CN106959401B - 一种分布式行波测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式行波测距方法，按照设定距离多测点采集行波的电压、电流数据，同时对采集时间进行计时和校正；根据故障两端测点测得的行波时间和测点的距离，确定初始行波速度；根据初始行波速度、相邻两个测点的距离和故障传播到测点的时间，根据双端测距确定故障点的位置。本发明采用分布式安装、沿输电线路的杆塔按照一定距离分布，行波波速动态计算，更接近真实值，解决目前输电中行波监测存在的问题，保证高阻接地等各种复杂情况下的测距精度。

Description

一种分布式行波测距方法

技术领域

本发明涉及电力系统传输线路故障测距领域，尤其涉及一种分布式行波测距方法。

背景技术

目前高压输电线路发生故障时多采用行波测距的方法，行波测距装置安装在输电线路的变电站内。发生线路故障时，行波会沿输电线路分别向前后两侧传播，站端的行波测距装置采集故障行波电流，然后通过检测故障暂态电流行波在故障点与母线之间的传播时间来定位故障点。

对于输电距离几百到上千公里的高压输电系统，由于线路超长，在经过平原、水网和高山等不同地形的时候，行波波阻抗变化很大，行波波速也随之波动,信号衰减显著。传统的测距定位方法采用近似的恒定波速来计算故障点的位置，增大了故障定位的误差。基于站端检测的传统行波测距方法在发生故障时，测距误差经常会超过1％，对于1000km线路，误差有时达到10km，考虑到输电线路途经的多样化的地形和气候，发生故障时查找和维修的难度非常大；特别是高阻接地时，由于故障信号小，远距离传输到站端的故障信号衰减显著，站端行波测距系统经常无法实现测距，导致故障后要对上千公里线路进行排查，造成了长时间停电，经济损失巨大。

传统的双端行波测距法原理如下：

测距装置安装在相邻的两个变电站A和B中，变电站之间的距离已知为L_MN；

某时刻输电线路在两个变电中间C点发生了故障，故障初始行波波头到达两侧变电站中母线的时间分别为t_M和t_N；

行波波速近似为固定值v，则故障距离可以由以下公式计算：

L_M＝(L_MN+v·(t_M-t_N))/2 (1)

L_N＝(L_MN-v·(t_M-t_N))/2 (2)

由于远距离波速变化较大，传统行波测距时测距精度不能满足测距要求。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种分布式行波测距方法，本发明采用非接触行波采集与分布式行波测距算法相结合，能够及时准确地测出故障距离，使电力系统尽快恢复正常运行。监测终端不再限定安装于变电站内，而是采用分布式安装、沿输电线路的杆塔按照一定距离分布，行波波速动态计算，更接近真实值，解决目前输电中行波监测存在的问题，保证高阻接地等各种复杂情况下的测距精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种分布式行波测距方法，包括以下步骤：

(1)按照设定距离多测点采集行波故障电压、电流数据，同时对采集时间进行计时和校正；

(2)根据故障点外侧2个检测点行波到达时间和检测点距离，确定初始行波速度；

(3)根据初始行波速度、相邻两个测点的距离和故障传播到测点的时间，根据双端测距确定故障点的位置。

所述步骤(1)中，测距装置按一定距离分布安装于杆塔，行波测距装置携带非接触式传感器进行行波电压、电流数据的采集。

所述步骤(1)中，利用GPS同步时钟接收装置进行校时，保证所有测距装置的时钟都同步。

所述步骤(1)中，输电系统发生故障时，故障点两侧的测距终端把采集到的电流电压信息和时间进行上传。

所述步骤(2)中，各测点测距装置的安装位置和之间的距离是已知固定的，传输线路发生故障时，故障点产生的初始行波以速度x沿输电线路向两端变电站传输，到达故障点两侧M端和N端测点的时刻分别为t_M、t_N，继续向两侧传输，t_X、t_Y时刻分别到达次级相邻的监测终端X和Y处，以此往外延续经过N_num个检测装置，可以分别计算各个测点之间行波速度，使用靠近故障点的两组测点来确定故障点处的平均波速。

