CN108362978A - 一种基于测距函数相位特性的t型输电线路故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于测距函数相位特性的T型输电线路故障定位方法，获取故障线路各端的电压、电流故障数据，并对其进行预处理，得到故障线路各端的电压、电流正序分量；基于故障线路各端的电压、电流正序分量，构造各支路的测距函数；通过各支路的测距函数的相位确定故障支路以及故障支路上的故障点。本发明利用故障支路上所选参考点与故障点相匹配时，测距函数相位过零点这一特征进行故障点定位，无需事先判断故障类型，对非线性电阻故障及各种故障类型均具有良好的适用性，较好的克服了传统方法在T节点附近存在测距死区的问题。

Description

一种基于测距函数相位特性的T型输电线路故障定位方法

技术领域

本发明涉及电网故障诊断技术领域，尤其涉及一种基于测距函数相位特性的T型输电线路故障定位方法。

背景技术

高压输电线路是电力系统重要的组成部分，不仅担负着输送电能的重要任务，也承接着各区域电网的互联，其安全稳定性至关重要。然而由于高压输电线路输送距离长、多架设在野外、山区的特点，极易受到大风、覆冰、雷电等自然灾害的影响，从而引发线路故障。对于长距离输电线路而言，故障巡线存在诸多困难，因此研究快速、准确的故障定位方法对于尽快修复线路故障，保证供电可靠性，保证整个电力系统的安全、稳定和经济运行有十分重要的意义。

随着电力系统和国民经济的飞速发展，T型输电线路由于输电容量高，输电建设成本低的优点被广泛应用于电力系统。但由于其输电功率大的特点，T型输电线路的故障快速准确定位就显得尤为重要。T型输电线路由于结构复杂，常规的双端测距算法并不能很好的适用于T型输电线路。当前T型输电线路测距多主要采用行波法和故障分析法。行波法需要投入专门的设备，技术较为复杂，应用成本较高，且存在波头识别问题。故障分析法对设备要求较低，投资小，应用更加广泛。然而传统的故障测距方法通常在T节点附近发生高阻抗故障时，存在判别死区的问题，无法正确判别故障支路。

综上所述，现有技术中对于T型输电线路的故障快速准确定位的问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于测距函数相位特性的T型输电线路故障定位方法，利用故障支路上所选参考点与故障点相匹配时，测距函数相位过零点这一特征进行故障点定位，无需事先判断故障类型，对非线性电阻故障及各种故障类型均具有良好的适用性，较好的克服了传统方法在T节点附近存在测距死区的问题。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于测距函数相位特性的T型输电线路故障定位方法，包括以下步骤：

