度信息都是已知的，根据距离保护所给出的距离可得出该位置与最近的两个杆塔之间的距离，虽然经纬度属于球坐标系统，但因为杆塔之间的距离不算远，可近似认为地面为平面，可把经纬度作为平面坐标使用，因此可使用相似三角形定理，获得以下方程组，求得该位置的经纬度，
式中，(x1，y1)，(x2，y2)分别为B、C杆塔的经纬度，l为故障位置到B杆塔之间的距离，L为B、C杆塔之间的距离，均为已知条件。(x，y)为所求位置的经纬度。
根据以上所求得的经纬度位置数据，在其它相关系统，即雷电定位、台风预警、地质灾害信息等系统上进行搜索，查询该位置是否发生有可能危害线路安全的事件存在。这里使用隶属函数对可能造成跳闸的各项因素进行评估，例如雷电定位系统显示故障位置附近存在跳闸前0～2s落雷记录，然后根据落雷的威力划定雷电的影响范围，以及故障点一定的半径范围内的重叠部分面积与故障点一定范围内的圆面积(即所划定线路边界)的比值构成隶属函数，假设aI为两圆交点之间的距离的一半，xI为两圆交点连线到故障点的距离，rI1、rI2分别为两圆半径，dI为落雷点到故障点之间的距离，则可通过以下方程组求得aI，示意图如图3所示
从而可由下式求得两圆重叠面积SI，
因此，的隶属函数为，
另外存在特殊情况，当某线路不存在故障测距装置或故障测距装置出现问题，不能提供任何可能故障点时，或是线路出现覆冰时，我们不能得出故障点及其一定半径范围内的圆，这时我们需要以输电线路一定范围内的矩形代替前面的圆，并默认离灾害发生点最近的位置为故障点。假设aII为雷击影响范围圆与线路范围矩形两交点之间的距离的一半，rII为导线的一定范围的矩形宽度，RII为雷击影响范围半径，如图4，则有
这时，的隶属函数为
由以上各式得，其中，为各位置上可能引发线路故障的外部因素，根据超高压公司运行经验，有较大可能引起线路故障的原因有：雷击、山火、台风、线路覆冰等。不同的可能点出现故障的隶属函数为(bC1,bC2,…,bCm)。间模糊关系的隶属函数(rC1,rC2,rC3,rC4)，rCn的取值为历史记录该区域的雷击、山火、台风等灾害引起故障的概率。
根据的构成可列出故障诊断方程如下：
取B1＝Max(bC1,bC2,…,bCn)作为最可能是外部原因引起故障的故障点，但不应该排除其他值较大的故障点的可能性。
步骤D的实现逻辑与步骤C类似，可直接使用保护发送的故障位置信息与人工巡线系统及直升机巡线系统中记录的线路缺陷进行比较。故障线路的各项缺陷记为的隶属函数(aD1,aD2,…,aDn)，若出现缺陷，则其相应的a值取1，不同的可能点出现故障的隶属函数为(bD1,bD2,…,bDm),和之间的模糊关系可根据该地区由对应的缺陷引起故障的概率给出。
取B2＝Max(bD1,bD2,…,bDm)作为最可能是线路内部缺陷引起故障的故障点，但不应该排除其他值较大的故障点的可能性。
步骤E综合以上各个步骤，根据诊断经验，得出以下模型(均用置信度表示)，分别对以上得出的可能故障点进行考量：
Bn(故障)＝[(历史记录a1)，(故障录波a2)](n＝1，2) (0.10)
模糊关系的元素r11＝0.3，r21＝0.7，其中历史记录a1为该点所对应的灾害或缺陷类型造成线路故障的历史概率，故障录波a2为该点所对应的灾害或缺陷类型所造成的故障类型与故障录波的匹配程度。
则
Bn＝a1r11+a2r21(n＝1,2) (0.11)
真正故障点B＝B1∨B2 (0.12)
由此可给出最可能的故障位置。
由本发明的方法可见，当线路发生故障时，保护跳闸后，即向相对应的断路器发送跳闸信号，不会因为使用新方法而产生延时，而断路器接到跳闸命令后，在执行跳闸逻辑，保证故障快速、可靠地切除的同时，向线路故障位置识别系统发送故障位置信息。线路故障位置识别系统则根据可能的故障点位置或整段线路查询线路缺陷数据库，气象系统，通过综合比对，得出故障位置。
该方法中，故障地位置的确定，缺陷信息、气象信息等的查询等的提出都经过计算机系统的处理，大量减少了人工查阅检验的时间，从而大大减少了故障的处理时间。
该方法考虑了造成线路故障的一般原因，包括线路本身缺陷及如山火、落雷、台风、覆冰等自然灾害以及泥石流等地质灾害，能分析绝大部分的线路故障，弥补了现在人工分析故障位置所需时间长的问题。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (4)

1.一种基于多源数据集合论的高压输电线路故障定位方法，其特征在于，包括：
步骤A、在故障触发线路跳闸后，用行波测距获得所有的疑似故障点或者整段跳闸线路位置；
步骤B、判断所述线路跳闸是否属于联调，若否，则进行以下步骤；
步骤C、查询在所述的各个疑似故障点或者整段跳闸线路位置附近发生的相关外部灾害，并求取在所述的外部灾害影响下，线路可能发生故障的位置；
步骤D、查询线路的各个缺陷，并求取在线路自身缺陷的影响下，线路可能发生故障的位置；
步骤E、综合所述的外部灾害和线路自身缺陷可能引起的线路故障位置，给出最可能的故障位置；
所述步骤C包括：
分别将各个疑似故障点或整段跳闸线路位置的位置转换为经纬度坐标；
查询与线路相关的气相及地质监测系统，分别找出在线路跳闸时所述的各个经纬度坐标处发生的可能危害线路安全的外部灾害；
依次划定各个疑似故障点或整段跳闸线路位置的线路边界，及相应的外部灾害的影响范围，并计算所述线路边界和影响范围的重叠面积；
以所述重叠面积与疑似故障点或整段跳闸线路位置的线路边界的面积比为线路跳闸对外部灾害的隶属度，各个疑似故障点或整段跳闸线路位置对外部灾害的隶属度的集合构成外部隶属函数；
将所述外部隶属函数与线路运行历史记录的各个疑似故障点或整段跳闸线路位置出现各个外部灾害的概率相结合，得出外部灾害可能引起的线路故障位置。
2.根据权利要求1所述的基于多源数据集合论的高压输电线路故障定位方法，其特征在于，所述的将疑似故障点或整段跳闸线路位置的位置转换为经纬度坐标的步骤包括：
获取与所述疑似故障点或整段跳闸线路位置最近的两个杆塔的经纬度，记为杆塔B(x1,y1)和杆塔C(x2,y2)，以及所述疑似故障点或整段跳闸线路位置到杆塔B的距离l、杆塔B与杆塔C之间的距离L；
将所述疑似故障点或整段跳闸线路位置和两个杆塔所处的地面近似为平面，联立方程组
解所述方程组，求出疑似故障点或整段跳闸线路位置的经纬度坐标(x,y)。
3.根据权利要求1所述的基于多源数据集合论的高压输电线路故障定位方法，其特征在于，所述步骤D包括：
查询出线路的各个缺陷，并构建为缺陷隶属函数；
将所述的缺陷隶属函数与线路所在地区对应缺陷引起故障的概率相结合，得出线路在自身缺陷影响下可能出现故障的位置。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的基于多源数据集合论的高压输电线路故障定位方法，其特征在于，所述的外部灾害包括山火、落雷、台风和线路覆冰。
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