CN105353268A - 一种用于输电线路分布式行波故障判断及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于输电线路分布式行波故障判断及定位方法，涉及输电线路故障定位技术领域。该方法故障定位步骤如下：S1、设在变电站M、N的母线上以及架空输电线上装有n组检测装置；S2、检测并读取每组检测装置上的电流信息；S3、对三相故障电流行波进行相模变换；S4、对故障点故障发生时刻的电压进行过零识别；S5、根据S4的结果选取小波变换或二分SVD算法；S6、根据故障行波波头信息，确定故障区间、计算行波波速和故障距离。本发明解决了系统单独使用小波变换算法时，不能在电压过零点附近发生故障的情况下对故障距离进行准确定位以及系统单独使用二分SVD算法时数据处理效率低，运算量大等问题。

Description

一种用于输电线路分布式行波故障判断及定位方法

技术领域

本发明涉及输电线路故障定位技术领域。

背景技术

电力是国民经济的命脉，输电线路肩负着输送电能的重任，是电力系统的重要组成部分，提高电力系统的安全稳定运行水平、降低运行维护成本，提高经济效益，向用户提供高质量的电能是电力工作的基本任务。由于输电线路分布区域广，通常架设在无人看管的野外，途径山区、丘陵、江河等多种地形，加之气候环境复杂，会遇上雷雨、覆冰、强风等气象条件，是电力系统最容易发生故障的电力设备之一。快速、可靠、准确地进行故障定位，及时发现和处理绝缘隐患，可大大提高电网的可靠性和愈合能力。

目前输电线路故障定位主要由行波法和故障分析法两种，行波法由于定位原理简单在电力系统中得到大量的应用。但是由于输电线路故障行波的非线性衰减、线路噪声等问题，使得传统的故障电流行波测距系统在应用中还存在一定的问题。近几年先后有发明人提出行波故障定位方法，如专利201410222008.2、201410041394.5和201210496668.0分别提出了不同的行波故障定位方法，总体上看都是通过利用小波变换和反射波来对故障行波进行定位。但是由于故障行波的衰减特性、过零特性以及实际装置采样率的限制，如果单独使用小波变换算法会导致某些时刻测距失效。以上专利的测距方法存在以下几点不足：

1.在某些故障区域会利用反射波进行测距，由于实际装置采样率的限制以及线路自身特点，当故障点距离母线非常近时会产生死区；

2.在某些故障区域会利用反射波进行测距，由于行波在线路上传播具有衰减特性，当故障点距离检测装置比较远时，检测装置可能检测不到反射波。

3.当电压过零点附近发生故障时，单独使用小波变换会导致测距失败。

发明内容

本发明的目的是针对现有测距技术中的不足提出了一种基于二分SVD理论与小波变换结合的改进分布式行波故障判断及定位方法，以解决系统中在任意时刻发生故障下都能可靠的对线路故障进行定位。本发明系统由沿线安装在架空输电线路上的若干组(每组3个，对应A、B、C三相)故障检测装置组成，如图1所示。

本发明的技术方案是一种用于输电线路分布式行波故障判断及定位方法：

步骤1：检测并读取每个检测点的三相电流行波数据；

步骤2：三相线路相模变换

采用相模变换矩阵T对三相电流行波进行解耦，消除相间的耦合影响，获得解耦后的3个线模行波：

$T=\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ 1& -1& 0\\ 0& 1& -1\\ -1& 0& 1\end{array}\right]---\left(1\right)$

$\left[\begin{array}{c}{i}_0\\ i_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\\ i_{\mathrm{\γ}}\end{array}\right]=T\left[\begin{array}{c}{i}_A\\ i_B\\ i_C\end{array}\right]---\left(2\right)$

矩阵T将i_A、i_B、i_C三相电流行波变换为i₀、i_α、i_β、i_γ模分量，其中i_α、i_β、i_γ为线模分量，i₀为零模分量，若发生接地故障，则存在零模分量；

步骤3：电压过零点附近故障的识别；

步骤3.1：计算3个线模行波的能量，选取3个线模行波中能量最大的一个；

步骤3.2：对选取的线模行波进行小波变换，并取出2¹尺度的小波变换结果W(n)；

步骤3.3：找到W(n)的最大值W_max；

步骤3.4：在W(n)中寻找小于K_WW_max的点数N，其中K_W为调整系数需根据实际情况进行设定；

步骤3.5：若表明发生了电压过零点附近故障，其中n为2¹尺度小波变换结果的总长度，K为阈值，根据实际情况设定；

步骤4：根据步骤3的结果，若发生电压过零点附近故障则，选取二分SVD算法进行故障测距，否则使用小波变换进行故障测距；

步骤5：故障位置初步判定；

若故障发生在i和i+1检测点之间(1≤i<n)，根据行波极性特征有

P₁＝P₂＝…＝P_i≠P_i+1＝P_i+2＝…＝P_n(3)

步骤6：故障点精确定位

设故障发生在i和i+1检测点之间(1≤i<n)，检测点i和i+1第一次检测到故障行波波头的时间分别为t_i，t_i+1，检测点i和i+1离母线M端的距离分别为L_i和L_i+1，则行波波速和故障点位置可以通过以下公式计算得出：

$v=\left|\frac{L}{\mathrm{\&Delta;}t}\right|---\left(4\right)$

$X=L_i+\frac{L_{i+1}-L_i}{2}+\frac{v(t_i-t_{i+1})}{2}---\left(5\right)$

式中v表示行波波速，L表示任意相邻两个检测点间的距离，△t表示与行波传播方向一致上的任意相邻两个检测点第一次检测到故障行波的时间差，X表示母线M到故障点的距离，所述小波变换采用三次B样条小波基。