获取故障线路各端的电压、电流故障数据，并对其进行预处理，得到故障线路各端的电压、电流正序分量；

基于故障线路各端的电压、电流正序分量，构造各支路的测距函数；

通过各支路的测距函数的相位确定故障支路以及故障支路上的故障点。

进一步的，所述获取故障线路各端的电压、电流故障数据，包括：

线路发生故障后，从调度主站获取故障线路A、B、C三端的电压、电流故障数据。

进一步的，所述获取故障线路各端的电压、电流故障数据，并对其进行预处理，得到故障线路各端的电压、电流正序分量，包括：

采用对称分量法对故障线路A、B、C三端的电压、电流故障数据进行预处理，得到故障线路A、B、C三端的电压正序分量和电流正序分量

进一步的，所述基于故障线路各端的电压、电流正序分量，构造各支路的测距函数，包括：

根据故障线路各端的电压正序分量和电流正序分量分别计算各支路注入T节点的的电压正序分量和电流正序分量

由各支路注入T节点的的电压正序分量和电流正序分量计算T节点的实际电压正序分量和电流正序分量

选取一参考节点k，根据T节点的实际电压正序分量和电流正序分量以及故障线路各端的电压正序分量和电流正序分量计算参考节点k的电压正序分量和电流正序分量

针对AT支路，计算与差值，以及与的和，将与差值与与的和相比，得到AT支路上的测距函数f(l_ak)；

针对BT支路，计算与差值，以及与的和，将与差值与与的和相比，得到BT支路上的测距函数f(l_bk)；

针对CT支路，计算与差值，以及与的和，将与差值与与的和相比，得到CT支路上的测距函数f(l_ck)；。

进一步的，所述AT支路上的测距函数f(l_ak)为：

BT支路上的测距函数f(l_bk)为：

CT支路上的测距函数f(l_ck)为：

式中，为AT支路、BT支路、CT支路以及T节点注入参考节点k的电压正序分量；为AT支路、BT支路、CT支路以及T节点注入参考节点k的电流正序分量；γ为线路的正序传播系数；Z_c1为线路的波阻抗；l_ak为假定故障发生在AT支路时故障点距离线路A端的长度；l_bk为假定故障发生在BT支路时故障点距离线路B端的长度；l_ck为假定故障发生在CT支路时故障点距离线路C端的长度；l_af为故障点距离线路A端的实际距离；l_bf为故障点距离线路B端的实际距离；l_cf为故障点距离线路C端的实际距离。

进一步的，所述通过各支路的测距函数确定故障支路，包括：

将节点T做为参考节点，根据各个支路的测距函数，计算各个支路的测距函数的相位；

判断各个支路的测距函数的相位是否为零；

若仅有一支路的测距函数的相位等于零，其余支路的相位均不为零，则该支路为故障支路；

若多条支路的测距函数的相位均等于零，则节点T发送故障。

进一步的，所述通过各支路的测距函数确定故障支路上的故障点，包括：

确定故障支路后，将故障支路进行n等分；

分别计算各等分点处的测距函数的相位；

判断各等分点处的测距函数的相位是否为零；

若一等分点处的测量函数的相位为零，则该参考点为故障点；否则，该参考点不是故障点。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明利用故障支路上所选参考点与故障点相匹配时，测距函数相位过零点这一特征进行故障点定位，无需事先判断故障类型，对非线性电阻故障及各种故障类型均具有良好的适用性，较好的克服了传统方法在T节点附近存在测距死区的问题；

(2)本发明利用双曲正切函数相位过零特征作为故障定位判据，故障诊断准确度高；

(3)本发明先对故障分支线路进行判断，再对故障点进行精准定位，减少了运算的规模，提高了故障定位的效率；

(4)本发明与传统的T型输电线路故障测距算法相比，原理上不受负荷电流的影响，无需事先判断故障类型，对非线性电阻故障具有良好的适用性。

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是本发明实施例公开的基于测距函数相位特性的T型输电线路故障定位方法流程图；

图2是线路发生故障后故障数据的上传路径图；

图3是不对称故障双端线路正序等值网络图；

图4是T型输电线路不对称故障正序网络图；

图5是T型输电线路仿真模型；

图6是不同故障类型和过渡电阻对测距结果的影响；

图7是T节点附近发生单相接地短路故障支路判别情况。

具体实施方式

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。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在传统的故障测距方法通常在T节点附近发生高阻抗故障时，存在判别死区的问题，无法正确判别故障支路的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于测距函数相位特性的T型输电线路故障定位方法。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种基于测距函数相位特性的T型输电线路故障定位方法，该方法包括以下步骤：

步骤101：获取故障线路各端的电压、电流故障数据，并对其进行预处理，得到故障线路各端的电压、电流正序分量；

步骤102：基于故障线路各端的电压、电流正序分量，构造各支路的测距函数；

步骤103：通过各支路的测距函数的相位确定故障支路以及故障支路上的故障点。

本发明实施例提出的基于测距函数相位特性的T型输电线路故障定位方法，采用测距函数相位过零为故障定位判据，进行故障支路的判断，故障诊断准确度高，在对故障分支线路进行判断后，再对故障支路上的故障点进行精准定位，减少了运算的规模，提高了故障定位的效率。

