CN106841914B - 配电线路的故障测距装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种配电线路的故障测距装置，该配电线路的故障测距装置包括：数据采集器，用于若配电线路正常，则在断路器合闸时，采集并记录断路器从合闸时刻起产生的合闸行波；数据采集器还用于，若配电线路发生永久性故障，则在断路器跳闸后再重合闸时，采集并记录断路器从重合闸时刻起产生的重合闸行波；处理器，用于根据合闸行波和重合闸行波，确定重合于故障叠加行波；处理器还用于，根据重合于故障叠加行波中的故障点反射波和重合闸时刻，计算出配电线路的故障点距离；输出模块，用于输出处理器计算出的配电线路的故障点距离。通过本发明的技术方案，能够快速准确地定位故障，而且可以避免检测故障的投资成本过高。

Description

配电线路的故障测距装置
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，具体而言，涉及一种配电线路的故障测距装置。
背景技术
目前，由于配电网结构复杂、分支众多，部分地区存在电缆-架空线混合线路，并且配网自动化覆盖水平有限，大部分地区还是只有变电站或变电所单端测量条件，因此准确定位故障一直是配电网中的一大难题。目前，为解决这一难题，故障选线得到广泛的现场应用，区段定位也有一定应用，但故障测距面临众多挑战，未得到有效的现场应用，还需在原理上进行深入的研究。
现有的配电网故障测距方法中，主要有故障稳态量法、故障暂态量法、注入法。故障稳态量法主要就是阻抗法，利用故障时测得的电压电流求得故障回路的阻抗，适用于分支少、结构简单的馈线，但不适合具有多分支或电缆-架空线混合馈线。故障暂态量法主要就是行波法，利用故障产生的暂态行波进行故障测距，可分为单端法和双端法。单端法面临的主要问题是暂态行波在分支节点和混合线路节点会频繁的发生折反射，需要一一甄别这些节点的反射波，识别故障点反射波将极其困难；双端法只采用初始暂态行波，但需要所有分支末端安装设备，实际中无法做到；此外，还有采用初始线模波行波和初始零模行波时间差进行测距的方法，但零模行波传播过程色散严重，如何标定到达时刻和确定零模行波波速将是主要难题。注入法是在系统故障后向系统注入特殊信号来测距的方法，主要有S注入法、端口故障诊断法、加信传递函数法和单端注入行波法，注入法的主要问题是需要加装专用信号源和辅助检测装置，但是投资成本高。
因此，如何在配电网线路发生永久性故障时，快速准确地定位故障，并且避免检测故障的投资成本过高成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明正是基于上述问题，提出了一种新的技术方案，用以在配电线路发生永久性故障时，快速准确地定位故障，而且可以避免检测故障的投资成本过高。
本发明提出了一种配电线路的故障测距装置，包括：数据采集器，用于若配电线路正常，则在断路器合闸时，采集并记录所述断路器从合闸时刻起产生的合闸行波；所述数据采集器还用于，若所述配电线路发生永久性故障，则在所述断路器跳闸后再重合闸时，采集并记录所述断路器从重合闸时刻起产生的重合闸行波；处理器，用于根据所述合闸行波和所述重合闸行波，确定重合于故障叠加行波；所述处理器还用于，根据所述重合于故障叠加行波中的故障点反射波和所述重合闸时刻，计算出所述配电线路的故障点距离；输出模块，用于输出所述处理器计算出的所述配电线路的故障点距离。
在该技术方案中，断路器在正常合闸和发生永久性故障时进行重合闸时，所有馈线及其分支的结构和负荷不变，重合于故障叠加行波仅反应故障支路的影响，从暂态行波的角度，则是仅反应故障支路节点对波的折反射，不反应其他分支或混合线路节点的影响，因此，根据重合于故障叠加行波可以识别故障点反射波，再结合从合闸时刻开始的合闸行波可以准确地确定故障点距离。另外，通过重合于故障叠加行波进行故障点测距，可以消除馈线中分支节点和混合线路节点造成的干扰，从而准确、快速地确定故障点距离。另外，本测距方案不需要加装注入设备，适合单端测量条件的配电系统，不受中性点接地形式的影响，特别在馈线具有多分支线路或混合线路情况时也可以进行测距，应用广泛，而且检测故障的投资成本比较低。
在上述技术方案中，优选地，所述处理器具体用于，分别对所述合闸行波和所述重合闸行波进行归一化处理；通过以下公式对归一化后的合闸行波和归一化后的重合闸行波进行计算，以确定所述重合于故障叠加行波，
