CN108594068B - 一种行波测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行波测距方法：步骤1、进行工频量采样和暂态行波高频采样，判断是否发生区内故障；步骤2、优先使用双端阻抗法进行测距并计算过渡电阻的大小，若不具备计算条件，则采用单端阻抗法；同时行波测距模块通过故障前后采样的暂态行波得到模极大值序列；步骤3、线路保护模块对过渡电阻大小进行判断，将测距结果、测距误差门槛和过渡电阻判断结果送至行波测距模块；步骤4、行波测距模块进行故障点反射波头和对侧母线反射波头的匹配；步骤5、行波测距模块选择故障点反射行波或对侧母线反射行波达到的时间与故障初始行波波头时间差，采用单端行波测距法计算故障距离，并将计算结果传给管理模块；步骤6、输出最终的故障测距结果。

Description

一种行波测距方法

技术领域

本发明涉及一种行波测距方法。

背景技术

高压输电线路故障的准确定位能缩短故障修复时间、提高供电可靠性，目前，高压输电线路保护基于工频量测距的算法受多种因素的影响，导致测距精度误差大，而行波测距具有不受系统运行方式和CT饱和等影响的优点，可精确定位线路故障点。其中，行波测距法分为双端法和单端法：双端法在线路两侧设置测距装置，通过故障初始行波到达两端的时间差实现测距，优点是操作简单，缺点是依赖精准的GPS同步信号；单端法测距则只需要在一端设置测量点，不受通信条件限制，但是其测距需要精确的分辨各个行波对应的反射行波。

测量阻抗法虽精度不高，但有较高的鲁棒性，可用来初步确定故障点的大致范围，在初步判断出故障点范围后，在暂态行波中寻找在故障点的反射行波波头，申请日为2011年6月28日、申请号为201110175930.7的中国专利，公开了一种基于单端测距的故障定位方法，其将单端阻抗法与单端行波测距法组合在一起，需要估算过渡电阻且计算误差较大，因而检索的行波反射波头范围较大，当检索反射波头范围内存在多个反射波头时检索波头失效，同时其单端行波测距的波速为设定值，影响测距的精度和可靠性。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种行波测距方法，具有测距精度更高及适用性更广的优点，且克服了检索反射波头范围内存在多个反射波头导致检索失效的缺点，提高测距的精度和可靠性。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种行波测距方法，将行波测距模块、线路保护模块和管理模块集成于线路保护与行波测距一体化装置内，行波测距方法包括如下步骤：

步骤1、线路保护模块和行波测距模块分别进行工频量采样和暂态行波高频采样，线路保护模块判断是否发生区内故障，若线路保护模块判断发生区内故障，则进入步骤2；

步骤2、优先使用双端阻抗法进行测距并计算过渡电阻的大小，若不具备双端阻抗法的计算条件，则采用单端阻抗法进行测距并估算过渡电阻的大小；同时行波测距模块通过故障前后采样的暂态行波得到模极大值序列；

步骤3、线路保护模块对过渡电阻大小进行判断，将双端阻抗法或单端阻抗法的测距结果、测距误差门槛和过渡电阻判断结果送至行波测距模块；

步骤4、行波测距模块根据测距结果、测距误差门槛对模极大值序列进行故障点反射波头和对侧母线反射波头的匹配；

步骤5、行波测距模块依据对过渡电阻大小判断结果，选择故障点反射行波或对侧母线反射行波达到的时间与故障初始行波波头时间差，采用单端行波测距法计算故障距离，并将计算结果传给管理模块；

