CN108037413B - 输电线路雷击故障自动诊断及可视化通报方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于行波测距与雷电定位系统的电网故障定位及通报的方法，当行波测距算法不能直接应用于非均匀输电线路；本发明通过判断折反射波形的幅值与极性判断故障发生区段，再利用组合行波算法进行初始故障测距计算，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，提高了单独采用雷电定位系统进行雷电故障定位的精确度。

Description

输电线路雷击故障自动诊断及可视化通报方法

技术领域

本发明涉及一种输电线路雷击故障自动诊断及可视化通报方法。

背景技术

长期以来，输电线路雷击故障的判别与查找都是在雷击事故后进行，不能实时、准确、迅速的发现雷击故障点，因此研发一种输电线路雷击故障自动诊断系统是对现有雷电定位系统应用功能的补充与扩展。基于输电线路电压电流行波、雷电定位系统的雷电监测数据以及输电线路杆塔经纬度，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，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，有效提高运维工作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，主要表现为系统时钟与继电保护装置时钟存在五分钟误差，无法直接利用对时系统直接判别引起输电线路雷击故障的雷击点。需要结合初步故障测距以及雷电监测系统数据来判别引起雷击故障的雷击点。

双端行波法在均匀线路故障测距中具有较高的准确性。近年来随着架空线-电缆混合线路使用越来越广泛，由于架空线和电缆线路存在两种不同的波阻抗，行波法无法直接运用于混合线路，需要根据故障行波的折反射波的幅值和极性判别故障区段，再结合双端或单端故障行波算法进行初始故障测距；根据初始故障行波测距结合雷电定位系统相关数据，进行精确雷击故障诊断。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种输电线路雷击故障自动诊断及可视化通报方法，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：

一种输电线路雷击故障自动诊断及可视化通报方法，包括以下步骤：

(1)针对均匀输电线路，直接应用故障行波算法进行初始故障杆塔判断；针对混合输电线路，需要根据折反射波形的极性以及幅值，判断故障区段，再利用单端或双端故障行波进行故障测距计算；

(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，利用故障行波算法进行初始故障测距，短信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，利用单端或者双端行波测距算法进行初始故障测距，在故障时间范围内找到距离初始故障杆塔最近的落雷点，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，获取电压电流行波数据以及在杆塔数据库中获取杆塔数据。

进一步的，所述步骤(3)中，判定为非雷击故障，若是均匀输电线路，直接利用双端行波测距方法得到故障杆塔号；若为混合输电线路，判断故障发生在电缆段或者架空线段，根据电压电流行波的幅值以及极性进行故障区段的判断。

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，由电压电流行波单独处理，最终推送结果，标明非雷击故障。

所述步骤(4)中，混合输电线路故障区段判别：

根据电压行波由电缆传播到架空线的折射关系，电压折射波与入射波同极性，折射波电压幅值大于入射波电压幅值；反射波与入射波同极性，反射波电压幅值小于入射波电压幅值；

根据电流行波由电缆传播至架空线的折反射关系，电流行波的折射波与入射波同极性，其折射波电流幅值小于入射波；反射波与入射波极性相反，且幅值小于入射波。

所述步骤(4)中，当架空线发生故障时，电压折射行波与入射行波同极性，反射行波与入射行波极性相反，且电压折反射波的幅值都小于入射波，电流的折射波与入射波同极性，折射波幅值大于入射波，反射波幅值小于入射波。

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)Distan ce＝R*arccos(C)*π/180。

进一步的，所述步骤(4)中，计算距离该雷击点最近的杆塔，与初始通报的故障杆塔号进行比较，差值是否小于N个杆塔，其中，N为大于1的整数。

进一步的，所述步骤(4)中，N为6。

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，通报距离初始通报杆塔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：

当行波测距算法不能直接应用于非均匀输电线路；本发明通过判断折反射波形的幅值与极性判断故障发生区段，再利用组合行波算法进行初始故障测距计算。

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.行波测距算法与雷电定位系统的结合可以明确的判断该故障是由雷击导致的故障，使通报结果可以展示是否为雷击故障。快速准确确定雷击故障杆塔，提高运行工作人员的工作效率。

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为网络安全拓扑图；

图3为球体两点间距离示意图；

图4为故障发生在电缆线路时故障行波的折反射；

图5为故障发生在架空线路时故障行波的折反射；

图6为算法程序流程图；

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1所示，一种行波测距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，获取电压电流行波数据以及在杆塔数据库中获取杆塔数据；

步骤二，对步骤一中的电压电流数据进行预处理，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故障跳闸时间进行比较，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，当故障发生在均匀输电线路时，直接利用行波测距算法对输电线路进行初始故障测距；当故障发生在非均匀输电线路，需要根据折反射行波的幅值与极性判断故障发生区段，再利用组合行波法进行初始故障测距；

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，找到距离初始故障杆塔最近的雷击点，计算距离该雷击点最近的杆塔，与初始通报的故障杆塔号进行比较，差值是否小于6个杆塔，差值小于6个，则跳到步骤七，差值不小于6个，则跳到步六；

