CN108008246B - 基于时域自适应窗的线路故障测距方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于时域自适应窗的线路故障测距方法及装置，包括通过采集故障相上的故障电流行波，以获得故障电流行波录波文件，从而获得故障电流行波录波波形的过零时间点，相邻过零时间点为一个时域自适应窗；以值最大的单位时间的电流行波能量所对应的时域自适应窗作为有效行波阵时间窗；在有效行波阵时间窗内，将值最大的行波能量所对应的滑动时间窗的最早时间点为行波首波波头时间点，根据计算出的行波首波波头时间点，基于双端定位进行拟合测距。上述方法及装置通过计算时域自适应窗来计算行波首波波头时间点，从而基于行波首波波头时间点，运用双端定位进行拟合测距，提高定位精度。

Description

基于时域自适应窗的线路故障测距方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种基于时域自适应窗的线路故障测距方法及装置。

背景技术

智能电网的发展，构建更多的高压、长距离输电线路，电力行业非常重视输电线路故障测距难题。当输电线路故障发生时，为减少巡线时间，缩短停电时间，提高供电可靠性，迫切需要能及时准确地查找故障位置的适用方法。

对比电力系统传统的阻抗法，行波定位技术具有定位精度高、不受线路阻抗影响等优点。目前应用较多采用变电站内的行波监测装置，利用两端法或网络法定位故障点，但行波长距离的传输的衰减和畸变会给波头的捕捉带来影响，因此，为提高故障定位精确度，亟需一种新的定位方法。

发明内容

本发明提供一种基于时域自适应窗的线路故障测距方法及装置，用以解决现有技术中的测距方法对故障定位精确度不高的技术问题。

本发明一方面提供一种基于时域自适应窗的线路故障测距方法，输电线路上预先设置有监测点，每个监测点处的A相、B相和C相上分别安装有智能监测终端，包括：

步骤101，通过智能监测终端采集第一工频电流；

步骤102，对智能监测终端采集的所述第一工频电流进行分析，以判定所述智能监测终端所位于的线路是否发生故障，若是，转步骤103执行；

步骤103，通过位于故障相上的智能监测终端采集故障电流行波，以获得故障电流行波录波文件，所述故障相为线路发生故障的某相，所述故障电流行波录波文件包括故障电流行波录波波形；

步骤104，对所述故障电流行波录波文件进行分析，以获得故障电流行波录波波形的过零时间点，其中，相邻所述过零时间点为一个时域自适应窗；

步骤105，计算获得单位时间的电流行波能量，并以值最大的单位时间的电流行波能量所对应的时域自适应窗作为有效行波阵时间窗；

步骤106，在有效行波阵时间窗内，以η为固定时间窗，以采样时间T为滑窗时间间隔，根据表达式

分别计算有效行波阵时间窗内的各个滑窗的单位行波能量，并以值最大的行波能量所对应的滑动时间窗的最早时间点为行波首波波头时间点，其中，△T_m为有效行波阵时间窗，k₁∈{0，1，2，…，N-1}，滑窗次数N＝(△T_m-η)/T，

表示第k₁个过零时间点处的时间，i(t₁)表示t₁时刻的电流值，

步骤107，根据计算出的行波首波波头时间点，基于双端定位进行拟合测距。

进一步的，步骤105具体包括：根据表达式

计算获得单位时间的电流行波能量，并以值最大的单位时间的电流行波能量所述对应的时域自适应窗作为有效行波阵时间窗；

其中，k-1∈{0，1，2，…，n-1}，n为过零时间点总个数，i(t)表示t时刻的电流值，t∈(T_k-1,T_k)，T_k-1表示第K-1个过零时间点处的时间，T_k表示与第K-1个过零时间点相邻的第K个过零时间点处的时间，T_k>T_k-1，T_k-T_k-1为一个时域自适应窗。

进一步的，步骤102具体包括：

对所述智能监测终端采集的第一工频电流进行分析，判断第一工频电流是否在预设时间段内增加预设增量后减少到零，若是，则所述智能监测终端所位于的线路为故障相，转步骤103执行。