所述步骤(2)中，取距离故障点距离最近的两组测点的数据，求取平均波速。

所述步骤(3)中，初始行波速度确定以后，由故障点C相邻两个监测终端的距离L_MN和故障传播到检测终端的时间t_M、t_N由双端测距计算出故障点的位置。

一种分布式行波测距系统，包括多个行波测距终端和中心主站，所述行波测距终端被配置为实现行波数据采集和GPS校时以及数据处理、录波、存储和远传，输电线路上任何位置发生故障时，两个行波测距终端的初始行波构成双端定位，根据故障点与相邻两个监测终端的相对位置来计算出故障点的准确位置，行波测距终端采集故障时行波数据并上传至中心主站，中心主站完成接收、数据存储及数据统计，根据分布式行波算法定位故障点。

所述中心主站汇总各分布式监测装置故障数据，对输电系统发生的各种故障进行分析，实现故障的准确定位；同时对对分布式监测装置进行管理和运行状态监测。

所述行波测距终端包括采集行波电压和电流信号的行波测距装置和GPS校时模块。

本发明的有益效果为：

1、本发明采用分布式安装方式，缩短监测距离，解决信号衰减问题，可实现高阻接地时的故障定位；无线接收方式直接测量行波信号，避免二次回路对行波波形的影响。

2、本发明结构简单、安装方便，利用无线接收原理，测距终端安装于杆塔上，与高压部分无接触，无需停电安装。

3、本发明可靠性高、免维护，终端设计考虑复杂环境因素，只安装于杆塔，运行无需人工干预，免维护，测距终端之间可以互为备用。

附图说明

图1为传统的双端行波测距法原理。

图2为本发明的具体实施例的原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

为解决电力系统传输线路中采用传统行波测距时测距精度不能满足测距要求的问题，本发明提出一种新型分布式结构，采用非接触行波采集与分布式行波测距算法相结合的新方法，能够及时准确地测出故障距离，使电力系统尽快恢复正常运行。监测终端不再限定安装于变电站内，而是采用分布式安装、沿输电线路的杆塔按照一定距离分布，行波波速动态计算，更接近真实值，解决目前输电中行波监测存在的问题，保证高阻接地等各种复杂情况下的测距精度。

本发明由两部分组成：

行波测距终端和中心主站。行波测距终端负责行波数据采集和GPS校时以及数据处理、录波、存储和远传等功能。输电线路上任何位置发生故障时，两个监测点的初始行波就能构成双端定位，可以根据故障点与相邻两个监测终端的相对位置来计算出故障点的准确位置。行波测距终端采集故障时行波数据并上传至中心主站，主站完成接收、数据存储及数据统计，据分布式行波算法定位故障点；汇总各分布式监测装置故障数据，对输电系统发生的各种故障进行分析，实现故障的准确定位；同时对对分布式监测装置进行管理和运行状态监测。

测距方法具体包括：

步骤一：测距装置按一定距离分布安装于杆塔(100KM～200KM)，行波测距装置携带非接触式传感器进行行波电压、电流数据的采集；CPU运算块进行初步运算处理和录波；GPS同步时钟接收装置进行校时，保证所有装置的时钟都同步。

步骤二：分布式行波测距装置采集电压和电流两路行波信号。输电系统发生故障时，故障点两侧的测距终端把采集到的电流电压信息和时间文件上传至主站。

步骤三：数据上传至主站之后，主站根据接收到的各终端数据进行分布式行波算法定位故障和综合分析：

工频数据采集单元实时采集线路的工频电压和工频电流数据与故障发生的时刻。如下图2所示，Z、X、M、N、Y、G点分别为装有监测终端的监测点，故障发生在M和N之间的C点处。

