CN107632236B - 一种基于对端母线反射波识别的单出线输电线路单端故障测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于对端母线反射波识别的单出线输电线路单端故障测距方法，属于电力系统故障测距技术领域。当输电线路发生故障时，从线路首端获取线路的三相电流并分别求取其零模分量与线模分量；对零模分量与线模分量分别通过连续小波变换求取其模极大值，并分别确定零模电流行波、线模电流行波到达首端量测点的时间t₀、t₁；确定零模电流行波对端母线反射波波头，确定对端母线反射的零模电流反射波到达首端量测点的时间t₂；基于已确定的零模电流行波对端母线反射波波头确定对应线模电流行波的对端母线反射波波头，并确定其达到首端量测点的时间t₃；采用线模电流行波首波头及对端母线反射波波头的新型故障测距公式得出故障距离x。

Description

一种基于对端母线反射波识别的单出线输电线路单端故障测 距方法

技术领域

本发明涉及一种基于对端母线反射波识别的单出线输电线路单端故障测距方法，属于电力系统故障测距技术领域。

背景技术

输电线路是电力系统的重要组成部分，占有非常重要的地位。随着我国电力行业的发展，输电网络愈加复杂，当输电线路发生故障时如何快速准确的确定故障位置已经成了当代电力行业的热门话题。快速准确的确定故障位置有助于及时修复故障线路，减轻了巡线压力并且大大缩短故障时间，同时对电力系统的安全稳定和经济运行都十分重要。在传统单端行波法测距中，如果在线路一段电气接线方式为单出线(某些直接连接电厂)，由于线路末端只有一回出线母线反射波对故障测距影响较大，对线模分量而言故障点反射波与对端母线反射波极性相同且不易识别，因此传统电流行波进行故障测距不能很好的保障故障定位的准确性。

行波是一种具有突变性、奇异性的高频暂态信号,信号中奇异点的出现往往代表着故障的发生。传统Fourier变换不能完整地描述既有频率特征又有时间特征的行波暂态信号,而小波变换模极大值可以完整地表示原函数,模极大值点对应着采样数据的奇异点,还可以通过模极大值重构原信号而不丢失任何重要信息,该性质决定了用小波变换模极大值描述行波信号时极具完备性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了避免输电线路一端电气接线方式为单出线时对故障测距造成的不良影响，提供一种基于对端母线反射波识别的单出线输电线路单端故障测距方法。

本发明的技术方案是：一种基于对端母线反射波识别的单出线输电线路单端故障测距方法，当输电线路发生故障时，从线路首端量测点获取线路的三相电流，并分别求取其零模分量与线模分量；对零模分量与线模分量分别通过连续小波变换求取其模极大值，并分别确定零模电流行波到达首端量测点的时间t₀、线模电流行波到达首端量测点的时间t₁；根据单出线输电线路对端母线反射波的零模电流行波极性与初始行波极性相反的原理确定零模电流行波对端母线反射波波头，确定对端母线反射的零模电流反射波到达首端量测点的时间t₂；基于已确定的零模电流行波对端母线反射波波头确定对应线模电流行波的对端母线反射波波头，并确定其达到首端量测点的时间t₃；采用线模电流行波首波头及对端母线反射波波头的新型故障测距公式得出故障距离x，实现单出线输电线路故障定位。

具体步骤为：

(1)当输电线路发生故障时，从输电线路首端量测点获取线路的三相电流I_A(j)、I_B(j)、I_C(j)，j＝1,2,…,n，n为离散信号的总采样点个数；

(2)根据式i₀(j)＝I_A(j)+I_B(j)+I_C(j)，j＝1,2,…,n，得到线路的零模电流波形；根据公式i_AB(j)＝I_A(j)-I_B(j)，i_BC(j)＝I_B(j)-I_C(j)，i_AC(j)＝I_A(j)-I_C(j)，j＝1,2,…,n，得到线路线模电流波形；其中，i₀为线路零模分量；i_AB(j)，i_BC(j)，i_AC(j)为线路线模分量，n为离散信号的总采样点个数；

(3)对获取的电流行波与电压行波用连续小波变换进行处理，根据其模极大值确定零模分量到达量测端时刻t₀以及线模到达量测端时刻t₁；

连续小波变换公式如下所示：

式中，a为尺度因子，a∈R且a≠0；b为平移因子，某一分解尺度a对应的中心频率的计算公式为：

式中，f_s为信号的采样频率；f_c为所选小波基的中心频率；

(4)根据单出线输电线路对端母线反射波的零模电流行波极性与初始行波极性相反的原理，通过小波变换模极大值识别对端母线反射波并确定对端母线反射波到达量测端的时间t₂；基于已确定的零序电流行波对端母线反射波确定线模电流行波的对端母线反射波及其到达首端量测点的时间t₃；

(5)采用线模初始行波波头时刻t₁及对端母线反射波到达量测端的时间t₃进行故障测距；

故障测距公式如下所示：

式中v₁表示线模电流行波的波速度；t₁表示线模电流初始行波到达首端量测点的时间；t₃表示线模电流行波对端母线反射波到达首端量测点的时间；L为线路全长；x为故障点到量测端的距离。