进一步的，在判定所述智能监测终端所位于的线路发生故障后，还包括步骤103’，识别所述故障相上的故障区域；

步骤103’具体包括：根据故障相上的所述智能监测终端采集的故障工频电流计算相位；

判断相邻两个智能监测终端采集的故障工频电流相位是否相反，若相反，以该两个智能监测终端中的一个智能监测终端为第一终端，另一个智能监测终端为第二终端，判断位于第一终端第一侧的所有智能监测终端采集的故障工频电流相位是否与第一终端采集的故障工频电流相位相同，且位于第二终端第一侧的所有智能监测终端采集的故障工频电流相位是否与第二终端采集的故障工频电流相位相同，其中，第一终端第一侧为第一终端的不与第二终端相邻的一侧；第二终端第一侧为第二终端的不与第一终端相邻的一侧；若判断结果为是，则第一终端与第二终端之间的区域为故障区域。

进一步的，步骤107具体包括：

将第一终端及位于第一终端第一侧的所有智能监测终端为节点归集为集合G₁，将第二终端及位于第二终端第一侧的所有智能监测终端为节点归集为集合G₂；

在集合G₁与集合G₂的节点中，将集合G₁中所包括的a个节点以距离故障点近远顺序依次与集合G₂中所包括的b个节点以距离故障点近远顺序两两进行双端定位，以获得定位结果；其中，所述故障点位于故障区域中；

根据表达式L_ab＝-ΔT_ab×ν+2d_aF对所述定位结果进行拟合，选择故障位置重合次数最多的结果作为故障定位结果；其中：

L_ab为集合G₁的第a个节点到集合G₂的第b个节点的距离；

ΔT_ab为集合G₁的第a个节点到集合G₂的第b个节点的行波首波波头时间点的时间差；

d_aF为集合G₁的第a个节点到故障点F的距离；

ν为输电线路的行波波速度。

本发明另一方面提供一种基于时域自适应窗的线路故障测距装置，输电线路上预先设置有监测点，每个监测点处的A相、B相和C相上分别安装有智能监测终端，包括：

第一采集模块，用于通过智能监测终端采集第一工频电流；

第一判断模块，用于对智能监测终端采集的所述第一工频电流进行分析，以判定所述智能监测终端所位于的线路是否发生故障，若是，触发第二采集模块；

第二采集模块，用于通过位于故障相上的智能监测终端采集故障电流行波，以获得故障电流行波录波文件，所述故障相为线路发生故障的某相，所述故障电流行波录波文件包括故障电流行波录波波形；

过零时间点获取模块，用于对各所述故障电流行波录波文件进行分析，以获得故障电流行波录波波形的过零时间点，其中，相邻所述过零时间点为一个时域自适应窗；

有效行波阵时间窗获取模块，用于计算获得单位时间的电流行波能量，并以值最大的单位时间的电流行波能量所对应的时域自适应窗作为有效行波阵时间窗；

第一计算模块，用于在有效行波阵时间窗内，以η为固定时间窗，以采样时间T为滑窗时间间隔，根据表达式

分别计算有效行波阵时间窗内的各个滑窗的单位行波能量，并以值最大的行波能量所对应的时间窗的最早时间点为行波首波波头时间点，其中，△T_m为有效行波阵时间窗，k₁∈{0，1，2，…，N-1}，滑窗次数N＝(△T_m-η)/T，

表示第k₁个过零时间点处的时间，i(t₁)表示t₁时刻的电流值，

第二计算模块，根据计算出的行波首波波头时间点，基于双端定位进行拟合测距。

进一步的，有效行波阵时间窗获取模块具体用于：

根据表达式

计算获得单位时间的电流行波能量，并以值最大的单位时间的电流行波能量所述对应的时域自适应窗作为有效行波阵时间窗；

其中，k-1∈{0，1，2，…，n-1}，n为过零时间点总个数，i(t)表示t时刻的电流值，t∈(T_k-1,T_k)，T_k-1表示第K-1个过零时间点处的时间，T_k表示与第K-1个过零时间点相邻的第K个过零时间点处的时间，T_k>T_k-1，T_k-T_k-1为一个时域自适应窗。

进一步的，第一判断模块具体用于：

对所述智能监测终端采集的第一工频电流进行分析，判断第一工频电流是否在预设时间段内增加预设增量后减少到零，若是，则所述智能监测终端所位于的线路为故障相，触发第二采集模块。