步骤四：计算故障点处的初始行波速度。各监测终端的安装位置和之间的距离是已知固定的，传输线路发生故障时，故障点C产生的初始行波以速度v沿输电线路向两端变电站传输，到达两侧M端和N端的时刻分别为t_M、t_N，继续向两侧传输，在t_X、t_Y时刻分别到达次级相邻的监测终端X和Y处，由于检测终端之间的距离是已知的，所以初始行波传输的速度可以由公式：

v_X＝L_MX/(t_X-t_M) (4)

v_y＝L_NY/(t_Y-t_N) (5)

初始行波继续传播到达下一级相邻的中断，直至Z和G处，计算相应的波速：

v_z＝L_ZX/(t_Z-t_X)

v_G＝L_GY/(t_G-t_Y)

·······

行波继续沿着固定线路向两侧方向传播，假定几次经过N_num个检测装置，计算故障点处的行波速度为：

v＝(v_X+v_Y+v_z+v_G······)/N_num (6)

取理论上距故障点最近的两段和L_NF，N_num＝2L_MN，则以波速v计算如下：

v＝(v_x+v_y)/2＝L_MX/2(t_X-t_M)+L_NY/2(t_Y-t_N) (7)

步骤五：初始行波速度确定以后，由故障点C相邻两个监测终端的距离L_MN和故障传播到检测终端的时间t_M、t_N由双端测距的计算公式(1)和(2)可以计算出故障点的位置：

式中L_M、L_N为故障点距离M点和N点的距离。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种分布式行波测距方法，包括多个行波测距终端和中心主站，所述行波测距终端被配置为实现行波数据采集和GPS校时以及数据处理、录波、存储和远传，输电线路上任何位置发生故障时，两个行波测距终端的初始行波构成双端定位，根据故障点与相邻两个监测终端的相对位置来计算出故障点的准确位置，行波测距终端采集故障时行波数据并上传至中心主站，中心主站完成接收、数据存储及数据统计，根据分布式行波算法定位故障点，其特征是：包括以下步骤：

(1)按照设定距离多测点采集行波的电压、电流数据，同时对采集时间进行计时和校正；

(2)根据故障两端测点测得的行波时间和测点的距离，确定初始行波速度；

(3)根据初始行波速度、故障点相邻两个测点的距离和故障传播到测点的时间，根据双端测距确定故障点的位置；

所述步骤(2)中，各测点测距装置的安装位置和之间的距离是已知固定的，传输线路发生故障时，故障点产生的初始行波以速度x沿输电线路向两端变电站传输，到达故障点两侧M端和N端测点的时刻分别为t_M、t_N，继续向两侧传输，t_X、t_Y时刻分别到达次级相邻的监测终端X和Y处，以此往外延续经过N_num个检测装置，分别计算各个测点之间行波速度，使用靠近故障点相邻两组测点来确定故障点处的平均波速，将该平均波速作为初始行波速度；

各个测点之间的行速波度由下列公式计算：

v_X＝L_MX/(t_X-t_M)

v_y＝L_NY/(t_Y-t_N)，其中，v_X为X点的行波速度，L_MX为M点到X点的距离，t_X为初始行波到达X点的时间，t_M为初始行波到达M点的时间，v_y为Y点的行波速度，L_NY为N点到Y点的距离，t_Y为行波到达Y点的时间，t_N为初始行波到达N点的时间。

2.如权利要求1所述的一种分布式行波测距方法，其特征是：所述步骤(1)中，测距装置按一定距离分布安装于杆塔，行波测距装置携带非接触式传感器进行行波电压、电流数据的采集。

3.如权利要求1所述的一种分布式行波测距方法，其特征是：所述步骤(1)中，利用GPS同步时钟接收装置进行校时，保证所有测距装置的时钟都同步。

4.如权利要求1所述的一种分布式行波测距方法，其特征是：所述步骤(1)中，输电系统发生故障时，故障点两侧的测距终端把采集到的电流电压信息和时间进行上传。