步骤六，通报初始故障杆塔号；

步骤七，计算距离初始故障杆塔最近的雷击点，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。

所述步骤一，获取安全Ⅱ区电压电流行波以及在杆塔数据库中获取杆塔数据：确定故障跳闸时间；

所述步骤二中，对步骤一中的电压电流行波预处理，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：

所述步骤三中，将雷电定位系统的雷电数据与电压电流行波进行比较，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：

所述步骤四中，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，若是均匀输电线路，直接利用双端行波测距方法得到故障杆塔号；若为混合输电线路，需要根据图4或图5判断故障发生在电缆段或者架空线段；根据电压电流行波的幅值以及极性进行故障区段的判断；

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，由电压电流行波单独处理，最终推送结果，标明非雷击故障。

所述步骤五中，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。判断该故障为雷击故障之后，由电压电流行波，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。与初步故障杆塔号进行对比。

混合输电线路故障区段判别：

电压行波由电缆传播到架空线的折射，反射关系

电压行波由电压的折反射系数可知：电压折射波与入射波同极性，折射波电压幅值大于入射波电压幅值；反射波与入射波同极性，反射波电压幅值小于入射波电压幅值。

电流行波由电缆传播至架空线的折反射关系

电流行波的折射波与入射波同极性，其折射波电流幅值小于入射波；反射波与入射波极性相反，且幅值小于入射波；

同理可知架空线发生故障：

当架空线发生故障时，电压折射行波与入射行波同极性，反射行波与入射行波极性相反，且电压折反射波的幅值都小于入射波；

当架空线发生故障时，电流的折射波与入射波同极性，折射波幅值大于入射波，反射波幅值小于入射波；

表1根据电压电流行波幅值极性判断故障发生区段

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4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

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 (12)

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。

Dis tan ce＝R*arccos(C)*π/180；

其中，

C＝sin(MLatA)*sin(MLatB)+cos(MLatA)*cos(MLatB)*cos(MlonA-MLonB)(13)

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 tan ce＝R*arccos(C)*π/180 (14)

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，行波计算故障的误差3至4个杆塔，最大时不超过6个杆塔，用行波测距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：

由于行波测距计算故障的误差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，通报距离初始通报杆塔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 (10)

1.一种输电线路雷击故障自动诊断及可视化通报方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)针对均匀输电线路，直接应用故障行波算法进行初始故障杆塔判断；针对混合输电线路，需要根据折反射波形的极性以及幅值，判断故障区段，再利用单端或双端故障行波进行故障测距计算；

(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，利用故障行波算法进行初始故障测距，短信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，利用单端或者双端行波测距算法进行初始故障测距，在故障时间范围内找到距离初始故障杆塔最近的落雷点，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。

2.如权利要求1所述的一种输电线路雷击故障自动诊断及可视化通报方法，其特征是：所述步骤(1)中，获取电压电流行波数据以及在杆塔数据库中获取杆塔数据。

3.如权利要求1所述的一种输电线路雷击故障自动诊断及可视化通报方法，其特征是：所述步骤(3)中，判定为非雷击故障，若是均匀输电线路，直接利用双端行波测距方法得到故障杆塔号；若为混合输电线路，判断故障发生在电缆段或者架空线段，根据电压电流行波的幅值以及极性进行故障区段的判断。

4.如权利要求1所述的一种输电线路雷击故障自动诊断及可视化通报方法，其特征是：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，由电压电流行波单独处理，最终推送结果，标明非雷击故障。

5.如权利要求1所述的一种输电线路雷击故障自动诊断及可视化通报方法，其特征是：所述步骤(4)中，混合输电线路故障区段判别：

根据电压行波由电缆传播到架空线的折射关系，电压折射波与入射波同极性，折射波电压幅值大于入射波电压幅值；反射波与入射波同极性，反射波电压幅值小于入射波电压幅值；

根据电流行波由电缆传播至架空线的折反射关系，电流行波的折射波与入射波同极性，其折射波电流幅值小于入射波；反射波与入射波极性相反，且幅值小于入射波。

6.如权利要求1所述的一种输电线路雷击故障自动诊断及可视化通报方法，其特征是：所述步骤(4)中，当架空线发生故障时，电压折射行波与入射行波同极性，反射行波与入射行波极性相反，且电压折反射波的幅值都小于入射波，电流的折射波与入射波同极性，折射波幅值大于入射波，反射波幅值小于入射波。

7.如权利要求6所述的一种输电线路雷击故障自动诊断及可视化通报方法，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。

8.如权利要求7所述的一种输电线路雷击故障自动诊断及可视化通报方法，其特征是：两点距离Distance：

Distance＝R*arccos(C)*π/180,

其中，

C＝sin(MLatA)*sin(MLatB)+cos(MLatA)*cos(MLatB)*cos(MlonA-MLonB)。

9.如权利要求1所述的一种输电线路雷击故障自动诊断及可视化通报方法，其特征是：所述步骤(4)中，计算距离该雷击点 最近的杆塔，与初始通报的故障杆塔号进行比较，差值是否小于N个杆塔，其中，N为大于1的整数。

10.如权利要求1所述的一种输电线路雷击故障自动诊断及可视化通报方法，其特征是：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，通报距离初始通报杆塔最近的落雷点为故障雷。

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