CN108020755B - 基于故障录波与雷电定位系统的电网故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于故障录波与雷电定位系统的电网故障定位方法，采用故障实时通报，克服了人工查询带来的不及时性，使故障查询、定位、通报自动化，减轻了工作量，为相关工作人员减轻负担。故障录波法与雷电定位系统的结合使故障后判断故障原因是否为雷击故障有了依据，使通报结果可以展示是否为雷击故障，提高了单独采用故障录波进行故障定位和单独采用雷电定位系统进行雷电故障定位的精确度。

Description

基于故障录波与雷电定位系统的电网故障定位方法

技术领域

本发明涉及一种基于故障录波与雷电定位系统的电网故障定位方法。

背景技术

雷击是影响电网运行的重要因素，为提升输电线路雷击故障识别判定的准确性，基于跳闸线路信息和雷电定位系统的数据，进行故障的精确定位，再通过故障可视化通报系统将故障信息实时通报给相关工作人员，为线路运维管理、调度运行控制、应急防灾减灾工作提供技术指导信息，最大限度减少输电线路因雷击故障导致的停运时间，从而保障电网的安全稳定运行。

长期以来，判断雷击故障与查找雷击故障点都在雷击事故后进行，不能实时、准确、迅速的发现故障点，因此研发一种输电线路雷击故障自动诊断方法及系统是对现有雷电定位系统应用功能的补充与扩展。基于输电线路跳闸信息、雷电定位系统的雷电监测数据以及输电线路和杆塔台账参数，研究输电线路雷击故障自动诊断技术，实现一种输电线路雷击故障自动诊断方法与系统，为用户提供基于Web浏览器和移动终端两种方式的更及时、更便捷、更舒适的智能化雷击故障实时诊断功能，有效提高运维管理人员进行输电线路跳闸故障判定的时效性与准确性，对于提升我国电网防雷技术水平具有重要的意义。

雷电定位系统的定位可精确在一公里范围以内，但它仅限于雷电引起的故障，对于污闪或其他原因引起的故障没办法判断。往往在雷电发生时，几分钟内可接收到十几个、上百个雷电信息，较难判断真正引起线路故障的是哪一个雷。并且系统存在一定误差，其主要表现为运行的输电线路坐标的完整性和准确性、系统时钟与继电保护装置时钟的一致性、雷电幅值测量误差等方面。

此外，传统故障测距精度不高，且无法判断故障原因。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于故障录波与雷电定位系统的电网故障定位方法，本发明能够提高单独采用雷电定位系统进行雷电故障定位的精确度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于故障录波与雷电定位系统的电网故障定位方法，包括以下步骤：

(1)获取录波主站的录波数据以及在杆塔数据库中获取杆塔数据；

(2)故障电压行波与故障电流行波进行预处理，得到线路故障的跳闸时间，由跳闸时间点查询雷电定位系统，获取该时间点设定时间范围内，线路走廊半径设定距离的落雷数据；

(3)将雷电定位系统的雷电数据与输电线路跳闸时间进行比较，验证跳闸线路附近落雷在时间和空间上是否吻合，吻合则判定为非雷击故障，利用故障测距软件FaultVista进行分析，推送故障类型以及通报故障测距结果，不吻合则跳到步骤(4)；

(4)判定为雷击故障利用故障测距软件FaultVista进行分析，找到与跳闸时间距离最近的落雷时间点的经纬度坐标，计算距离该落雷点最近的杆塔，与初始通报的杆塔号进行比较，差值是否小于设定值，若小于，则通报跳闸时间最近的故障杆塔，否则通报初始故障杆塔号。

进一步的，所述步骤(1)中，获取录波主站的录波数据以及在杆塔数据库中获取杆塔数据：将获取的录波数据由FaultVista预处理。

进一步的，所述步骤(3)中，比较雷电定位系统的数据与录波数据，判断发生的故障是否与雷击有关。

所述步骤(3)中，时间空间上不吻合主要是指在线路发生故障的时间节点前后，查询雷电定位系统，线路走廊上没有雷电数据，由FaultVista单独处理，最终推送结果，标明非雷击故障。

所述步骤(4)中，将故障录波数据利用故障测距软件FaultVista进行分析，找到与跳闸时间距离最近的落雷时间点的经纬度坐标，计算距离该落雷点最近的杆塔，与FaultVista通报的杆塔号进行比较,差值是否小于N个杆塔，其中，N为大于1的整数。

优选的，所述步骤(4)中，N为6。

进一步的，落雷点坐标与杆塔坐标计算的方法为：设第一点A的经纬度为(LonA,LatA)，第二点B的经纬度(LonB,LatB)，按照0度经线的准基，东经取经度的正值，西经取经度负值，北纬取90-纬度值，南纬取90+纬度值，经上述处理后的两点经纬度为(MLonA,MLatA)和(MLonB,MLatB)，根据三角推导，得到计算两点距离的公式。