本发明的有益效果是：

1、本发明在输电线路一段电气接线方式为单出线(某些直接连接电厂)时，不受故障点反射波不易提取的影响，提高了故障定位的准确性。

2、本发明采用波速度不变的线模电流行波进行故障测距，大大的提高了故障定位的精确度。

3、本发明提出采用线模电流行波首波头与对端母线反射波波头进行故障测距，有效提高了故障定位的精度。

附图说明

图1是本发明故障位于半线长之外故障行波网格图；

图2是本发明单出线输电线路仿真模型示意图；

图3是本发明故障距离为距首端量测点70km时零模电流波形图；

图4是本发明故障距离为距首端量测点70km时线模电流波形图；

图5是本发明故障距离为距首端量测点70km时零模电流行波的小波变换模极大值示意图；

图6是本发明故障距离为距首端量测点70km时线模电流行波的小波变换模极大值示意图；

图7是本发明故障距离为距首端量测点30km时零模电流波形图；

图8是本发明故障距离为距首端量测点30km时线模电流波形图；

图9是本发明故障距离为距首端量测点30km时零模电流行波的小波变换模极大值示意图；

图10是本发明故障距离为距首端量测点30km时线模电流行波的小波变换模极大值示意图。

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。

实施例1：一种基于对端母线反射波识别的单出线输电线路单端故障测距方法，当输电线路发生故障时，从线路首端量测点获取线路的三相电流，并分别求取其零模分量与线模分量；对零模分量与线模分量分别通过连续小波变换求取其模极大值，并分别确定零模电流行波到达首端量测点的时间t₀、线模电流行波到达首端量测点的时间t₁；根据单出线输电线路对端母线反射波的零模电流行波极性与初始行波极性相反的原理确定零模电流行波对端母线反射波波头，确定对端母线反射的零模电流反射波到达首端量测点的时间t₂；基于已确定的零模电流行波对端母线反射波波头确定对应线模电流行波的对端母线反射波波头，并确定其达到首端量测点的时间t₃；采用线模电流行波首波头及对端母线反射波波头的新型故障测距公式得出故障距离x，实现单出线输电线路故障定位。

具体步骤为：

(1)当输电线路发生故障时，从输电线路首端量测点获取线路的三相电流I_A(j)、I_B(j)、I_C(j)，j＝1,2,…,n，n为离散信号的总采样点个数；

(2)根据式i₀(j)＝I_A(j)+I_B(j)+I_C(j)，j＝1,2,…,n，得到线路的零模电流波形；根据公式i_AB(j)＝I_A(j)-I_B(j)，i_BC(j)＝I_B(j)-I_C(j)，i_AC(j)＝I_A(j)-I_C(j)，j＝1,2,…,n，得到线路线模电流波形；其中，i₀为线路零模分量；i_AB(j)，i_BC(j)，i_AC(j)为线路线模分量，n为离散信号的总采样点个数；

(3)对获取的电流行波与电压行波用连续小波变换进行处理，根据其模极大值确定零模分量到达量测端时刻t₀以及线模到达量测端时刻t₁；

连续小波变换公式如下所示：

式中，a为尺度因子，a∈R且a≠0；b为平移因子，某一分解尺度a对应的中心频率的计算公式为：

式中，f_s为信号的采样频率；f_c为所选小波基的中心频率；

(4)根据单出线输电线路对端母线反射波的零模电流行波极性与初始行波极性相反的原理，通过小波变换模极大值识别对端母线反射波并确定对端母线反射波到达量测端的时间t₂；基于已确定的零序电流行波对端母线反射波确定线模电流行波的对端母线反射波及其到达首端量测点的时间t₃；

(5)采用线模初始行波波头时刻t₁及对端母线反射波到达量测端的时间t₃进行故障测距；

故障测距公式如下所示：

式中v₁表示线模电流行波的波速度；t₁表示线模电流初始行波到达首端量测点的时间；t₃表示线模电流行波对端母线反射波到达首端量测点的时间；L为线路全长；x为故障点到量测端的距离。

图2所示500kV系统中输电线路发生单相接地故障时，若在线路一端电气接线方式为单出线(某些直接连接电厂)，由于线路末端只有一回出线，末端母线反射波对行波测距严重影响了对故障点反射波的辨识，故障点反射波不易提取且测距精度较低，因此采用传统电流行波进行故障测距不能很好的保障故障定位的准确性。由于零序电流行波具有对端母线反射的零模电流行波极性与初始行波极性相反的特点，可以很好的辨识对端母线反射波。因此本法明采用零序电流行来识别对端母线反射波，并根据零序电流行波对端母线反射波可以有效的确定线模电流行波的对端母线反射波。这一方法很好的解决故障点反射波不易辨识的问题，且大大的提高了故障测距精度。