Figure BDA0001209670950000031
其中，
Figure BDA0001209670950000032
表示所述重合于故障叠加行波，
Figure BDA0001209670950000033
表示所述归一化后的重合闸行波，
Figure BDA0001209670950000034
表示所述归一化后的合闸行波。
在该技术方案中，通过分别对合闸行波和重合闸行波进行归一化处理，再利用归一化处理后的重合闸行波和合闸行波计算重合于故障叠加行波，该重合于故障叠加行波可以消除混合线路节点对暂态行波的干扰，从而实现对故障点距离的准确测量。
在上述任一技术方案中，优选地，所述处理器具体用于，分别对所述合闸行波和所述重合闸行波进行小波变换，以确定所述合闸行波的首个模极大值和所述重合闸行波的首个模极大值；按照以下公式，分别对所述合闸行波和所述重合闸行波进行归一化处理，
Figure BDA0001209670950000035
其中，Yn表示所述合闸行波，Mn表示所述合闸行波的首个模极大值，Yf表示所述重合闸行波，Mf表示所述重合闸行波的首个模极大值。
在该技术方案中，由于合闸行波和故障量对应的重合闸角度不同，产生不同幅值的重合闸波，因此，分别对合闸行波和重合闸行波进行小波变换，获取小波变换后的模极大值，消噪后，确定合闸行波和重合闸行波的首个模极大值，再根据该首个模极大值对合闸行波和重合闸行波进行归一化处理，以计算出能够反映故障支路的重合于故障叠加行波。
在上述任一技术方案中，优选地，通过以下公式进行小波变换：
Figure BDA0001209670950000036
其中，f(n)表示所述合闸行波或者所述重合闸行波，
Figure BDA0001209670950000038
表示第j尺度的逼近分量，
Figure BDA0001209670950000039
为第j尺度的小波分量，h(k1)和g(k2)均表示滤波器参数；以及通过以下公式计算模极大值：
Figure BDA0001209670950000037
其中，
Figure BDA0001209670950000042
表示第j尺度的小波变换的模极大值，
Figure BDA0001209670950000043
表示当前层中的第k点数据的第j尺度的小波分量。
在该技术方案中，通过以上公式进行小波变换，可以减小对配电线路中的故障点的定位的误差，从而保证故障点测距的准确性。
在上述任一技术方案中，优选地，所述处理器具体用于，按照以下公式计算所述配电线路的故障点距离，
Figure BDA0001209670950000041
其中，X表示所述配电线路的故障点距离，t3表示所述故障点反射波的时刻，t2表示所述重合闸时刻，V表示行波波速。
在上述任一技术方案中，优选地，还包括：电源模块，用于为所述数据采集器和所述处理器供电。
通过本发明的技术方案，能够根据断路器分别在线路正常的合闸行波和线路发生永久性故障时的重合闸行波的分析，计算出配电线路中发生永久性故障的距离，以进一步确定故障点的位置，这样就能快速准确地定位故障，加快故障处理和供电恢复速度，减少停电带来的损失，而且可以避免检测故障的投资成本过高。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个实施例的配电线路的故障测距装置的结构示意图。
具体实施方式
为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
图1示出了根据本发明的一个实施例的配电线路的故障测距装置的结构示意图。
如图1所示，根据本发明的一个实施例的配电线路的故障测距装置100，包括：数据采集器102、处理器104和输出模块106。
数据采集器102，用于若配电线路正常，则在断路器合闸时，采集并记录所述断路器从合闸时刻t1起产生的合闸行波；所述数据采集器102还用于，若所述配电线路发生永久性故障，则在所述断路器跳闸后再重合闸时，采集并记录所述断路器从重合闸时刻t2起产生的重合闸行波；处理器104，用于根据所述合闸行波和所述重合闸行波，确定重合于故障叠加行波；所述处理器104还用于，根据所述重合于故障叠加行波中的故障点反射波和所述重合闸时刻，计算出所述配电线路的故障点距离；输出模块106，用于输出所述处理器104计算出的所述配电线路的故障点距离。