更进一步的，两点距离C：

C＝sin(MLatA)*sin(MLatB)+cos(MLatA)*cos(MLatB)*cos(MlonA-MLonB)Distance＝R*arccos(C)*π/180。

所述步骤(4)中，当差值大于N个杆塔时，证明雷电定位系统对时误差过大，时间维度不能确定故障雷，用空间维度，通报距离FaultVista最近的落雷点为故障雷。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明给出了一种故障录波与雷电定位系统的电网故障定位及可视化通报方法，提高了单独采用故障录波进行故障定位和单独采用雷电定位系统进行雷电故障定位的精确度。

2.融合了两种定位方法，故障定位准确度高。采用融合之后的算法结合了两种定位算法的优点。

3.采用故障实时通报，克服了人工查询带来的不及时性，使故障查询、定位、通报自动化，减轻了工作量，为相关工作人员减轻负担。

4.故障录波法与雷电定位系统的结合使故障后判断故障原因是否为雷击故障有了依据，使通报结果可以展示是否为雷击故障。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为故障可视化通报示例图；

图2为算法程序流程图；

图3为坐标算法图。

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。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

如图2所示，一种故障录波与雷电定位系统的电网故障定位及可视化通报方法，包括以下步骤：

步骤一，获取录波主站的录波数据以及在杆塔数据库中获取杆塔数据；

步骤二，对步骤一中的录波数据预处理，得到线路故障的跳闸时间，由跳闸时间点查询雷电定位系统，获取该时间点前后5分钟，线路走廊半径5公里内的落雷数据；

步骤三，将雷电定位系统的雷电数据与录波数据进行比较，验证跳闸线路附近落雷在时间和空间上是否吻合，吻合则跳到步骤五，不吻合则跳到步骤四；

步骤四，跳闸线路与线路附近落雷在时间空间上不吻合，则判定为非雷击故障，将故障录波数据利用故障测距软件FaultVista进行分析，短信推送故障类型以及通报故障测距结果。

步骤五，跳闸线路与线路附近落雷在时间空间上吻合，判定为雷击故障，将故障录波数据利用故障测距软件FaultVista进行分析，找到与跳闸时间距离最近的落雷时间点的经纬度坐标，计算距离该落雷点最近的杆塔，与FV通报的杆塔号进行比较，差值是否小于6个杆塔，差值小于6个，则跳到步骤六，差值不小于6个，则跳到步骤七，其中，FaultVista是高压输电线路故障定位及通报系统，用于快速、准确、自动判断输电网故障性质进行故障定位。系统可以有效解决电网发生事故时，信息量过大，很难查找主要信息，从而造成事故判断不准确、处理缓慢的问题。该系统是一套服务于电力系统运检人员的决策扶持系统，运检人员借助该系统可以快速收到故障信息及故障情况，获取关于巡视线路选择和故障点快速查找的帮助，以便及时修复、减少停电时间，提高供电可靠性；

步骤六，通报跳闸时间最近的故障杆塔；

步骤七，计算距离FaultVista通报的杆塔最近的雷击点，得到雷击点后再计算距此雷击点最近的杆塔，通报该杆塔为故障杆塔，其中，FaultVista是高压输电线路故障定位及通报系统，用于快速、准确、自动判断输电网故障性质进行故障定位。系统可以有效解决电网发生事故时，信息量过大，很难查找主要信息，从而造成事故判断不准确、处理缓慢的问题。该系统是一套服务于电力系统运检人员的决策扶持系统，运检人员借助该系统可以快速收到故障信息及故障情况，获取关于巡视线路选择和故障点快速查找的帮助，以便及时修复、减少停电时间，提高供电可靠性。

所述步骤一，获取录波主站的录波数据以及在杆塔数据库中获取杆塔数据：将获取的录波数据由FaultVista预处理。

其中，FaultVista是高压输电线路故障定位及通报系统，用于快速、准确、自动判断输电网故障性质进行故障定位。系统可以有效解决电网发生事故时，信息量过大，很难查找主要信息，从而造成事故判断不准确、处理缓慢的问题。该系统是一套服务于电力系统运检人员的决策扶持系统，运检人员借助该系统可以快速收到故障信息及故障情况，获取关于巡视线路选择和故障点快速查找的帮助，以便及时修复、减少停电时间，提高供电可靠性。