进一步的，上述装置还包括第二判断模块，所述第二判断模块具体用于：

根据故障相上的所述智能监测终端采集的故障工频电流计算相位；

判断相邻两个智能监测终端采集的故障工频电流相位是否相反，若相反，以该两个智能监测终端中的一个智能监测终端为第一终端，另一个智能监测终端为第二终端，判断位于第一终端第一侧的所有智能监测终端采集的故障工频电流相位是否与第一终端采集的故障工频电流相位相同，且位于第二终端第一侧的所有智能监测终端采集的故障工频电流相位是否与第二终端采集的故障工频电流相位相同，其中，第一终端第一侧为第一终端的不与第二终端相邻的一侧；第二终端第一侧为第二终端的不与第一终端相邻的一侧；若判断结果为是，则第一终端与第二终端之间的区域为故障区域。

进一步的，所述第二计算模块具体用于：

将第一终端及位于第一终端第一侧的所有智能监测终端作为节点归集到集合G₁中，将第二终端及位于第二终端第一侧的所有智能监测终端作为节点归集到集合G₂中；

在集合G₁与集合G₂的节点中，将集合G₁中所包括的a个节点以距离故障点近远顺序依次与集合G₂中所包括的b个节点以距离故障点近远顺序两两进行双端定位，以获得定位结果；其中，所述故障点位于故障区域中；

根据表达式L_ab＝-ΔT_ab×ν+2d_aF对所述定位结果进行拟合，选择故障位置重合次数最多的结果作为故障定位结果；

其中：L_ab为集合G₁的第a个节点到集合G₂的第b个节点的距离；

ΔT_ab为集合G₁的第a个节点到集合G₂的第b个节点的行波首波波头时间点的时间差；

d_aF为集合G₁的第a个节点到故障点F的距离；

ν为输电线路的行波波速度。

本发明提供一种基于时域自适应窗的线路故障测距方法及装置，通过对智能监测终端采集的第一工频电流进行分析，以判定某相是否发生故障，然后对位于故障相上的智能监测终端采集的故障电流行波录波波形进行分析，以获得过零时间点，从而获得时域自适应窗，再计算单位时间的电流行波能量，并以值最大的单位时间的电流行波能量所对应的时域自适应窗作为有效行波阵时间窗，最后计算获得有效行波阵时间窗内的行波能量，并以值最大的行波能量所对应的滑动时间窗的最早时间点为行波首波波头时间点，然后根据计算出的各行波首波波头时间点，基于双端定位进行拟合测距，从而确定故障定位结果，进一步提高定位精度。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明实施例提供的基于时域自适应窗的线路故障测距方法的一流程示意图；

图2为本发明实施例提供的输电线路C相发生接地故障示意图；

图3为本发明实施例提供的基于时域自适应窗的线路故障测距装置的一结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1为本发明实施例提供的基于时域自适应窗的线路故障测距方法的一流程示意图；如图1所示，本实施例提供一种基于时域自适应窗的线路故障测距方法，输电线路上预先设置有监测点，每个监测点处的A相、B相和C相上分别安装有智能监测终端，包括步骤101-步骤107。

其中，步骤101，通过智能监测终端采集第一工频电流。在输电线路上每隔5公里至50公里选择一个监测点，每个监测点的A相、B相和C相上分别安装一台智能监测终端。每台智能监测终端实时采集所在线路的第一工频电流。此次第一工频电流即为工频电流，使用“第一”做限定是为了与后续出现的故障工频电流做区分，并未有特殊含义。

步骤102，对智能监测终端采集的第一工频电流进行分析，以判定智能监测终端所位于的线路是否发生故障，若是，转步骤103执行。

具体的，对各智能监测终端采集的实时第一工频电流进行分析，判断第一工频电流是否在预设时间段内增加预设增量后减少到零，若是，则智能监测终端所位于的线路为故障相，转步骤103执行。预设时间段和预设增量可分别根据实际情况进行设置，在此不做限定，一般的，预设增量为30％。

步骤103，通过位于故障相上的智能监测终端采集故障电流行波，以获得故障电流行波录波文件，故障相为线路发生故障的某相，故障电流行波录波文件包括故障电流行波录波波形。

具体的，故障相包括A相、B相和C相中的一相或多相，在确定故障相后，需要对故障相上的故障电流行波做采集，以便后续分析。

步骤104，对故障电流行波录波文件进行分析，以获得故障电流行波录波波形的过零时间点，其中，相邻过零时间点为一个时域自适应窗。

具体的，过零时间点即故障电流行波录波波形中，纵坐标为零时的点，相邻的过零时间点为一个时域自适应窗，即相邻的过零时间点的横坐标(横坐标为时间)之差(值大的时间减去值小的时间)的值为时域自适应窗的大小。