所述二分SVD变换如下：

设离散数字信号X＝[x(1),x(2),…,x(N)],可通过X构造Hankel矩阵如下式：

$A=\left[\begin{array}{cccc}x\left(1\right)& x\left(2\right)& ...& x(N-1)\\ x\left(2\right)& x\left(3\right)& ...& x\left(N\right)\end{array}\right]---\left(6\right)$

通过SVD分解可得σ₁和σ₂为SVD分解后两个奇异值；由于A中的第二行仅比第一行滞后一个数据，因此有σ₁>>σ₂；由σ₁得到的分量信号A₁反映了原始信号的近似成分，σ₂得到的分量信号D₁反映了原始信号的细节成分；若将近似信号A₁再进行SVD分解，不断重复上述过程，就可对原始信号分解成一系列的近似信号和细节信号；细节信号反映了行波的奇异特性。

本发明解决了系统单独使用小波变换算法时，不能在电压过零点附近发生故障的情况下对故障距离进行准确定位以及系统单独使用二分SVD算法时数据处理效率低，运算量大等问题。同时改进分布式行波测距方法解决了实际工程中由于反射波的利用而导致存在死区或捕捉不到二次反射波的问题。本方法具有实时性强、故障定位可靠等特点。

附图说明

图1是改进双端故障测距安装位置示意图；

图2是故障测距仿真模型图；

图3是二分SVD分解过程示意图：

图4是四点分布式定位线路图：

图5是一般故障时小波变换(左)和二分SVD(右)检测结果图；

图6是电压过零点附近故障是小波变换(左)和二分SVD(右)检测结果图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

如图4所示，以A相接地故障为例，输电线路总长为120km，上面装有4组检测装置，每组检测装置相隔30km。故障分别发生在合闸角为0°(电压过零)和10°(电压未过零)时刻，采样频率为1MHz。

步骤一：检测并读取4组检测装置的故障电流信息。

步骤二：利用T矩阵对故障数据进行相模变换。

步骤三：选取2¹尺度的小波对故障数据进行过零检测，根据线路参数取K_w＝0.07，K＝0.05。不同故障点的识别结果如表1所示。

步骤四：根据电压过零点附近故障识别结果选取三次B样条小波变换或二分SVD算法对行波的波头进行识别。图5为电压过零点附近故障是小波变换和二分SVD检测结果，图6为一般故障时小波变换和二分SVD检测结果。两图结果表明，在任意时刻任意位置故障本系统都能很好的检测到行波波头(行波模极大值处)。

步骤五：利用检测到的行波波头，根据S6中的距离计算公式，即可求得故障点的位置。计算结果与误差如表2所示。

结果表明，任意时刻任意点处发生故障，本方法都能很好的进行故障定位，同时由于计算中未利用反射波，消除了死区的影响。

表1电压过零点附近故障识别结果

表2合闸角不同时单相接地短路行波故障测距结果

Claims (2)

1.一种用于输电线路分布式行波故障判断及定位方法，该方法包括

步骤1：检测并读取每个检测点的三相电流行波数据；

步骤2：三相线路相模变换

采用相模变换矩阵T对三相电流行波进行解耦，消除相间的耦合影响，获得解耦后的3个线模行波：

矩阵T将i_A、i_B、i_C三相电流行波变换为i₀、i_α、i_β、i_γ模分量，其中i_α、i_β、i_γ为线模分量，i₀为零模分量，若发生接地故障，则存在零模分量；

步骤3：电压过零点附近故障的识别；

步骤3.1：计算3个线模行波的能量，选取3个线模行波中能量最大的一个；

步骤3.2：对选取的线模行波进行小波变换，并取出2¹尺度的小波变换结果W(n)；

步骤3.3：找到W(n)的最大值W_max；

步骤3.4：在W(n)中寻找小于K_WW_max的点数N，其中K_W为调整系数需根据实际情况进行设定；

步骤3.5：若表明发生了电压过零点附近故障，其中n为2¹尺度小波变换结果的总长度，K为阈值，根据实际情况设定；

步骤4：根据步骤3的结果，若发生电压过零点附近故障则，选取二分SVD算法进行故障测距，否则使用小波变换进行故障测距；

步骤5：故障位置初步判定；

若故障发生在i和i+1检测点之间(1≤i<n)，根据行波极性特征有

P₁＝P₂＝…＝P_i≠P_i+1＝P_i+2＝…＝P_n(3)

步骤6：故障点精确定位

设故障发生在i和i+1检测点之间(1≤i<n)，检测点i和i+1第一次检测到故障行波波头的时间分别为t_i，t_i+1，检测点i和i+1离母线M端的距离分别为L_i和L_i+1，则行波波速和故障点位置可以通过以下公式计算得出：

式中v表示行波波速，L表示任意相邻两个检测点间的距离，△t表示与行波传播方向一致上的任意相邻两个检测点第一次检测到故障行波的时间差，X表示母线M到故障点的距离，所述小波变换采用三次B样条小波基。

2.如权利要求1所述的一种用于输电线路分布式行波故障判断及定位方法，其特征在于所述步骤4中二分SVD变换如下：

设离散数字信号X＝[x(1),x(2),…,x(N)],可通过X构造Hankel矩阵如下式：

通过SVD分解可得σ₁和σ₂为SVD分解后两个奇异值；由于A中的第二行仅比第一行滞后一个数据，因此有σ₁>>σ₂；由σ₁得到的分量信号A₁反映了原始信号的近似成分，σ₂得到的分量信号D₁反映了原始信号的细节成分；若将近似信号A₁再进行SVD分解，不断重复上述过程，就可对原始信号分解成一系列的近似信号和细节信号；细节信号反映了行波的奇异特性。