步骤6、管理模块将计算的测距结果进行综合后输出最终的故障测距结果。

优选，步骤2中，使用双端阻抗法进行测距并计算过渡电阻的公式如下：

其中，D_mF为故障点到M侧的距离，Im为取复数虚部幅值，

和

分别为M侧线路保护测量的电压和电流，

为故障点电流，

为N侧线路保护测量的电流，z为线路单位长度阻抗，R_F为过渡电阻。

优选，步骤2中，使用单端阻抗法进行测距并估算过渡电阻的公式如下：

其中，D_mF为故障点到M侧的距离，R_F为过渡电阻，Z_m、R_m和X_m分别为M侧的测量阻抗、对应的电阻值和电抗值，

为线路正序阻抗角，β＝arg(I_m/I_mg)，I_m和I_mg分别为M侧的测量电流和故障分量电流，C_m为M侧电流分配系数，

Z_S和Z_R分别为M和N侧的系统阻抗，z为线路单位长度阻抗，L为线路全长，x为线路单位长度正序电抗。

优选，步骤3中，线路保护模块对过渡电阻大小进行判断：

若过渡电阻小于50Ω，则判为小过渡电阻故障；

若过渡电阻大于100Ω，则判为大过渡电阻故障。

优选，步骤3中，当使用线路保护的双端阻抗法进行测距时，测距误差门槛P_mk为5％；当使用单端阻抗法测距时，测距误差门槛P_mk为10％。

优选，步骤4中，进行故障点反射波头和对侧母线反射波头的匹配的具体方法是：

在确定故障初始行波波头的时间t₀后，在[t₀+(2×D_mF‐P_mk×L)/v，t₀+(2×D_mF+P_mk×L)/v]时间范围内寻找故障点反射波头极大值对应的时间t₁，同时在[t₀+(2×(L‐D_mF)‐P_mk×L)/v，t₀+(2×(L‐D_mF)+P_mk×L)/v]时间范围内寻找对端母线反射波头极大值对应的时间t₂；

若存在大于1组匹配的故障点反射波头和对端母线反射波头，则通过Δt＝|L/v‐(Δt₁+Δt₂)|最小来确定；

其中，v为行波波速，Δt₁为故障点反射波头到达时间与故障初始行波波头时间差，Δt₂为对端母线反射波头与故障初始行波波头时间差。

优选，步骤5中：

在小过渡电阻故障的情况下，使用故障点反射波头到达时间与故障初始行波波头时间差Δt₁计算测距结果D_mF1；

在大过渡电阻故障的情况下，使用对端母线反射波头与故障初始行波波头时间差Δt₂计算测距结果D_mF2；

若判断为大小过渡电阻故障之间则采用D_mF1和D_mF2的平均值作为计算测距结果D_mF3，不同过渡电阻故障时行波测距的公式如下：

优选，步骤6中，当故障点反射波头或对端母线反射波头可定位时，采用单端行波测距进行故障定位，补充显示线路双端阻抗法或单端阻抗法测距结果；当故障反射波头或对端母线反射波头无法定位时，采用线路双端阻抗法或单端阻抗法进行定位。

优选，当对侧的行波测距模块、线路保护模块和管理模块也集成于线路保护与行波测距一体化装置内时，在步骤4和5之间还包括如下步骤：

本侧行波测距模块将对端母线反射波头与故障初始行波波头时间差Δt₂通过线路保护的通道传送给对侧行波测距模块，两侧的行波测距模块分别进行行波波速计算，行波波速v′计算的公式如下：

其中，Δt_2m和Δt_2n分别为在M和N端的对端母线反射波头与故障初始行波波头时间差；

将v′与步骤4中的波速值v进行差值百分比计算，若超过设定的门槛，则判断波速初值无效，调整波速值v重新进行步骤4。

优选，波速初值v取298米/微秒。

本发明的有益效果是：

本发明将行波测距模块、线路保护模块和管理模块集成于线路保护与行波测距一体化装置内，由线路保护模块优先使用双端阻抗法测距，同时将测距结果、测距误差门槛和过渡电阻大小判断结果交给行波测距模块，由行波测距模块在更小的范围内寻找反射行波，并对于搜索范围内多组结果进行排除，由管理模块对得到的测距结果通过综合后输出，通过借用线路保护通道交换两侧的对端母线反射行波与故障初始行波的时间差，可实现行波波速测量，进一步提升测距精度；通过本发明可提高输电线路故障测距精度和适用性，同时省去站内另立行波测距屏柜，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明一种行波测距方法的整体流程示意图；