进一步的，可对上述获得的过零时间点进行进一步优化，若获得的过零时间点为T₀、T₁、T₂、…、T_n(n+1为过零时间点总个数)，设置过零时间点有效的边界条件为△T_k＝T_k-T_k-1≥δ(δ的单位为微秒)，其中，k-1∈{0，1，2，…，n-1}，δ可根据实际情况进行设置，对获得的过零时间点采用上述边界条件进行筛选，不满足上述边界条件的过零时间点视为无效点，应删除，刷选完成之后未删除的过零时间点为有效过零时间点，相邻的有效过零时间点组成一个时域自适应窗，该时域自适应窗参与到后续计算处理中。

步骤105，计算获得单位时间的电流行波能量，并以值最大的单位时间的电流行波能量对应的时域自适应窗作为有效行波阵时间窗。

步骤106，在有效行波阵时间窗内，以η为固定时间窗，以采样时间T为滑窗时间间隔，根据表达式

分别计算有效行波阵时间窗内的各个滑窗的单位行波能量，并以值最大的行波能量所对应的滑动时间窗的最早时间点为行波首波波头时间点，其中，△T_m为有效行波阵时间窗，k₁∈{0，1，2，…，N-1}，滑窗次数N＝(△T_m-η)/T，

表示第k₁个过零时间点处的时间，i(t₁)表示t₁时刻的电流值，

滑动时间窗即

组成的时间区间。

步骤107，根据计算出的各行波首波波头时间点，基于双端定位进行拟合测距。

本实施例提供的基于时域自适应窗的线路故障测距方法，通过对智能监测终端采集的第一工频电流进行分析，以判定某相是否发生故障，然后对位于故障相上的智能监测终端采集的故障电流行波录波波形进行分析，以获得过零时间点，从而获得时域自适应窗，再计算单位时间的电流行波能量，并以值最大的单位时间的电流行波能量所对应的时域自适应窗作为有效行波阵时间窗，最后计算获得有效行波阵时间窗内的行波能量，并以值最大的行波能量所对应的滑动时间窗的最早时间点为行波首波波头时间点，然后根据计算出的各行波首波波头时间点，基于双端定位进行拟合测距，从而确定故障定位结果，进一步提高定位精度。

在本发明另一个具体实施例中，在上述实施例的基础上，步骤105具体包括：根据表达式

计算获得单位时间的电流行波能量，并以值最大的单位时间的电流行波能量对应的时域自适应窗作为有效行波阵时间窗；

其中，k-1∈{0，1，2，…，n-1}，n为过零时间点总个数，i(t)表示t时刻的电流值，t∈(T_k-1,T_k)，T_k-1表示第K-1个过零时间点处的时间，T_k表示与第K-1个过零时间点相邻的第K个过零时间点处的时间，T_k>T_k-1，T_k-T_k-1为一个时域自适应窗。

进一步的，在判定智能监测终端所位于的线路发生故障后，还包括步骤103’，识别故障相上的故障区域；步骤103’具体包括：根据故障相上的智能监测终端采集的故障工频电流计算相位；

判断相邻两个智能监测终端采集的故障工频电流相位是否相反，若相反，以该两个智能监测终端中的一个智能监测终端为第一终端，另一个智能监测终端为第二终端，判断位于第一终端第一侧的所有智能监测终端采集的故障工频电流相位是否与第一终端采集的故障工频电流相位相同，且位于第二终端第一侧的所有智能监测终端采集的故障工频电流相位是否与第二终端采集的故障工频电流相位相同，其中，第一终端第一侧为第一终端的不与第二终端相邻的一侧；第二终端第一侧为第二终端的不与第一终端相邻的一侧；若判断结果为是，则第一终端与第二终端之间的区域为故障区域。

具体的，故障工频电流即在监测到故障发生后智能监测终端采集到的工频电流。

进一步的，步骤107具体包括：

将第一终端及位于第一终端第一侧的所有智能监测终端为节点归集为集合G₁，将第二终端及位于第二终端第一侧的所有智能监测终端为节点归集为集合G₂；

在集合G₁与集合G₂的节点中，将集合G₁中所包括的a个节点以距离故障点近远顺序依次与集合G₂中所包括的b个节点以距离故障点近远顺序两两进行双端定位，以获得定位结果；其中，故障点位于故障区域中；

