CN106546872B - 输电线路故障监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为了降低线路故障监测方法和系统对监测节点自身物理属性（主要是阻抗）的依赖性，并提高输电线路监测与输电线路所在环境和地理位置的融合程度，提供了一种输电线路故障监测方法，用于对输电线路由线路内部以及外部环境造成的故障进行监测，包括如下步骤：（1）在输电线路上按照第一非等间距方式设置若干第一监测节点；（2）在每两个相邻的第一监测节点之间，按照第二非等间距方式设置至少一个第二监测节点，所述第二非等间距方式中的间距比第一非等间距方式中的间距小；（3）在输电线路的一端到另一端传输电力信号；（4）根据所述电力信号的传输结果，在至少一部分第二监测节点之间传输第二信号，以补偿谐波信号和电阻率。

Description

输电线路故障监测方法
技术领域
本发明涉及电力系统中的故障监控技术领域，更具体地，涉及一种输电线路故障监测方法。
背景技术
随着经济的发展，各地的高压输电线越来越多，然而由于高压输电线路的距离长，布置地理形势复杂及测试设备的局限性，现在对高压输电线路尤其是位于原始森林、海洋等偏僻或不易进入地域的线路没有有效、及时、简单、可靠的日常检修方法，只有在产生故障后再寻找故障点对其进行维修，不能做到防范于未燃，非常危险，产生问题后反应修复的时间长，由停电等造成的损失也大。为此，输电线路故障监测显得越来越有必要。
输电线路故障监测是输电线路发生故障时快速查找故障点的一项重要技术，目前输电线路故障监测的方法主要有三种，短路测距法、故障指示器法和手持监测器巡线法。短路测距法是通过测量短路点到测量点的线路阻抗，估计出短路点到测量点的线路长度从而确定短路点的位置，该方法需要的设备造价高，并且不能反映故障分支，不能直接测量变压器中性点非直接接地系统单相接地时的距离，一般仅在变电站使用。故障指示器法是在输电线路的沿线装设故障指示器，当线路故障时在故障段线路上有故障特征电流流过，如：短路电流、冲击电流、注入电流等。通过检测故障特征电流，故障段线路上的故障指示器就有机械翻牌或亮灯的指示，而非故障段线路的故障指示器无指示，这样有指示与无指示之间的线路为故障点所在位置。故障指示器法的主要问题是检测人员必须延故障线路巡查指示器，时间长工作量大。同样，手持监测器巡线法也是通过检测人员持监测器，沿故障线路检测特征电流信号的一种方法。该方法也需要很长的时间和较大的工作量，并且必须装设一个电流信号注入设备，造价也比较高。
此外，更重要的是，现有的输电线路故障监测系统基本上都依赖于平均分布的多个监测节点，这些节点在有些受实际环境条件限制的区域是不便于被布置的，而且监测信息基本只是依靠一条链路得到的监测信息，一旦链路中的某个或者某些监测节点发生故障，则由于难以被在短时间内维修好而导致无法稳定地监测线路的故障。另外，线路上的监测节点本身也被作为现有技术中的监测算法的考虑因素。一旦因损坏等原因被替换的监测节点数量较多，则整个系统的算法的参数都需要调整。
发明内容
本发明为了降低线路故障监测方法和系统对监测节点自身物理属性(主要是阻抗)的依赖性，并提高输电线路监测与输电线路所在环境和地理位置的融合程度，提供了一种输电线路故障监测方法，用于对输电线路由线路内部以及外部环境造成的故障进行监测，包括如下步骤：
(1)在输电线路上按照第一非等间距方式设置若干第一监测节点；
(2)在每两个相邻的第一监测节点之间，按照第二非等间距方式设置至少一个第二监测节点，所述第二非等间距方式中的间距比第一非等间距方式中的间距小；
(3)在输电线路的一端到另一端传输电力信号；
(4)根据所述电力信号的传输结果，在至少一部分第二监测节点之间传输第二信号，以补偿谐波信号和电阻率。