为了使本领域的技术人员更好的了解本发明，下面列举一个更为详细的实施例，本发明实施例提供了一种基于测距函数相位特性的T型输电线路故障定位方法，该方法包括以下步骤：

步骤210：获取故障线路各端的电压、电流故障数据，并对其进行预处理，得到故障线路各端的电压、电流正序分量。

在线路发生故障后，首先获取故障电气量数据，电网中的故障数据通过变电站传到调度主站，如图2所示，从调度主站获取故障线路各端的电压电流故障数据。

对获取的故障线路各端的电压电流故障数据进行预处理，采用对称分量法对故障线路各端的电压电流故障数据进行分解，得到故障线路各端的电压、电流正序分量。

步骤202：基于故障线路各端的电压、电流正序分量，构造各支路的测距函数。

本发明根据双端线路推导的测距函数算法引申出T型输电线路故障定位的测距函数新算法。

如图3所示，当双端线路上f点处发生不对称故障时，选一参考点e，则：

故障点f的电压正序分量为：

其中，为线路A端的电压正序分量；为线路B端的电压正序分量；l_af为故障点f距线路A端的长度；γ为线路的正序传播系数；Z_c1为线路的波阻抗。

从线路端点A的电压、电流正序分量推算出故障点f的电流正序分量为：

其中，为线路A端的电压正序分量；为线路A端的电压正序分量；l_af为故障点f距线路A端的长度；γ为线路的正序传播系数；Z_c1为线路的波阻抗。

参考点e实际的电压正序分量电流正序分量与从线路端点B推算出参考点e的电压正序分量和电流正序分量的关系为：

参考点e实际的电压正序分量电流正序分量为：

将公式公司(1)、(2)、(3)带入(4)、(5)，可得：

则：

则：

其中，为线路A、B两端的电压正序分量；为线路A、B两端的电流正序分量；为故障点f处的电压、电流正序分量；分别为从线路A、B两端的电压、电流正序分量推算出的参考点e的电压正序分量；分别为从线路A、B两端的电压、电流正序分量推算出的参考点e的电压正序分量；为参考点e实际的电压、电流正序分量；γ为线路的正序传播系数；Z_c1为线路的波阻抗；l_f为故障点距离线路A端的实际距离；l_e假定的故障点距离线路A端的距离。

根据公式(7)和公式(9)，构造双端线路的测距函数为：

由双曲正切函数是奇函数的特性可知，f(l_e)具有奇函数的相位特性，当l_e＜l_f时，arg f(l_e)位于90°附近；当l_e＞l_f时，argf(l_e)位于-90°附近，仅在参考点位于故障点处，测量函数相位过零，因此具有较好的相位识别特性。

如图4所示，T型输电线路发生不对称故障时的正序网络图。为线路A、B、C三端测得的电压正序分量；为线路A、B、C三端测得的电流正序分量；为T节点的正序电压；为各支路注入T节点的电流正序分量；分别为各支路注入T节点的电压正序分量；。

其中，各支路注入T节点的电压正序分量的计算公式为：

式中，为线路A、B、C三端测得的电压正序分量；为线路A、B、C三端测得的电流正序分量；γ为线路的正序传播系数；Z_c1为线路的波阻抗；l_at为AT支路的长度；l_bt为BT支路的长度；l_ct为CT支路的长度，lf为故障点距离参考支路端点的距离。各支路注入T节点的电流正序分量的计算公司为：

式中，为线路A、B、C三端测得的电压正序分量；为线路A、B、C三端测得的电流正序分量；γ为线路的正序传播系数；Z_c1为线路的波阻抗；l_at为AT治疗路的长度；l_bt为BT支路的长度；l_ct为CT支路的长度。

选择一参考节点k，在构造AT支路测距函数时，由B、C两端测得的电压、电流正序分量推算出T节点的电压正序分量和电流正序分量 再由公式(7)和(9)可知：

则AT支路测距函数的测距函数为：

式中，为从线路A端和T节点的电压正序分量推算出的参考节点k的电压正序分量；为从线路A端和T节点的电流正序分量推算出的参考节点k的电压正序分量；为故障点f处的电流正序分量；l_ak为假定的故障点距离线路A端的距离；l_af为故障点距离线路A端的实际距离。

