CN105891668A - 一种基于群体比幅比相的故障测距方法 - Google Patents

一种基于群体比幅比相的故障测距方法 Download PDF

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束洪春
沐润志
卢杨
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Abstract

本发明涉及一种基于群体比幅比相的故障测距方法，属于电力系统故障保护技术领域。本发明为，多出线的输电网络，仅有与母线M相连的变电站内安装行波测距装置，当输电线路MN发生故障后，故障电流行波传播至母线M，一部分就会透射到相邻健全线路MS、MP、MQ上，其透射波再经过母线S、母线P、母线Q反射到母线M的量测端TA1处叠加。然后根据群体比幅比相方法，保留来自故障线路方向的行波，剔除母线M上相邻健全线路MS、MP、MQ末端反射所致的干扰波。最后结合测距理论以及经验波速计算故障距离x。本发明剔除本级观测母线上相邻健全线末端反射所致的干扰波，提高了测距的可靠性。

Description

一种基于群体比幅比相的故障测距方法
技术领域
本发明涉及一种基于群体比幅比相的故障测距方法，属于电力系统故障保护技术领域。
背景技术
由于线路末端和下级线路末端等多处波阻抗不连续点的存在，使本级线路检测到的电流行波中还包含有相当数量的反映健全线长度而非故障位置的干扰波和本级故障反射波，需设法根据幅值、波头到达时序、波头极性等特征来逐步辨识并剔除。
电流型行波测距装置通常装于枢纽变电站，此类变电站的母线出线数较多，使得同极性的电流入射波与反射波的叠加后的幅值必大于其透射到其余线路上行波幅值，且两者极性相反，故本文根据同时刻各回出线电流行波的群体幅值和极性关系能够保留来自故障链路方向的行波，剔除本级观测母线上相邻健全线末端反射所致的干扰波。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种基于群体比幅比相的故障测距方法，根据同时刻各回出线电流行波的群体比幅比相能够保留来自故障链路方向的行波，剔除本级观测母线上相邻健全线末端反射所致的干扰波。
本发明的技术方案是：一种基于群体比幅比相的故障测距方法，多出线的输电网络中，仅有与母线M相连的变电站内安装行波测距装置，当输电线路MN发生故障后，故障电流行波传播至母线M，一部分就会透射到相邻健全线路MS、MP、MQ上，其透射波再经过母线S、母线P、母线Q反射到母线M的量测端TA1处叠加(如图2中的波头②)，叠加后的幅值必大于其透射到健全线路MS、MP、MQ上行波幅值，且两者极性相反。然后根据群体比幅比相方法，保留来自故障线路方向的行波，剔除母线M上相邻健全线路MS、MP、MQ末端反射所致的干扰波(如图2中的波头②)，最后结合测距理论以及经验波速计算故障距离x。
具体步骤为：
(1)多出线的输电网络中，仅有与母线M相连的变电站内安装行波测距装置，当输电线路MN发生故障后，故障电流行波传播至母线M，一部分就会透射到相邻健全线路MS、MP、MQ上，其透射波再经过母线S、母线P、母线Q反射到母线M的量测端TA1处叠加(如图2中的波头②)，叠加后的幅值必大于其透射到健全线路MS、MP、MQ上行波幅值，且两者极性相反。然后根据群体比幅比相方法，保留来自故障线路方向的行波，剔除母线M上相邻健全线路MS、MP、MQ末端反射所致的干扰波(如图2中的波头②)。根据电流行波图(图2)找出故障初始行波到达母线M，量测端TA1获得的故障波头时间(如图2中的波头①)，记为t1；故障点反射波到母线M或对端母线N反射波到母线M时，量测端TA1获得的故障波头时间记为t2(如图2中的波头③或④)。
(2)读取故障线路的电流行波数据，筛选出故障线路和故障相，采用小波变换标定方法标定各个波头。
(3)采用群体比幅比相原理，首先根据小波变换后的模极大值比较，选出幅值较大的三个作为候选；然后在此基础上根据小波变换后的相位比较，剔除母线M上相邻健全线路MS、MP、MQ末端反射所致的干扰波，保留来自故障线路方向的行波。其中，母线接有两条以上线路的系统结构下，双端母线的反射系数均为负，则对端母线的反射波和初始行波反极性，而故障点的反射行波和初始行波同极性；在母线上只有被测线路时，则对端母线的反射波和初始行波同极性，而故障点的反射行波和初始行波反极性。
(4)根据(3)中保留的两次故障波头的时间t1，t2，求取时间差为Δt＝t1-t2。
(5)按照公式x＝v·Δt/2或x＝l-v·Δt/2进行故障位置的计算。
其中，l为健全线路MN的长度；x为故障点距离母线N的距离；v为波速。
本发明的原理是：
(1)、利用群体比幅比相方法剔除干扰波
当输电线路MN发生故障后，故障电流行波传播至母线M，一部分就会透射到相邻健全线路MS、MP、MQ上，其透射波再经过母线S、母线P、母线Q反射到母线M的量测端TA1处叠加(如图2中的波头②)，叠加后的幅值必大于其透射到健全线路MS、MP、MQ上行波幅值，且两者极性相反。然后根据群体比幅比相方法，保留来自故障线路方向的行波，剔除母线M上相邻健全线路MS、MP、MQ末端反射所致的干扰波(如图2中的波头②)。根据电流行波图(图2)找出故障初始行波到达母线M，量测端TA1获得的故障波头时间(如图2中的波头①)，记为t1；故障点反射波到母线M或对端母线N反射波到母线M时，量测端TA1获得的故障波头时间记为t2(如图2中的波头③或④)。