由于零模分量特性与零序电感、零序电流密切相关，而零序电阻和零序电感均随频率的改变而改变，所以零模分量色散情况严重。零模分量的色散使得零模电流行波的波速具有不确定性，这将直接影响到故障测距的精度。据研究，对于给定的线路，零模行波波速随其传播距离的增加而单调减小。而对于线模分量，由于其正序参数与频率无关，所以线模波速度不受频率影响，且对于给定的线路不会随传播距离改变而改变。针对这一问题，本发明采用线模分量进行故障测距，选取线模分量初始行波与对端母线反射波按如下公式确定故障位置：

经过理论分析和大量仿真表明本发明可以有效进行单出线输电线路故障定位，大大提高了单出线输电线路故障定位的准确度，具有较高的可靠性。

实施例2：如图2所示500kV输电线路仿真模型线路全长100km。假设距A点70km处发生A相接地故障。

从输电线路两端量测点获取三相电流行波，经计算得出的零模电流波形与线模电流行波分别如如图3、图4所示。通过matlab软件采用小波变换所得其模极大值如图5、图6所示。求得零模分量到达量测端时刻t₀以及线模到达量测端时刻t₁分别为：

t₀＝0.0312330472103

t₁＝0.0312320171674

根据零模确定的对端母线反射波辨识出线模对端母线反射波如图6所示，其到达测量端A的时间t₃为：

t₃＝0.0314315450644

带入故障测距公式

得出故障距离x＝70.25039km，误差为0.25039km。

实施例3：如图2所示500kV输电线路仿真模型线路全长100km。假设距A点30km处发生A相接地故障。

从输电线路两端量测点获取三相电流行波，经计算得出的零模电流波形与线模电流行波分别如如图7、图8所示。通过matlab软件采用小波变换所得其模极大值如图9、图10所示。求得零模分量到达量测端时刻t₀以及线模到达量测端时刻t₁分别为：

t₀＝0.0310991416309

t₁＝0.0310961373391

根据零模确定的对端母线反射波辨识出线模对端母线反射波如图10所示，其到达测量端A的时间t₃为：

t₃＝0.031564806867

线模速度取2.982×10⁵km/s带入故障测距公式

得出故障距离x＝30.12137km，误差为0.12137km。

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)

1.一种基于对端母线反射波识别的单出线输电线路单端故障测距方法，其特征在于：当输电线路发生故障时，从线路首端量测点获取线路的三相电流，并分别求取其零模分量与线模分量；对零模分量与线模分量分别通过连续小波变换求取其模极大值，并分别确定零模电流行波到达首端量测点的时间t₀、线模电流行波到达首端量测点的时间t₁；根据单出线输电线路对端母线反射波的零模电流行波极性与初始行波极性相反的原理确定零模电流行波对端母线反射波波头，确定对端母线反射的零模电流反射波到达首端量测点的时间t₂；基于已确定的零模电流行波对端母线反射波波头确定对应线模电流行波的对端母线反射波波头，并确定其达到首端量测点的时间t₃；采用线模电流行波到达首端量测点的时间t₁及对端母线反射波到达量测端的时间t₃进行故障测距得出故障距离x，实现单出线输电线路故障定位。

2.根据权利要求1所述的基于对端母线反射波识别的单出线输电线路单端故障测距方法，其特征在于具体步骤为：

(1)当输电线路发生故障时，从输电线路首端量测点获取线路的三相电流I_A(j)、I_B(j)、I_C(j)，j＝1,2,…,n，n为离散信号的总采样点个数；

(2)根据式i₀(j)＝I_A(j)+I_B(j)+I_C(j)，j＝1,2,…,n，得到线路的零模电流波形；根据公式i_AB(j)＝I_A(j)-I_B(j)，i_BC(j)＝I_B(j)-I_C(j)，i_AC(j)＝I_A(j)-I_C(j)，j＝1,2,…,n，得到线路线模电流波形；其中，i₀为线路零模分量；i_AB(j)，i_BC(j)，i_AC(j)为线路线模分量，n为离散信号的总采样点个数；

(3)对获取的电流行波与电压行波用连续小波变换进行处理，根据其模极大值确定零模分量到达量测端时刻t₀以及线模到达量测端时刻t₁；

连续小波变换公式如下所示：

式中，a为尺度因子，a∈R且a≠0；b为平移因子，某一分解尺度a对应的中心频率的计算公式为：

式中，f_s为信号的采样频率；f_c为所选小波基的中心频率；

(4)根据单出线输电线路对端母线反射波的零模电流行波极性与初始行波极性相反的原理，通过小波变换模极大值识别对端母线反射波并确定对端母线反射波到达量测端的时间t₂；基于已确定的零模电流行波对端母线反射波确定线模电流行波的对端母线反射波及其到达首端量测点的时间t₃；

(5)采用线模电流行波到达首端量测点的时间t₁及对端母线反射波到达量测端的时间t₃进行故障测距；

故障测距公式如下所示：

式中v₁表示线模电流行波的波速度；t₁表示线模电流初始行波到达首端量测点的时间；t₃表示线模电流行波对端母线反射波到达首端量测点的时间；L为线路全长；x为故障点到量测端的距离。

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