在该技术方案中，断路器在正常合闸和发生永久性故障时进行重合闸时，所有馈线及其分支的结构和负荷不变，重合于故障叠加行波仅反应故障支路的影响，从暂态行波的角度，则是仅反应故障支路节点对波的折反射，不反应其他分支或混合线路节点的影响，因此，根据重合于故障叠加行波可以识别故障点反射波，再结合从合闸时刻开始的合闸行波可以准确地确定故障点距离。另外，通过重合于故障叠加行波进行故障点测距，可以消除馈线中分支节点和混合线路节点造成的干扰，从而准确、快速地确定故障点距离。另外，本测距方案不需要加装注入设备，适合单端测量条件的配电系统，不受中性点接地形式的影响，特别在馈线具有多分支线路或混合线路情况时也可以进行测距，应用广泛，而且检测故障的投资成本比较低。
其中，数据采集器102的采样频率大于或等于1MHZ，采集数据的长度根据配电线路而定，例如，采集数据的长度大于或等于1毫秒。
输出模块106可以用于输出显示配电线路的故障点距离，还可以将配电线路的故障点距离输出发送给通信设备(例如终端)。
处理器104可以是通用处理器，例如中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。
在上述技术方案中，优选地，所述处理器104具体用于，分别对所述合闸行波和所述重合闸行波进行归一化处理；通过以下公式对归一化后的合闸行波和归一化后的重合闸行波进行计算，以确定所述重合于故障叠加行波，
Figure BDA0001209670950000061
其中，
Figure BDA0001209670950000062
表示所述重合于故障叠加行波，
Figure BDA0001209670950000063
表示所述归一化后的重合闸行波，
Figure BDA0001209670950000064
表示所述归一化后的合闸行波。
在该技术方案中，通过分别对合闸行波和重合闸行波进行归一化处理，再利用归一化处理后的重合闸行波和合闸行波计算重合于故障叠加行波，该重合于故障叠加行波可以消除混合线路节点对暂态行波的干扰，从而实现对故障点距离的准确测量。
在上述任一技术方案中，优选地，所述处理器104具体用于，分别对所述合闸行波和所述重合闸行波进行小波变换，以确定所述合闸行波的首个模极大值和所述重合闸行波的首个模极大值；按照以下公式，分别对所述合闸行波和所述重合闸行波进行归一化处理，
Figure BDA0001209670950000065
其中，Yn表示所述合闸行波，Mn表示所述合闸行波的首个模极大值，Yf表示所述重合闸行波，Mf表示所述重合闸行波的首个模极大值。
在该技术方案中，由于合闸行波和故障量对应的重合闸角度不同，产生不同幅值的重合闸波，因此，分别对合闸行波和重合闸行波进行小波变换，获取小波变换后的模极大值，消噪后，确定合闸行波和重合闸行波的首个模极大值，再根据该首个模极大值对合闸行波和重合闸行波进行归一化处理，以计算出能够反映故障支路的重合于故障叠加行波。
在上述任一技术方案中，优选地，通过以下公式进行小波变换：
Figure BDA0001209670950000066
其中，f(n)表示所述合闸行波或者所述重合闸行波，
Figure BDA0001209670950000067
表示第j尺度的逼近分量，
Figure BDA0001209670950000073
为第j尺度的小波分量，h(k1)和g(k2)均表示滤波器参数；以及通过以下公式计算模极大值：
Figure BDA0001209670950000071
其中，
Figure BDA0001209670950000074
表示第j尺度的小波变换的模极大值，
Figure BDA0001209670950000075
表示当前层中的第k点数据的第j尺度的小波分量。
在该技术方案中，通过以上公式进行小波变换，可以减小对配电线路中的故障点的定位的误差，从而保证故障点测距的准确性。
本方案选取暂态故障行波分析中常用的三次中心B样条函数的导函数作为小波函数，对应的小波变换的Mallat算法通过以上公式实现。
由于低尺度的小波模极大值易受到高频噪声影响，而高尺度的小波模极大值对应频带较低，不能体现暂态行波的高频特征，因此本方案选择尺度j＝2进行处理。当然，本方案也可以选择其他尺度(例如，j＝1、3、4)进行处理。
在上述任一技术方案中，优选地，所述处理器104具体用于，按照以下公式计算所述配电线路的故障点距离，
Figure BDA0001209670950000072