根据表达式L_ab＝-ΔT_ab×ν+2d_aF对定位结果进行拟合，选择故障位置重合次数最多的结果作为故障定位结果；其中：

L_ab为集合G₁的第a个节点到集合G₂的第b个节点的距离；

ΔT_ab为集合G₁的第a个节点到集合G₂的第b个节点的行波首波波头时间点的时间差；

d_aF为集合G₁的第a个节点到故障点F的距离；

ν为输电线路的行波波速度。

具体的，L_ab＝-ΔT_ab×ν+2d_aF，可转化为y＝at+b；其中：

y＝L_ab为集合G₁的第a个节点到集合G₂的第b个节点的距离；

t＝ΔT_ab为集合G₁的第a个节点到集合G₂的第b个节点的行波首波波头时间点的时间差；

b/2＝为集合G₁的第a个节点到故障点F的距离；

a＝ν为输电线路的行波波速度。

以下列举具体实施例对上述过程进行详细说明。

步骤1：采集输电线路第一工频电流，或者在故障发生时采集故障相上的故障工频电流和故障电流行波。

在输电线路每隔5公里至50公里选择一个监测点，每个监测点的A相、B相和C相上分别安装一台智能监测终端。每台智能监测终端采集故障时段带时标的故障工频电流和故障电流行波。智能监测终端包括电源模块、采集处理模块、守时模块和通讯模块。

步骤2：识别输电线路故障相和故障区域。

故障相为故障发生的某相或某几相线路，故障区域为故障点所在的相邻两个监测点间的区域。识别故障相的依据为监测点对应的三相上的智能监测终端中，某台终端的工频电流突增30％后减少到零，则此智能监测终端所安装的线路为故障相。故障区域识别的依据为相邻二个监测点在故障后的故障电流相位相反。如图2所示，监测点1、监测点2、监测点3和监测点的A相、B相的故障后工频电流变化很小，则A相、B相为非故障相，C相电流突增66％，则C相为故障相。监测点1和监测点2的C相工频故障电流相位同相，监测点1和监测点2间的区域不是故障区域；监测点3和监测点4的C相工频故障电流相位同相，监测点3和监测点4间的区域不是故障区域；监测点2和监测点3的C相工频故障电流相位相反，监测点2和监测点3间的区域为故障区域。

步骤3：获取自适应时间窗。

实施步骤S3时，求解所有监测点的故障相故障电流行波波形的过零时间点为T₀、T₁、T₂、…、T_n，过零时间点有效的边界条件为△T_k＝T_k-T_k-1≥2微秒，否则过零点为无效点，应删除，形成时域自适应窗。如图3所示，故障行波电流波形中过零时间点为T₀、T₁、T₂、…、T21，时间差均大于2微秒，均为有效过零时间点。

步骤4：能量法寻找有效行波阵时间窗。

在各个相邻的时域自适应窗中，利用表达式

计算单位时间的电流行波能量，求得电流行波单位能量为Q₁、Q₂、…、Q_n，求取单位时间的最大电流行波能量为Q_max＝max{Q₁、Q₂、…、Q_n}，Q_max对应的时间窗为有效行波阵时间窗△T_m。对某一个监测点故障相的故障电流行波单位能量运用上式求解，得到故障相的故障电流行波单位能量值，如表1所示，由表1可知，Q₁＝488为最大值，T₀＝162μs，T₁＝204μs，因此，有效行波阵时间窗为△T₁＝T₁-T₀＝42μs。

表1

步骤5：能量法捕捉行波首波波头时间点。

如图3所示，在T₀至T₁时间窗内，以η＝1μs为固定时间窗，以采样时间T＝0.2μs为滑窗，滑窗次数为(42-1)/0.2＝205，利用表达式

计算行波能量Q₁’、Q₂’、…、Q₂₀₅’，其中Q₁’＝778，Q₁’为最大值，因此，T₀＝162μs为行波首波波头时间点。

步骤6：基于双端定位的拟合测距。

如图2所示，确定的输电线路的故障区域在监测点2到监测点3之间，集合G₁＝{监测点2，监测点1}，集合G₂＝{监测点3，监测点4}。利用双端定位法，监测点2与监测点3定位结果为d_2f，监测点2与监测点4定位结果为d_2f+α，α为定位误差；监测点1与监测点3定位结果为d_1f，监测点1与监测点4定位结果为d_1f+β，β为定位误差。

根据一元一次方程：y＝at+b，设距离y的单位为km，时间t的单位为us，斜率a的单位为km/us，距离b的单位为km，在由距离y和时间t组成的直角坐标系中，对集合y＝{L23、L24、L13、L14}和集合t＝{(t2-t3)、(t2-t4)、(t1-t3)、(t1-t4)}，分别进行绘点，选中拟合一元一次方程最多的点所在的直线，获得该直线与y轴的交点b，从而获得故障距离d＝b/2，d即为故障点位置。