图2是本发明实施例一的一种系统结构示意图；

图3是本发明实施例一的另一种系统结构示意图；

图4是本发明实施例一基于双端阻抗法的单端行波测距方法流程示意图；

图5是本发明实施例一基于单端阻抗法的单端行波测距方法流程示意图；

图6是本发明实施例二的系统结构示意图；

图7是本发明实施例二基于双端阻抗法的单端行波测距方法流程示意图；

图8是本发明实施例二基于单端阻抗法的单端行波测距方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，一种行波测距方法，其中，将行波测距模块、线路保护模块和管理模块集成于本侧线路保护与行波测距一体化装置内，其中，行波测距模块完成行波测距启动计算及行波测距的计算，线路保护模块完成传统的继电保护功能和阻抗法故障测距功能，管理模块完成事件管理和文件存储，系统图可以是图2、3和6所示，具体的行波测距方法包括如下步骤：

步骤1、波形采样及故障判断：线路保护模块和行波测距模块分别进行工频量采样和暂态行波高频采样，其中，暂态行波高频采样包括电流行波高频采样与电压行波高频采样。线路保护模块判断是否发生区内故障，若线路保护模块判断发生区内故障，则进入步骤2。

步骤2、阻抗法测距及过渡电阻计算，故障前后暂态行波小波变换：

优先使用双端阻抗法进行测距并计算过渡电阻的大小，若不具备双端阻抗法的计算条件，则采用单端阻抗法进行测距并估算过渡电阻的大小；同时行波测距模块通过故障前后采样的暂态行波得到模极大值序列，比如，行波测距模块对故障前后采样的暂态行波通过小波变换得到模极大值序列。

步骤2中，使用双端阻抗法进行测距并计算过渡电阻的公式如下，整体流程图如图4所示：

其中，D_mF为故障点到M侧的距离，Im为取复数虚部幅值，

和

分别为M侧线路保护测量的电压和电流，

为故障点电流，

为N侧线路保护测量的电流，z为线路单位长度阻抗，R_F为过渡电阻。

使用单端阻抗法进行测距并估算过渡电阻的公式如下，整体流程图如图5所示：

其中，D_mF为故障点到M侧的距离，R_F为过渡电阻，Z_m、R_m和X_m分别为M侧的测量阻抗、对应的电阻值和电抗值，

为线路正序阻抗角，β＝arg(I_m/I_mg)，I_m和I_mg分别为M侧的测量电流和故障分量电流，C_m为M侧电流分配系数，

Z_S和Z_R分别为M和N侧的系统阻抗，z为线路单位长度阻抗，L为线路全长，x为线路单位长度正序电抗。

步骤3、阻抗法测距结果及相关数据传输：线路保护模块对过渡电阻大小进行判断，将双端阻抗法或单端阻抗法的测距结果、测距误差门槛和过渡电阻判断结果送至行波测距模块。

线路保护模块对过渡电阻大小进行判断：

若过渡电阻小于50Ω，则判为小过渡电阻故障；

若过渡电阻大于100Ω，则判为大过渡电阻故障。

当使用线路保护的双端阻抗法进行测距时，测距误差门槛P_mk为5％；当使用单端阻抗法测距时，测距误差门槛P_mk为10％。

步骤4、单端行波测距用反射波头匹配及排除：行波测距模块根据测距结果、测距误差门槛对模极大值序列进行故障点反射波头和对侧母线反射波头的匹配，具体的：

进行故障点反射波头和对侧母线反射波头的匹配的具体方法是：

在确定故障初始行波波头的时间t₀后，在[t₀+(2×D_mF‐P_mk×L)/v，t₀+(2×D_mF+P_mk×L)/v]时间范围内寻找故障点反射波头极大值对应的时间t₁，同时在[t₀+(2×(L‐D_mF)‐P_mk×L)/v，t₀+(2×(L‐D_mF)+P_mk×L)/v]时间范围内寻找对端母线反射波头极大值对应的时间t₂；

若存在大于1组匹配的故障点反射波头和对端母线反射波头，则通过Δt＝|L/v‐(Δt₁+Δt₂)|最小来确定；

其中，v为行波波速，波速使用初值298米/微秒进行计算；Δt₁为故障点反射波头到达时间与故障初始行波波头时间差，Δt₂为对端母线反射波头与故障初始行波波头时间差。