同理可得在BT支路上的测距函数为：

式中，为从线路A端和T节点的电压、电流正序分量推算出的参考节点k的电压正序分量；为故障点f处的电流正序分量；l_bk为假定的故障点距离线路B端的距离；l_bf为故障点距离线路B端的实际距离。

在CT支路上的测距函数为：

式中，为从线路A端和T节点的电压、电流正序分量推算出的参考节点k的电压正序分量；为故障点f处的电流正序分量；l_ck为假定的故障点距离线路C端的距离；l_cf为故障点距离线路C端的实际距离。

本发明构造了能够相位识别的测距函数，该测距函数为双曲正切函数，采用双曲正切函数相位过零的特性作为故障定位判据，故障诊断准确度高。

步骤203：通过各支路的测距函数的相位确定故障支路以及故障支路上的故障点。

首先确定故障支路：将参考节点k选于节点T，根据公式(15)、(16)、(17)分别计算argf(l_at)、argf(l_bt)、argf(l_ct)，判断argf(l_at)、argf(l_bt)、argf(l_ct)是否为零。

若argf(l_at)、argf(l_bt)、argf(l_ct)仅有一个为零，即仅有一条支路相位位于-90°附近，其余两条支路相位位于90°附近，则可判断此条支路为故障支路；若argf(l_at)、argf(l_bt)、argf(l_ct)有多个为零，即有多条支路同时判断为故障，则判断为节点T发生故障。

其次，进行故障距离测定，故障点定位。

在本实施例中，假定判断出AT支路发生故障，将AT支路选择合适的长度进行n等分，分别计算各等分点处的argf(l_ak)。必存在且在区间内采用二分法，计算出argf(l_ak)的过零点即为故障点。

为了使本领域的技术人员更好的了解本发明，下面列举一个具体的计算实例。

如图5所示，给出了一个T型输电线路仿真模型，采用PSCAD/EMTDC进行仿真计算。具体参数为：

系统电压：220kV

初始相角：

线路参数：R₁＝0.02083Ω/km,L₁＝0.8948mH/km,C₁＝0.0129μF/km,R₀＝0.1148Ωkm，L₀＝2.2886mH/km,C₀＝0.00523μF/km

A侧系统参数：R_a1＝1.0515Ω,L_a1＝80.154mH,R_a0＝0.6Ω，L_a0＝63.4mH

B侧系统参数：R_b1＝8.76Ω,L_b1＝102.54mH,R_b0＝2.53Ω，L_b0＝72.823mH

C侧系统参数：R_c1＝3.672Ω,L_c1＝138.46mH,R_c0＝5.7Ω，L_c0＝90.8mH

三段数据的采样率为6kHz，基波向量提取采用全波傅里叶算法。

如图6所示，以AT支路故障为例，给出了不同过渡电阻和不同故障类型对故障测距准确度的影响，从图中可以看出，该故障测距方法不受故障类型的影响，对非线性阻抗故障具有较好的适用性。如图7所示，给出了T节点附近发生单相接地短路故障时该故障测距方法对故障支路判断结果，可以看出该故障测距方法在故障位置靠近T节点时仍能很好的定位故障区段，克服了传统故障测距方法在T节点附近故障定位存在死区的问题。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

(1)本发明利用故障支路上所选参考点与故障点相匹配时，测距函数相位过零点这一特征进行故障点定位，无需事先判断故障类型，对非线性电阻故障及各种故障类型均具有良好的适用性，较好的克服了传统方法在T节点附近存在测距死区的问题；

(2)本发明利用双曲正切函数相位过零特征作为故障定位判据，故障诊断准确度高；

(3)本发明先对故障分支线路进行判断，再对故障点进行精准定位，减少了运算的规模，提高了故障定位的效率；

(4)本发明与传统的T型输电线路故障测距算法相比，原理上不受负荷电流的影响，无需事先判断故障类型，对非线性电阻故障具有良好的适用性。

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 (7)