实施例二

本实施例为装置实施例，用于执行上述实施例中的方法。

如图3所示，本实施例提供一种基于时域自适应窗的线路故障测距装置，输电线路上预先设置有监测点，每个监测点处的A相、B相和C相上分别安装有智能监测终端，包括：

第一采集模块201，用于通过智能监测终端采集第一工频电流；

第一判断模块202，用于对智能监测终端采集的第一工频电流进行分析，以判定智能监测终端所位于的线路是否发生故障，若是，触发第二采集模块；

第二采集模块203，用于通过位于故障相上的智能监测终端采集故障电流行波，以获得故障电流行波录波文件，故障相为线路发生故障的某相，故障电流行波录波文件包括故障电流行波录波波形；

过零时间点获取模块204，用于对各故障电流行波录波文件进行分析，以获得故障电流行波录波波形的过零时间点，其中，相邻过零时间点为一个时域自适应窗；

有效行波阵时间窗获取模块205，用于计算获得单位时间的电流行波能量，并以值最大的单位时间的电流行波能量所对应的时域自适应窗作为有效行波阵时间窗；

第一计算模块206，用于在有效行波阵时间窗内，以η为固定时间窗，以采样时间T为滑窗时间间隔，根据表达式

分别计算有效行波阵时间窗内的各个滑窗的单位行波能量，并以值最大的行波能量所对应的滑动时间窗的最早时间点为行波首波波头时间点，其中，△T_m为有效行波阵时间窗，k₁∈{0，1，2，…，N-1}，滑窗次数N＝(△T_m-η)/T，

表示第k₁个过零时间点处的时间，i(t₁)表示t₁时刻的电流值，

第二计算模块207，根据计算出的各行波首波波头时间点，基于双端定位进行拟合测距。

进一步的，有效行波阵时间窗获取模块205具体用于：

根据表达式

计算获得单位时间的电流行波能量，并以值最大的单位时间的电流行波能量对应的时域自适应窗作为有效行波阵时间窗；

其中，k-1∈{0，1，2，…，n-1}，n为过零时间点总个数，i(t)表示t时刻的电流值，t∈(T_k-1,T_k)，T_k-1表示第K-1个过零时间点处的时间，T_k表示与第K-1个过零时间点相邻的第K个过零时间点处的时间，T_k>T_k-1，T_k-T_k-1为一个时域自适应窗。

进一步的，第一判断模块202具体用于：

对智能监测终端采集的第一工频电流进行分析，判断第一工频电流是否在预设时间段内增加预设增量后减少到零，若是，则智能监测终端所位于的线路为故障相，触发第二采集模块。

进一步的，上述装置还包括第二判断模块(图中未示出)，第二判断模块具体用于：

根据故障相上的智能监测终端采集的故障工频电流计算相位；

判断相邻两个智能监测终端采集的故障工频电流相位是否相反，若相反，以该两个智能监测终端中的一个智能监测终端为第一终端，另一个智能监测终端为第二终端，判断位于第一终端第一侧的所有智能监测终端采集的故障工频电流相位是否与第一终端采集的故障工频电流相位相同，且位于第二终端第一侧的所有智能监测终端采集的故障工频电流相位是否与第二终端采集的故障工频电流相位相同，其中，第一终端第一侧为第一终端的不与第二终端相邻的一侧；第二终端第一侧为第二终端的不与第一终端相邻的一侧；若判断结果为是，则第一终端与第二终端之间的区域为故障区域。

进一步的，第二计算模块207具体用于：

将第一终端及位于第一终端第一侧的所有智能监测终端作为节点归集到集合G₁中，将第二终端及位于第二终端第一侧的所有智能监测终端作为节点归集到集合G₂中；

在集合G₁与集合G₂的节点中，将集合G₁中所包括的a个节点以距离故障点近远顺序依次与集合G₂中所包括的b个节点以距离故障点近远顺序两两进行双端定位，以获得定位结果；其中，故障点位于故障区域中；