其中，X表示所述配电线路的故障点距离，t3表示所述故障点反射波的时刻，t2表示所述重合闸时刻，V表示行波波速。
在上述任一技术方案中，优选地，还包括：电源模块108，用于为所述数据采集器102和所述处理器104供电。
以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，通过本发明提出的技术方案，提出利用重合于故障叠加行波来检测故障点反射波，以计算故障点距离，进而对永久故障点位置进行定位，不需要加装注入设备，不受中性点接地形式的影响，适合单端测量条件的配电系统，特别在馈线具有多分支线路或混合线路情况时也可进行测距，应用广泛，而且还可以避免检测故障的投资成本过高。
在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”表示两个或两个以上。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种配电线路的故障测距装置，其特征在于，包括：
数据采集器，用于若配电线路正常，则在断路器合闸时，采集并记录所述断路器从合闸时刻起产生的合闸行波；
所述数据采集器还用于，若所述配电线路发生永久性故障，则在所述断路器跳闸后再重合闸时，采集并记录所述断路器从重合闸时刻起产生的重合闸行波；
处理器，用于根据所述合闸行波和所述重合闸行波，确定重合于故障叠加行波；
所述处理器还用于，根据所述重合于故障叠加行波中的故障点反射波和所述重合闸时刻，计算出所述配电线路的故障点距离；
输出模块，用于输出所述处理器计算出的所述配电线路的故障点距离；
所述处理器具体用于，
分别对所述合闸行波和所述重合闸行波进行归一化处理；
通过以下公式对归一化后的合闸行波和归一化后的重合闸行波进行计算，以确定所述重合于故障叠加行波，
Figure FDA0002279482720000011
其中，
Figure FDA0002279482720000012
表示所述重合于故障叠加行波，
Figure FDA0002279482720000013
表示所述归一化后的重合闸行波，
Figure FDA0002279482720000014
表示所述归一化后的合闸行波。
2.根据权利要求1所述的配电线路的故障测距装置，其特征在于，所述处理器具体用于，
分别对所述合闸行波和所述重合闸行波进行小波变换，以确定所述合闸行波的首个模极大值和所述重合闸行波的首个模极大值；
按照以下公式，分别对所述合闸行波和所述重合闸行波进行归一化处理，
Figure FDA0002279482720000015
其中，Yn表示所述合闸行波，Mn表示所述合闸行波的首个模极大值，Yf表示所述重合闸行波，Mf表示所述重合闸行波的首个模极大值。
3.根据权利要求2所述的配电线路的故障测距装置，其特征在于，通过以下公式对所述合闸行波和所述重合闸行波进行小波变换：
Figure FDA0002279482720000021
其中，f(n)表示所述合闸行波或者所述重合闸行波，V2jf(n)表示第j尺度的逼近分量，
Figure FDA0002279482720000026
为第j尺度的小波分量，h(k1)和g(k2)均表示滤波器参数；以及
通过以下公式计算模极大值：
Figure FDA0002279482720000022
其中，
Figure FDA0002279482720000023
表示第j尺度的小波变换的模极大值，
Figure FDA0002279482720000024
表示当前层中的第k点数据的第j尺度的小波分量。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的配电线路的故障测距装置，其特征在于，所述处理器具体用于，
按照以下公式计算所述配电线路的故障点距离，
Figure FDA0002279482720000025
其中，X表示所述配电线路的故障点距离，t3表示所述故障点反射波的时刻，t2表示所述重合闸时刻，V表示行波波速。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的配电线路的故障测距装置，其特征在于，还包括：
电源模块，用于为所述数据采集器和所述处理器供电。
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