进一步地，所述第一监测节点包括温度传感器、湿度传感器、磁场传感器、信号发生器、存储器、信号处理单元和通信单元。
进一步地，所述第二监测节点包括信号发生器、存储器、信号处理单元以及通信单元。
进一步地，所述电力信号与该输电线路实际传输的电力信号相同。
进一步地，所述步骤(3)包括：从输电线路的一端开始发送电力信号，距离该端最近的第一监测节点接收并处理该信号，然后该第一监测节点将该处理得到的结果发送到电力信号传输方向上最接近的下一个第一监测节点，并将接收到的电力信号继续转发到上述下一个第一监测节点。
进一步地，所述步骤(4)包括：各第一监测节点向在电力信号传输方向相反的方向上、位于与其相邻的另一个第一监测节点之间的第二监测节点传输所述的处理得到的结果，接收到该结果的第二监测节点根据该结果，对这些第二监测节点在电力信号传输过程中接收到的信号进行补偿，并将该补偿信号作为第二信号。
进一步地，所述电力信号为标准正弦波。
进一步地，所述信号处理单元包括瞬时电压采集单元、AD转换器、FFT运算器以及谐波分析单元。
本发明的有益效果是：能够根据输电线路布设条件因地制宜地设置监测节点，为监测节点的维护提供了巨大的便利，此外，采用节点间传输信号监测信息的方式降低了输电线路故障监测方法或系统对监测节点自身对输电线路的影响，提高了故障监测的准确度。
附图说明
图1示出了根据本发明的输电线路故障监测方法的流程框图。
具体实施方式
如图1所示的输电线路故障监测方法用于对输电线路由线路内部以及外部环境造成的故障进行监测。所述的外部环境包括输电线路所在的温度、湿度、磁场等，所述的内部环境包括输电线路的电阻率、接地异常等等。
本发明在输电线路中设置有第一监测节点和第二监测节点。所述第一监测节点包括温度传感器、湿度传感器、磁场传感器、信号发生器、存储器、信号处理单元和通信单元，其中，所述各个传感器用于检测该监测节点处的温度、湿度和磁场信息，并利用信号处理单元根据温度和湿度的信息计算此处的环境对此处输电线路的电阻率的影响。当该影响超过预设的值时，通过通信单元传输到远端的输电线路故障监控端。所述信号处理单元包括瞬时电压采集单元、AD转换器、FFT运算器以及谐波分析单元。瞬时电压采集单元采集通过该第一监测节点的瞬时电压信号，该电压信号经过AD转换变为数字信号，再通过FFT运算器进行傅里叶级数展开，得到所述的瞬时电压信号所在的信号，即输电线路上的信号，的零序电压信号和/或其他次谐波信号。展开后的信号被通过谐波分析单元得到这些谐波信号的补偿信号(通常采用同幅值、同频率且相位相反的方式得到所述补偿信号)，以抵消输电线路上的信号的相位偏差。这些补偿信号的数字化信息被保存在存储器中。所述的信号发生器用于在信号处理单元的控制下根据存储器中存储的所述数字化信息生成相应的补偿信号。
所述第二监测节点的结构与所述第一监测节点类似，其中至少包括信号发生器、存储器、信号处理单元以及通信单元。
根据本发明的实施例，输电线路故障监测方法包括如下步骤：
(1)在输电线路上按照第一非等间距方式设置若干第一监测节点。这些节点设置的位置根据输电线路所需铺设的区域和路线的自然条件而定，例如但不限于：气温、湿度、海拔、陆地/水域、地磁场或其他磁场干扰的强弱。优选地，将上述自然条件相同或相近的区域的一段输电线路设置为两个第一监测节点之间的一段。这种方案的优势是为两个相邻的第一监测节点之间的输电线路提供了相对稳定的外部环境，从而有利于这两个相邻的第一监测节点之间对输电线路上的电力信号进行监测时的稳定性和第二监测节点进行补偿时的最终补偿效果的可靠性。
(2)在每两个相邻的第一监测节点之间，按照第二非等间距方式设置至少一个第二监测节点，所述第二非等间距方式中的间距比第一非等间距方式中的间距小。这些第二监测节点设置的标准与第一监测节点的设置标准类似，只是将外部环境划分得更细化，从而有助于在对零序电流或电压信号补偿时减小电阻率的影响。