根据表达式L_ab＝-ΔT_ab×ν+2d_aF对定位结果进行拟合，选择故障位置重合次数最多的结果作为故障定位结果；

其中：L_ab为集合G₁的第a个节点到集合G₂的第b个节点的距离；

ΔT_ab为集合G₁的第a个节点到集合G₂的第b个节点的行波首波波头时间点的时间差；

d_aF为集合G₁的第a个节点到故障点F的距离；

ν为输电线路的行波波速度。

由于实施例二是与实施例一对应的装置实施例，具体可参见实施例一种的记载，在此不做赘述。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (10)

1.一种基于时域自适应窗的线路故障测距方法，输电线路上预先设置有监测点，每个监测点处的A相、B相和C相上分别安装有智能监测终端，其特征在于，包括：

步骤101，通过智能监测终端采集第一工频电流；

步骤102，对智能监测终端采集的所述第一工频电流进行分析，以判定所述智能监测终端所位于的线路是否发生故障，若是，转步骤103执行；

步骤103，通过位于故障相上的智能监测终端采集故障电流行波，以获得故障电流行波录波文件，所述故障相为线路发生故障的某相，所述故障电流行波录波文件包括故障电流行波录波波形；

步骤104，对所述故障电流行波录波文件进行分析，以获得故障电流行波录波波形的过零时间点，其中，相邻所述过零时间点为一个时域自适应窗；

步骤105，计算获得单位时间的电流行波能量，并以值最大的单位时间的电流行波能量所对应的时域自适应窗作为有效行波阵时间窗；

步骤106，在有效行波阵时间窗内，以η为固定时间窗，以采样时间T为滑窗时间间隔，根据表达式

分别计算有效行波阵时间窗内的各个滑窗的单位行波能量，并以值最大的行波能量所对应的滑动时间窗的最早时间点为行波首波波头时间点，其中，k1∈{0，1，2，…，N-1}，滑窗次数N＝(△T_m-η)/T，△T_m为有效行波阵时间窗，

表示第k1个过零时间点处的时间，i(t₁)表示t₁时刻的电流值，

步骤107，根据计算出的行波首波波头时间点，基于双端定位进行拟合测距。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤105具体包括：根据表达式

计算获得单位时间的电流行波能量，并以值最大的单位时间的电流行波能量所述对应的时域自适应窗作为有效行波阵时间窗；

其中，k-1∈{0，1，2，…，n-1}，n为过零时间点总个数，i(t)表示t时刻的电流值，t∈(T_k-1，T_k)，T_k-1表示第K-1个过零时间点处的时间，T_k表示与第K-1个过零时间点相邻的第K个过零时间点处的时间，T_k＞T_k-1，T_k-T_k-1为一个时域自适应窗。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤102具体包括：

对所述智能监测终端采集的第一工频电流进行分析，判断第一工频电流是否在预设时间段内增加预设增量后减少到零，若是，则所述智能监测终端所位于的线路为故障相，转步骤103执行。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在判定所述智能监测终端所位于的线路发生故障后，还包括步骤103’，识别所述故障相上的故障区域；

步骤103’具体包括：根据故障相上的所述智能监测终端采集的故障工频电流计算相位；

判断相邻两个智能监测终端采集的故障工频电流相位是否相反，若相反，以该两个智能监测终端中的一个智能监测终端为第一终端，另一个智能监测终端为第二终端，判断位于第一终端第一侧的所有智能监测终端采集的故障工频电流相位是否与第一终端采集的故障工频电流相位相同，且位于第二终端第一侧的所有智能监测终端采集的故障工频电流相位是否与第二终端采集的故障工频电流相位相同，其中，第一终端第一侧为第一终端的不与第二终端相邻的一侧；第二终端第一侧为第二终端的不与第一终端相邻的一侧；若判断结果为是，则第一终端与第二终端之间的区域为故障区域。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤107具体包括：

将第一终端及位于第一终端第一侧的所有智能监测终端为节点归集为集合G₁，将第二终端及位于第二终端第一侧的所有智能监测终端为节点归集为集合G₂；

在集合G₁与集合G₂的节点中，将集合G₁中所包括的a个节点以距离故障点近远顺序依次与集合G₂中所包括的b个节点以距离故障点近远顺序两两进行双端定位，以获得定位结果；其中，所述故障点位于故障区域中；