步骤5、选择合适的时间差进行单端行波测距：行波测距模块依据对过渡电阻大小判断结果，选择故障点反射行波或对侧母线反射行波达到的时间与故障初始行波波头时间差，采用单端行波测距法计算故障距离，并将计算结果传给管理模块。

在小过渡电阻故障的情况下，使用故障点反射波头到达时间与故障初始行波波头时间差Δt₁计算测距结果D_mF1；

在大过渡电阻故障的情况下，使用对端母线反射波头与故障初始行波波头时间差Δt₂计算测距结果D_mF2；

若判断为大小过渡电阻故障之间则采用D_mF1和D_mF2的平均值作为计算测距结果D_mF3，不同过渡电阻故障时行波测距的公式如下：

步骤6、测距结果输出：管理模块将计算的测距结果进行综合后输出最终的故障测距结果，具体的：当故障点反射波头或对端母线反射波头可定位时，采用单端行波测距进行故障定位，补充显示线路双端阻抗法或单端阻抗法测距结果(补充双端或单端测距结果的显示：当双端测距结果可用，使用双端，否则显示单端测距结果)；当故障反射波头或对端母线反射波头无法定位时，采用线路双端阻抗法或单端阻抗法进行定位。

如图6所示，当对侧的行波测距模块、线路保护模块和管理模块也集成于线路保护与行波测距一体化装置内时，优选在步骤4和5之间还包括如下步骤，对应的整体流程图如图7和8所示：

本侧行波测距模块将对端母线反射波头与故障初始行波波头时间差Δt₂通过线路保护的通道传送给对侧行波测距模块，两侧的行波测距模块分别进行行波波速计算，行波波速v′计算的公式如下：

其中，Δt_2m和Δt_2n分别为在M和N端的对端母线反射波头与故障初始行波波头时间差；

将v′与步骤4中的波速值v进行差值百分比计算，若超过设定的门槛(如±2％)，则判断波速初值无效，调整波速值v重新进行步骤4，对应的，优选，波速初值v取298米/微秒。

本发明将行波测距模块、线路保护模块和管理模块集成于线路保护与行波测距一体化装置内，由线路保护模块优先使用双端阻抗法测距，同时将测距结果、测距误差门槛和过渡电阻大小判断结果交给行波测距模块，由行波测距模块在更小的范围内寻找反射行波，并对于搜索范围内多组结果进行排除，由管理模块对得到的测距结果通过综合后输出，通过借用线路保护通道交换两侧的对端母线反射行波与故障初始行波的时间差，可实现行波波速测量，进一步提升测距精度；通过本发明可提高输电线路故障测距精度和适用性，同时省去站内另立行波测距屏柜，具有良好的应用前景。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种行波测距方法，其特征在于，将行波测距模块、线路保护模块和管理模块集成于线路保护与行波测距一体化装置内，行波测距方法包括如下步骤：

步骤1、线路保护模块和行波测距模块分别进行工频量采样和暂态行波高频采样，线路保护模块判断是否发生区内故障，若线路保护模块判断发生区内故障，则进入步骤2；

步骤2、优先使用双端阻抗法进行测距并计算过渡电阻的大小，若不具备双端阻抗法的计算条件，则采用单端阻抗法进行测距并估算过渡电阻的大小；

同时行波测距模块通过故障前后采样的暂态行波得到模极大值序列；

步骤3、线路保护模块对过渡电阻大小进行判断，将双端阻抗法或单端阻抗法的测距结果、测距误差门槛和过渡电阻判断结果送至行波测距模块；

步骤4、行波测距模块根据测距结果、测距误差门槛对模极大值序列进行故障点反射波头和对侧母线反射波头的匹配；

步骤5、行波测距模块依据对过渡电阻大小判断结果，选择故障点反射行波或对侧母线反射行波达到的时间与故障初始行波波头时间差，采用单端行波测距法计算故障距离，并将计算结果传给管理模块；