(2)小波变换标定波头
读取故障线路的电流行波数据，筛选出故障线路和故障相，采用小波变换标定方法标定各个波头。
(3)利用群体比幅比相方法筛选波头
首先根据小波变换后的模极大值比较，选出幅值较大的三个作为候选；然后在此基础上根据小波变换后的相位比较，剔除母线M上相邻健全线路MS、MP、MQ末端反射所致的干扰波，保留来自故障线路方向的行波。其中，母线接有两条以上线路的系统结构下，双端母线的反射系数均为负，则对端母线的反射波和初始行波反极性，而故障点的反射行波和初始行波同极性；在母线上只有被测线路时，则对端母线的反射波和初始行波同极性，而故障点的反射行波和初始行波反极性。
根据(3)中保留的两次故障波头的时间t1，t2，求取时间差为Δt＝t1-t2。
按照公式x＝v·Δt/2或x＝l-v·Δt/2进行故障位置的计算。其中，l为健全线路MN的长度；x为故障点距离母线N的距离；v为波速。
本发明的有益效果是：本方法剔除本级观测母线上相邻健全线末端反射所致的干扰波，提高了测距的可靠性；此外，此方法不受故障瞬时性以及故障电阻变化等因素的影响，测距结果准确可靠。
附图说明
图1为本发明多回出线输电系统结构图；
图2为本发明多回出线的故障电流行波网格图；
图3为本发明实施例1的故障电流行波图；
图4为本发明实施例1的故障电流行波的小波变换图；
图5为本发明实施例2的故障电流行波图；
图6为本发明实施例2的故障电流行波的小波变换图。
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。
一种基于群体比幅比相的故障测距方法，多出线的输电网络中，仅有与母线M相连的变电站内安装行波测距装置，当输电线路MN发生故障后，故障电流行波传播至母线M，然后根据群体比幅比相方法，保留来自故障线路方向的行波，剔除母线M上相邻健全线路MS、MP、MQ末端反射所致的干扰波，最后结合测距理论以及经验波速计算故障距离x。
具体步骤为：
(1)多出线的输电网络中，仅有与母线M相连的变电站内安装行波测距装置，当输电线路MN发生故障后，故障电流行波传播至母线M，然后根据群体比幅比相方法，保留来自故障线路方向的行波，剔除母线M上相邻健全线路MS、MP、MQ末端反射所致的干扰波；根据电流行波图找出故障初始行波到达母线M，量测端TA1获得的故障波头时间，记为t1；故障点反射波到母线M或对端母线N反射波到母线M时，量测端TA1获得的故障波头时间记为t2；
(2)读取故障线路的电流行波数据，筛选出故障线路和故障相，采用小波变换标定方法标定各个波头；
(3)采用群体比幅比相方法，首先根据小波变换后的模极大值比较，选出幅值较大的三个作为候选；然后在此基础上根据小波变换后的相位比较，剔除母线M上相邻健全线路MS、MP、MQ末端反射所致的干扰波，保留来自故障线路方向的行波；其中，母线接有两条以上线路的系统结构下，双端母线的反射系数均为负，则对端母线的反射波和初始行波反极性，而故障点的反射行波和初始行波同极性；在母线上只有被测线路时，则对端母线的反射波和初始行波同极性，而故障点的反射行波和初始行波反极性；
(4)根据(3)中保留的两次故障波头的时间t1，t2，求取时间差为Δt＝t1-t2；
(5)按照公式x＝v·Δt/2或x＝l-v·Δt/2进行故障位置的计算；
其中，l为健全线路MN的长度；x为故障点距离母线N的距离；v为波速。
实施例1：
如图1所示的由多出线组成的输电网络，且各条线路长度分别为：健全线路MP的长度l＝90km，MS的长度l＝90km，MQ的长度l＝90km，故障线路MN＝100km。假设线路MN距离母线M端30.8km处发生三相接地故障，故障初始角为45°，过渡电阻为10Ω，采样率为1MHz。
根据图4的故障电流小波变换图，首先应用群体比幅比相方法的比幅筛选出波头①、②、③、④，在此基础上应用比相剔除波头②、④，保留的波头①、③，即为故障波头，对应的时间为t1＝0.407s，t2＝0.617s；求故障波头时间差Δt＝t1-t2＝0.21s，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/2＝31.29km，在误差范围内满足要求。
实施例2：
如图1所示的由多出线组成的输电网络，且各条线路长度分别为：健全线路MP的长度l＝90km，MS的长度l＝90km，MQ的长度l＝90km，故障线路MN＝100km。假设线路MN距离母线M端65km处发生三相接地故障，故障初始角为45°，过渡电阻为10Ω，采样率为1MHz。
根据图6的故障电流小波变换图，首先应用群体比幅比相方法的比幅筛选出波头①、②、③、④、⑤，在此基础上应用比相剔除波头③、④、⑤，保留的波头①、②，即为故障波头，对应的时间为t1＝1.522s，t2＝1.757s；求故障波头时间差Δt＝t1-t2＝0.235s，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＝l-v·Δt/2＝64.98km，在误差范围内满足要求。
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)