1.一种基于测距函数相位特性的T型输电线路故障定位方法，其特征是，包括以下步骤：

获取故障线路各端的电压、电流故障数据，并对其进行预处理，得到故障线路各端的电压、电流正序分量；

基于故障线路各端的电压、电流正序分量，构造各支路的测距函数；

通过各支路的测距函数的相位确定故障支路以及故障支路上的故障点。

2.根据权利要求1所述的基于测距函数相位特性的T型输电线路故障定位方法，其特征是，所述获取故障线路各端的电压、电流故障数据，包括：

线路发生故障后，从调度主站获取故障线路A、B、C三端的电压、电流故障数据。

3.根据权利要求1所述的基于测距函数相位特性的T型输电线路故障定位方法，其特征是，所述获取故障线路各端的电压、电流故障数据，并对其进行预处理，得到故障线路各端的电压、电流正序分量，包括：

采用对称分量法对故障线路A、B、C三端的电压、电流故障数据进行预处理，得到故障线路A、B、C三端的电压正序分量和电流正序分量

4.根据权利要求1所述的基于测距函数相位特性的T型输电线路故障定位方法，其特征是，所述基于故障线路各端的电压、电流正序分量，构造各支路的测距函数，包括：

根据故障线路各端的电压正序分量和电流正序分量分别计算各支路注入T节点的的电压正序分量和电流正序分量

由各支路注入T节点的的电压正序分量和电流正序分量计算T节点的实际电压正序分量和电流正序分量

选取一参考节点k，根据T节点的实际电压正序分量和电流正序分量以及故障线路各端的电压正序分量和电流正序分量计算参考节点k的电压正序分量和电流正序分量

针对AT支路，计算与差值，以及与的和，将与差值与与的和相比，得到AT支路上的测距函数f(l_ak)；

针对BT支路，计算与差值，以及与的和，将与差值与与的和相比，得到BT支路上的测距函数f(l_bk)；

针对CT支路，计算与差值，以及与的和，将与差值与与的和相比，得到CT支路上的测距函数f(l_ck)。

5.根据权利要求4所述的基于测距函数相位特性的T型输电线路故障定位方法，其特征是，所述AT支路上的测距函数f(l_ak)为：

BT支路上的测距函数f(l_bk)为：

CT支路上的测距函数f(l_ck)为：

式中，为AT支路、BT支路、CT支路以及T节点注入参考节点k的电压正序分量；I_bk1，为AT支路、BT支路、CT支路以及T节点注入参考节点k的电流正序分量；γ为线路的正序传播系数；Z_c1为线路的波阻抗；l_ak为假定故障发生在AT支路时故障点距离线路A端的长度；l_bk为假定故障发生在BT支路时故障点距离线路B端的长度；l_ck为假定故障发生在CT支路时故障点距离线路C端的长度；l_af为故障点距离线路A端的实际距离；l_bf为故障点距离线路B端的实际距离；l_cf为故障点距离线路C端的实际距离。

6.根据权利要求1所述的基于测距函数相位特性的T型输电线路故障定位方法，其特征是，所述通过各支路的测距函数确定故障支路，包括：

将节点T做为参考节点，根据各个支路的测距函数，计算各个支路的测距函数的相位；

判断各个支路的测距函数的相位是否为零；

若仅有一支路的测距函数的相位等于零，其余支路的相位均不为零，则该支路为故障支路；

若多条支路的测距函数的相位均等于零，则节点T发送故障。

7.根据权利要求1所述的基于测距函数相位特性的T型输电线路故障定位方法，其特征是，所述通过各支路的测距函数确定故障支路上的故障点，包括：

确定故障支路后，将故障支路进行n等分；

分别计算各等分点处的测距函数的相位；

判断各等分点处的测距函数的相位是否为零；

若一等分点处的测量函数的相位为零，则该参考点为故障点；否则，该参考点不是故障点。