步骤6、管理模块将计算的测距结果进行综合后输出最终的故障测距结果；

步骤2中，使用双端阻抗法进行测距并计算过渡电阻的公式如下：

其中，D_mF为故障点到M侧的距离，Im为取复数虚部幅值，

和

分别为M侧线路保护测量的电压和电流，

为故障点电流，

为N侧线路保护测量的电流，z为线路单位长度阻抗，R_F为过渡电阻。

2.根据权利要求1所述的一种行波测距方法，其特征在于，步骤2中，使用单端阻抗法进行测距并估算过渡电阻的公式如下：

其中，D_mF为故障点到M侧的距离，R_F为过渡电阻，Z_m、R_m和X_m分别为M侧的测量阻抗、对应的电阻值和电抗值，

为线路正序阻抗角，β＝arg(I_m/I_mg)，I_m和I_mg分别为M侧的测量电流和故障分量电流，C_m为M侧电流分配系数，

Z_S和Z_R分别为M和N侧的系统阻抗，z为线路单位长度阻抗，L为线路全长，x为线路单位长度正序电抗。

3.根据权利要求1或2所述的一种行波测距方法，其特征在于，步骤3中，线路保护模块对过渡电阻大小进行判断：

若过渡电阻小于50Ω，则判为小过渡电阻故障；

若过渡电阻大于100Ω，则判为大过渡电阻故障。

4.根据权利要求3所述的一种行波测距方法，其特征在于，步骤3中，当使用线路保护的双端阻抗法进行测距时，测距误差门槛P_mk为5％；当使用单端阻抗法测距时，测距误差门槛P_mk为10％。

5.根据权利要求4所述的一种行波测距方法，其特征在于，步骤4中，进行故障点反射波头和对侧母线反射波头的匹配的具体方法是：

在确定故障初始行波波头的时间t₀后，在[t₀+(2×D_mF-P_mk×L)/v，t₀+(2×D_mF+P_mk×L)/v]时间范围内寻找故障点反射波头极大值对应的时间t₁，同时在[t₀+(2×(L-D_mF)-P_mk×L)/v，t₀+(2×(L-D_mF)+P_mk×L)/v]时间范围内寻找对端母线反射波头极大值对应的时间t₂；

若存在大于1组匹配的故障点反射波头和对端母线反射波头，则通过Δt＝|L/v-(Δt₁+Δt₂)|最小来确定；

其中，v为行波波速，Δt₁为故障点反射波头到达时间与故障初始行波波头时间差，Δt₂为对端母线反射波头与故障初始行波波头时间差。

6.根据权利要求5所述的一种行波测距方法，其特征在于，步骤5中：

在小过渡电阻故障的情况下，使用故障点反射波头到达时间与故障初始行波波头时间差Δt₁计算测距结果D_mF1；

在大过渡电阻故障的情况下，使用对端母线反射波头与故障初始行波波头时间差Δt₂计算测距结果D_mF2；

若判断为大小过渡电阻故障之间则采用D_mF1和D_mF2的平均值作为计算测距结果D_mF3，不同过渡电阻故障时行波测距的公式如下：

7.根据权利要求1所述的一种行波测距方法，其特征在于，步骤6中，当故障点反射波头或对端母线反射波头可定位时，采用单端行波测距进行故障定位，补充显示线路双端阻抗法或单端阻抗法测距结果；当故障反射波头或对端母线反射波头无法定位时，采用线路双端阻抗法或单端阻抗法进行定位。

8.根据权利要求1所述的一种行波测距方法，其特征在于，当对侧的行波测距模块、线路保护模块和管理模块也集成于线路保护与行波测距一体化装置内时，在步骤4和5之间还包括如下步骤：

本侧行波测距模块将对端母线反射波头与故障初始行波波头时间差Δt₂通过线路保护的通道传送给对侧行波测距模块，两侧的行波测距模块分别进行行波波速计算，行波波速v′计算的公式如下：

其中，Δt_2m和Δt_2n分别为在M和N端的对端母线反射波头与故障初始行波波头时间差；

将v′与步骤4中的波速值v进行差值百分比计算，若超过设定的门槛，则判断波速初值无效，调整波速值v重新进行步骤4。

9.根据权利要求8所述的一种行波测距方法，其特征在于，波速初值v取298米/微秒。

Images