(3)在输电线路的一端到另一端传输电力信号；该电力信号与该输电线路实际传输的电力信号相同，例如是一种正弦波信号。在该步骤中，从输电线路的一端开始发送电力信号，距离该端最近的第一监测节点接收并处理该信号，然后该第一监测节点将该处理得到的结果发送到电力信号传输方向上最接近的下一个第一监测节点，并将接收到的电力信号继续转发到上述下一个第一监测节点。所述的处理包括根据该第一监测节点接收到的电力信号获得该电力信号的零序电压/零序电流信号及其谐波分量，从而通过第一监测节点的通信单元将该谐波分量的特征传输给与电力信号传输方向相反的方向上的、与相邻的第一监测节点之间的多个第二监测节点，供这个或这些第二监测节点进行补偿。同时还传输给远端监控室，以供监控人员判断此时的线路是否发生短路、断路、接地等故障。本领域技术人员应当清楚的是，这些故障的判断所依据的信号都可以由第一监测节点根据其对信号处理单元的设置或配置而获得。
(4)根据所述电力信号的传输结果，在至少一部分第二监测节点之间传输第二信号，以补偿谐波信号和电阻率。具体地，该步骤包括：各第一监测节点向在电力信号传输方向相反的方向上、位于与其相邻的另一个第一监测节点之间的第二监测节点传输所述的处理得到的结果，接收到该结果的第二监测节点根据该结果，对这些第二监测节点在电力信号传输过程中接收到的信号进行补偿，并将该补偿信号作为第二信号。
例如，在判断断路时，可以根据远端监控端从第一监测节点接收到的信息是否为一个或多个为全零序列进行：如果是，则相关第一监测节点的线路发生了断路。
上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式，任何符合本发明的权利要求书的且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或替换，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (3)

1.一种输电线路故障监测方法，用于对输电线路由线路内部以及外部环境造成的故障进行监测，包括如下步骤：
(1)在输电线路上按照第一非等间距方式设置若干第一监测节点；
(2)在每两个相邻的第一监测节点之间，按照第二非等间距方式设置至少一个第二监测节点，所述第二非等间距方式中的间距比第一非等间距方式中的间距小；
(3)在输电线路的一端到另一端传输电力信号；
(4)根据所述电力信号的传输结果，在至少一部分第二监测节点之间传输第二信号，以补偿谐波信号和电阻率；
所述第一监测节点包括温度传感器、湿度传感器、磁场传感器、信号发生器、存储器、信号处理单元和通信单元；
所述第二监测节点包括信号发生器、存储器、信号处理单元以及通信单元；
所述电力信号与该输电线路实际传输的电力信号相同；
其特征在于，所述步骤(3)包括：从输电线路的一端开始发送电力信号，距离该端最近的第一监测节点接收并处理该信号，然后该第一监测节点将该处理得到的结果发送到电力信号传输方向上最接近的下一个第一监测节点，并将接收到的电力信号继续转发到下一个第一监测节点；
所述步骤(4)包括：各第一监测节点向在电力信号传输方向相反的方向上、位于与其相邻的另一个第一监测节点之间的第二监测节点传输所述的处理得到的结果，接收到该结果的第二监测节点根据该结果，对这些第二监测节点在电力信号传输过程中接收到的信号进行补偿，并将该补偿信号作为第二信号。
2.根据权利要求1的输电线路故障监测方法，其特征在于，所述电力信号为标准正弦波。
3.根据权利要求1的输电线路故障监测方法，其特征在于，所述信号处理单元包括瞬时电压采集单元、AD转换器、FFT运算器以及谐波分析单元。
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