步骤二中，对步骤一中的录波数据预处理，得到线路故障的跳闸时间，由跳闸时间点查询雷电定位系统，获取该时间点前后5分钟，线路走廊半径5公里内的落雷数据：

由FaultVista对录波数据进行预处理，获得录播数据中的跳闸时间信息，由该时间信息调用雷电定位系统，设置查询的时间范围以及位置范围。

步骤三中，将雷电定位系统的雷电数据与录波数据进行比较，验证跳闸线路附近落雷在时间和空间上是否吻合，吻合则跳到步骤五，不吻合则跳到步骤四：

比较雷电定位系统的数据与录波数据，主要是判断发生的故障是否与雷击有关。有关则认为是雷击故障，按雷击故障的步骤进行；无关则认为是非雷击故障，由FaultVista单独处理录波数据，进行分析运算，最终推送可视化测距结果。

步骤四中，跳闸线路与线路附近落雷在时间空间上不吻合，则判定为非雷击故障，将故障录波数据利用故障测距软件FaultVista进行分析，短信推送故障类型以及通报故障测距结果：

时间空间上不吻合主要是指在线路发生故障的时间节点前后，查询雷电定位系统，线路走廊上没有雷电数据，由FaultVista单独处理，最终推送结果，标明非雷击故障。

步骤五中，跳闸线路与线路附近落雷在时间空间上吻合，判定为雷击故障，将故障录波数据利用故障测距软件FaultVista进行分析，找到与跳闸时间距离最近的落雷时间点的经纬度坐标，计算距离该落雷点最近的杆塔，与FaultVista通报的杆塔号进行比较，差值是否小于6个杆塔，差值小于6个，则跳到步骤六，差值不小于6个，则跳到步骤七：

判断该故障为雷击故障之后，由FaultVista分析录波数据，得到初步的故障杆塔号；利用雷电定位系统找到与跳闸时间最接近的落雷点，将该落雷点的坐标数据与杆塔的坐标数据进行计算，找出距离该落雷最近的杆塔。与FaultVista得出的初步故障杆塔号进行对比。

落雷点坐标与杆塔坐标计算的算法如下：

假设地球是一个完美的球体，如图3所示，如果以0度经线为基准，根据地球表面的任意两点的经纬度可以计算出这两点的地表距离。圆1和圆2分别为过A、B的经纬度，过A、C的大圆，过B、D的大圆分别是过A、B的经度圈，经度圈与纬度圈所在的平面互相垂直，AE⊥面O₂BC，垂足E位于O₂C，连接EB、AB

AE²＝O₁O₂ ²＝(OO₁-OO₂)²＝(Rsinβ₁-Rsinβ₂)²＝R²(sinβ₁-sinβ₂)² (1)

在△O₂BE，由余弦定理可知：

BE²＝O₂E²+O₂B²-2*O₂E*O₂B*cos(α₁-α₂)

＝O₁A²+O₂B²-2*O₁A*O₂B*cos(α₁-α₂)

＝(R*cosβ₁)²+(R*cosβ₂)²-2*R*cosβ₁*R*cosβ₂*cos(α₁-α₂)

＝R²[cos²β₁+cos²β₂-2*cosβ₁*cosβ₂*cos(α₁-α₂)]

AB²＝AE²+BE²

＝R²[2-2*sinβ₁*sinβ₂-2*cosβ₁*cosβ₂*cos(α₁-α₂)]

又

比较上述两式，化简整理得：

cosθ＝cos(α₁-α₂)*cosβ₁*cosβ₂+sinβ₁*sinβ₂ (2)

设地球上某点的经度为A,纬度为B，设第一点A的经纬度为(LonA,LatA),第二点B的经纬度(LonB,LatB),按照0度经线的准基，东经取经度的正值(Longitude)，西经取经度负值(-Longitude)，北纬取90-纬度值(90-Latitude)，南纬取90+纬度值(90+Latitude)，经上述处理后的两点为(MLonA,MLatA)和(MLonB,MLatB)。根据三角推导，可以得到计算两点距离的公式。

C＝sin(MLatA)*sin(MLatB)+cos(MLatA)*cos(MLatB)*cos(MlonA-MLonB)Distance＝R*arccos(C)*π180

如果仅对经度作正负的处理，而不对纬度作90-Latitude(假设都是北半球，南半球只有澳洲具有应用意义)的处理，那么公式将是：

C＝sin(LatA*π/180)*sin(LatB*π/180)

+cos(LatA*π/180)*cos(LatB*π/180)*cos((MLonA-MLonB)*π/180)

Dis tance＝R*arccos(C)*π/180 (3)