根据表达式L_ab＝-△T_ab×v+2d_aF对所述定位结果进行拟合，选择故障位置重合次数最多的结果作为故障定位结果；

其中：

L_ab为集合G₁的第a个节点到集合G₂的第b个节点的距离；

△T_ab为集合G₁的第a个节点到集合G₂的第b个节点的行波首波波头时间点的时间差；

d_aF为集合G₁的第a个节点到故障点F的距离；

v为输电线路的行波波速度。

6.一种基于时域自适应窗的线路故障测距装置，输电线路上预先设置有监测点，每个监测点处的A相、B相和C相上分别安装有智能监测终端，其特征在于，包括：

第一采集模块，用于通过智能监测终端采集第一工频电流；

第一判断模块，用于对智能监测终端采集的所述第一工频电流进行分析，以判定所述智能监测终端所位于的线路是否发生故障，若是，触发第二采集模块；

第二采集模块，用于通过位于故障相上的智能监测终端采集故障电流行波，以获得故障电流行波录波文件，所述故障相为线路发生故障的某相，所述故障电流行波录波文件包括故障电流行波录波波形；

过零时间点获取模块，用于对各所述故障电流行波录波文件进行分析，以获得故障电流行波录波波形的过零时间点，其中，相邻所述过零时间点为一个时域自适应窗；

有效行波阵时间窗获取模块，用于计算获得单位时间的电流行波能量，并以值最大的单位时间的电流行波能量所对应的时域自适应窗作为有效行波阵时间窗；

第一计算模块，用于在有效行波阵时间窗内，以η为固定时间窗，以采样时间T为滑窗时间间隔，滑窗次数为(△T_m-η)/T，根据表达式

分别计算有效行波阵时间窗内的各个滑窗的单位行波能量并以值最大的行波能量所对应的时间窗的最早时间点为行波首波波头时间点，其中，△T_m为有效行波阵时间窗，k₁∈{0，1，2，…，N-1}，滑窗次数N＝(△T_m-η)/T，

表示第k₁个过零时间点处的时间，i(t₁)表示t₁时刻的电流值，

第二计算模块，用于根据计算出的行波首波波头时间点，基于双端定位进行拟合测距。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，有效行波阵时间窗获取模块具体用于：

根据表达式

计算获得单位时间的电流行波能量，并以值最大的单位时间的电流行波能量所述对应的时域自适应窗作为有效行波阵时间窗；

其中，k-1∈{0，1，2，…，n-1}，n为过零时间点总个数，i(t)表示t时刻的电流值，t∈(T_k-1，T_k)，T_k-1表示第K-1个过零时间点处的时间，T_k表示与第K-1个过零时间点相邻的第K个过零时间点处的时间，T_k＞T_k-1，T_k-T_k-1为一个时域自适应窗。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，第一判断模块具体用于：

对所述智能监测终端采集的第一工频电流进行分析，判断第一工频电流是否在预设时间段内增加预设增量后减少到零，若是，则所述智能监测终端所位于的线路为故障相，触发第二采集模块。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的装置，其特征在于，还包括第二判断模块，所述第二判断模块具体用于：

根据故障相上的所述智能监测终端采集的故障工频电流计算相位；

判断相邻两个智能监测终端采集的故障工频电流相位是否相反，若相反，以该两个智能监测终端中的一个智能监测终端为第一终端，另一个智能监测终端为第二终端，判断位于第一终端第一侧的所有智能监测终端采集的故障工频电流相位是否与第一终端采集的故障工频电流相位相同，且位于第二终端第一侧的所有智能监测终端采集的故障工频电流相位是否与第二终端采集的故障工频电流相位相同，其中，第一终端第一侧为第一终端的不与第二终端相邻的一侧；第二终端第一侧为第二终端的不与第一终端相邻的一侧；若判断结果为是，则第一终端与第二终端之间的区域为故障区域。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块具体用于：

将第一终端及位于第一终端第一侧的所有智能监测终端作为节点归集到集合G₁中，将第二终端及位于第二终端第一侧的所有智能监测终端作为节点归集到集合G2中；

在集合G₁与集合G₂的节点中，将集合G₁中所包括的a个节点以距离故障点近远顺序依次与集合G₂中所包括的b个节点以距离故障点近远顺序两两进行双端定位，以获得定位结果；其中，所述故障点位于故障区域中；

根据表达式L_ab＝-△T_ab×v+2d_aF对所述定位结果进行拟合，选择故障位置重合次数最多的结果作为故障定位结果；

其中：L_ab为集合G₁的第a个节点到集合G₂的第b个节点的距离；

△T_ab为集合G₁的第a个节点到集合G₂的第b个节点的行波首波波头时间点的时间差；d_aF为集合G₁的第a个节点到故障点F的距离；v为输电线路的行波波速度。

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