1.一种基于群体比幅比相的故障测距方法，其特征在于：多出线的输电网络中，仅有与母线M相连的变电站内安装行波测距装置，当输电线路MN发生故障后，故障电流行波传播至母线M，然后根据群体比幅比相方法，保留来自故障线路方向的行波，剔除母线M上相邻健全线路MS、MP、MQ末端反射所致的干扰波，最后结合测距理论以及经验波速计算故障距离x。
2.根据权利要求1所述的基于群体比幅比相的故障测距方法，其特征在于具体步骤为：
(1)多出线的输电网络中，仅有与母线M相连的变电站内安装行波测距装置，当输电线路MN发生故障后，故障电流行波传播至母线M，然后根据群体比幅比相方法，保留来自故障线路方向的行波，剔除母线M上相邻健全线路MS、MP、MQ末端反射所致的干扰波；根据电流行波图找出故障初始行波到达母线M，量测端TA1获得的故障波头时间，记为t1；故障点反射波到母线M或对端母线N反射波到母线M时，量测端TA1获得的故障波头时间记为t2；
(2)读取故障线路的电流行波数据，筛选出故障线路和故障相，采用小波变换标定方法标定各个波头；
(3)采用群体比幅比相方法，首先根据小波变换后的模极大值比较，选出幅值较大的三个作为候选；然后在此基础上根据小波变换后的相位比较，剔除母线M上相邻健全线路MS、MP、MQ末端反射所致的干扰波，保留来自故障线路方向的行波；其中，母线接有两条以上线路的系统结构下，双端母线的反射系数均为负，则对端母线的反射波和初始行波反极性，而故障点的反射行波和初始行波同极性；在母线上只有被测线路时，则对端母线的反射波和初始行波同极性，而故障点的反射行波和初始行波反极性；
(4)根据(3)中保留的两次故障波头的时间t1，t2，求取时间差为Δt＝t1-t2；
(5)按照公式x＝v·Δt/2或x＝l-v·Δt/2进行故障位置的计算；
其中，l为健全线路MN的长度；x为故障点距离母线N的距离；v为波速。
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