其中：A,B为要计算距离的两个点；

C为A的经度与B的纬度的交点，D为B的经度与A的纬度的交点；

E为A在B的纬度平面上的投影点；

O为球心，O₁为A纬度平面与轴线的交点，O₂为B纬度平面与轴线的交点；

R为地球半径；

α₁为A经线与0度经线的夹角，α₂为B经线与0度经线的夹角；

β₁为∠OAO₁，β₂为∠OBO₂；

θ为∠AOB。

所述步骤六中，通报跳闸时间最近的故障杆塔：

由多年运行经验表明，FaultVista计算故障的误差3至4个杆塔，最大时不超过6个杆塔，用FaultVista计算的初步故障杆塔为基准，验证雷电定位系统的对时问题，误差小于6个，间接证明了雷电定位系统对时误差小于5分钟，由二者的定位准确性，通报雷电定位系统的定位结果。

所述步骤七中，计算距离FaultVista通报的杆塔最近的雷击点，得到雷击点后再计算距此雷击点最近的杆塔，通报该杆塔为故障杆塔：

由于FaultVista计算故障的误差3至4个杆塔，已经非常接近实际故障点，误差大于等于6个，则证明雷电定位系统对时误差过大，时间维度不能确定故障雷，用空间维度，通报距离FaultVista最近的落雷点为故障雷。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

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 (6)

1.一种基于故障录波与雷电定位系统的电网故障定位方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)获取录波主站的录波数据以及在杆塔数据库中获取杆塔数据；

(2)故障电压行波与故障电流行波进行预处理，得到线路故障的跳闸时间，由跳闸时间点查询雷电定位系统，获取该跳闸时间点设定时间范围内，线路走廊半径设定距离的落雷数据；

(3)将雷电定位系统的雷电数据与输电线路跳闸时间进行比较，验证跳闸线路附近落雷在时间和空间上是否吻合，不吻合则判定为非雷击故障，利用故障测距软件FaultVista进行分析，推送故障类型以及通报故障测距结果，不吻合则跳到步骤(4)；

(4)判定为雷击故障利用故障测距软件FaultVista进行分析，找到与跳闸时间距离最近的落雷时间点的经纬度坐标，计算距离该落雷时间点最近的杆塔，与初始通报的杆塔号进行比较，差值是否小于设定值，若小于，则通报跳闸时间最近的故障杆塔，否则通报初始故障杆塔号；

所述步骤(3)中，时间空间上不吻合主要是指在线路发生故障的时间节点前后，查询雷电定位系统，线路走廊上没有雷电数据，由FaultVista单独处理，最终推送结果，标明非雷击故障；

所述步骤(4)中，将故障录波数据利用故障测距软件FaultVista进行分析，找到与跳闸时间距离最近的落雷时间点的经纬度坐标，计算距离该落雷时间点最近的杆塔，与FaultVista通报的杆塔号进行比较，差值是否小于N个杆塔，其中，N为大于1的整数；

所述步骤(4)中，当差值大于N个杆塔时，证明雷电定位系统对时误差过大，时间维度不能确定故障雷，用空间维度，通报距离FaultVista最近的落雷点为故障雷；

用FaultVista计算的初步故障杆塔为基准，验证雷电定位系统的对时问题，杆塔号的误差小于6个，间接证明了雷电定位系统对时误差小于5分钟，由二者的定位准确性，通报雷电定位系统的定位结果。

2.如权利要求1所述的一种基于故障录波与雷电定位系统的电网故障定位方法，其特征是：所述步骤(1)中，获取录波主站的录波数据以及在杆塔数据库中获取杆塔数据：将获取的录波数据由FaultVista预处理。

3.如权利要求1所述的一种基于故障录波与雷电定位系统的电网故障定位方法，其特征是：所述步骤(3)中，比较雷电定位系统的数据与录波数据，判断发生的故障是否与雷击有关。

4.如权利要求1所述的一种基于故障录波与雷电定位系统的电网故障定位方法，其特征是：所述步骤(4)中，N为6。

5.如权利要求1所述的一种基于故障录波与雷电定位系统的电网故障定位方法，其特征是：落雷点坐标与杆塔坐标计算的方法为：设第一点A的经纬度为(LonA,LatA)，第二点B的经纬度(LonB,LatB)，按照0度经线的准基，东经取经度的正值，西经取经度负值，北纬取90-纬度值，南纬取90+纬度值，经上述计算后的两点经纬度为(MLonA,MLatA)和(MLonB,MLatB)，根据三角推导，得到计算两点距离的公式。

6.如权利要求5所述的一种基于故障录波与雷电定位系统的电网故障定位方法，其特征是：两点距离C：

C＝sin(MLatA)*sin(MLatB)+cos(MLatA)*cos(MLatB)*cos(MlonA-MLonB)Distance＝R*arccos(C)*π/180。

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