CN110514962A - 一种多端电力线路故障定位方法 - Google Patents

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冯光
喻锟
祖亚瑞
曾祥君
陈明
王鹏
李理
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Electric Power Research Institute of State Grid Henan Electric Power Co Ltd
Changsha University of Science and Technology
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Abstract

本发明公开了一种多端电力线路故障定位方法，根据线路分支结构，计算正常电力线路各分支长度的差值，建立线路固有距离差值矩阵；在多端电力线路的末端安装故障行波高速采集装置，线路故障时采集各线路分支末端的故障行波到达时间，计算故障电力线路各端之间的距离差值，得到故障线路计算距离差值矩阵；求故障线路计算距离差值矩阵与线路固有距离差值矩阵的差值，得到故障分支判定矩阵；根据故障分支判定矩阵判定故障点所在支路，并确定故障点位置。本发明能消除部分定位装置失灵导致的故障定位失败，不受故障类型限制和过渡电阻的影响，具有计算过程简单、实用、容错能力强、定位精度高的特点。

Description

一种多端电力线路故障定位方法
技术领域
本发明涉及一种多端电力线路故障定位方法。
背景技术
电力线路能量传输大，在电网中所占比例重，距离跨度远，一旦发生故障，不但会对电力系统本身的安全稳定运行构成威胁，而且可能会使电力用户遭受巨大损失。随着输电系统的发展，越来越多的多端电力线路出现在电力网中。多端线路故障以后，其造成的危害比双端线路故障会更加严重。因此，电力部门迫切需要多端电力线路故障点快速精确定位，减少线路故障查找时间，提高供电可靠性。
多端电力线路故障定位的关键在于找到故障支路，然后定位故障点。目前，针对多端电力线路的故障定位方法主要是基于工频电气量法和行波法。基于工频参数的定位方法主要釆用线路集中参数模型，受系统运行方式的影响较大，不适用于非线性过渡电阻故障和故障类型未知的情况。由于各种因素影响，基于工频参数的多端线路故障定位方法在实际应用中难免会产生较大的定位误差。
行波法的研究主要是针对双端或三端电力线路，由于多端电力线路网络拓扑结构的特殊性，其故障定位相对于两端电力线路难度要大。现有的多端电力线路故障定位算法的计算过程繁琐，尚缺乏精确的多端电力线路故障定位方法。
发明内容
为了解决现有多端电力线路故障定位存在的上述技术问题，本发明提供一种多端电力线路故障定位方法。本发明不受故障类型、接地电阻和运行方式限制，消除了部分采集装置失灵对故障定位的影响，具有运算简单、实用性强、快速精准定位的特点，工程应用易于实现，提高了电力线路故障行波定位的精度和可靠性。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，
一种多端电力线路故障定位方法，包括以下步骤：
步骤一，根据线路分支结构，计算正常电力线路各分支长度的差值，并建立线路固有距离差值矩阵A；
步骤二，线路故障时采集各线路分支末端的故障行波到达时间，计算故障电力线路各端之间的距离差值，得到故障线路计算距离差值矩阵B；
步骤三，求故障线路计算距离差值矩阵B与线路固有距离差值矩阵A的差值，得到故障分支判定矩阵D；
步骤四，根据故障分支判定矩阵D判定故障点所在支路，并确定故障点位置。
所述的一种多端电力线路故障定位方法，所述的步骤一中，线路固有距离差值矩阵A为：
其中，LMT为相应的端点M到节点T的距离，端点表示多端输电线路中各条线路的线路末端，节点表示多段输电线路中线路与线路相连接产生的连接点，M及T的下标表示端点和节点的相应编号，i表示多端线路的端点编号，k表示多端线路的节点编号。
所述的一种多端电力线路故障定位方法，所述的步骤二中，故障线路计算距离差值矩阵B为：
其中，tM为故障行波到达端点M的时间，M的下标表示端点的相应编号，v为故障行波在线测量波速，i表示多端线路的端点编号。
所述的一种多端电力线路故障定位方法，所述的步骤三中，故障分支判定矩阵D为B-A，当故障分支判定矩阵中某元素数值属于判定区间[-300m,300m]时，该元素的数值设定为0，其余元素不变。
所述的一种多端电力线路故障定位方法，所述的步骤四中，故障分支判定方法为：当判定矩阵D中某端点的行元素和列元素除交点元素为0外，其余元素均为非0元素时，则判定故障发生在该端点到最近T节点的支路；当判定矩阵D中相邻两端点的两列非0元素排列顺序相反时，故障点发生在相邻两端点最近的T节点之间；当判定矩阵D中某端点的列元素全为0时，故障发生在该端点最近的T节点处。
所述的一种多端电力线路故障定位方法，所述的步骤四中，故障点位置计算方法为：确定故障支路后，取判定矩阵D中故障支路对应Mi端点列元素的平均值LN，利用端点Mi到最近节点Tk的距离与所求平均值LN的二分之一求和，得到故障点距Mi端的距离
本发明的技术效果在于：本发明只需在多端电力线路的末端安装故障行波高速采集装置，采集各端故障行波信号的初始到达时间，计算故障分支判定矩阵，并利用判定矩阵元素和线路分支长度进行故障点精确定位。本发明不受故障接地电阻、故障类型以及运行方式限制，消除了部分采集装置失灵对故障定位的影响，且操作简单、实用性强，提高了电力线路故障行波定位的精度、可靠性和经济性。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明的多端电力线路模型图。
具体实施方式
参见图1、图2，本实施例通过以下步骤实现：
(1)根据线路分支结构，计算正常电力线路各分支长度的差值，建立线路固有距离差值矩阵A；
(2)在线路故障时采集各线路分支末端的故障行波到达时间，计算故障电力线路各端之间的距离差值，得到故障线路计算距离差值矩阵B。为了采集故障行波，本实施例通过在多端电力线路的末端安装故障行波高速采集装置来实现，其中故障行波高速采集装置为公知的装置。
(3)求故障线路计算距离差值矩阵B与线路固有距离差值矩阵A的差值，得到故障分支判定矩阵D；
(4)根据故障分支判定矩阵D判定故障点所在支路，并确定故障点位置。
为了更好地实现发明目的，本发明可进一步采用如下技术手段：
步骤(1)中线路固有距离差值矩阵A为：
矩阵中为端点M1到节点T1的距离，为端点M1到节点T2的距离，为端点M1到节点T3的距离，为端点M1到节点Tk的距离，为端点M2到节点T1的距离，为端点M2到节点T2的距离，为端点M2到节点T3的距离，为端点M2到节点Tk的距离，为端点M3到节点T1的距离，为端点M3到节点T2的距离，为端点M3到节点T3的距离，为端点M3到节点Tk的距离，为端点M4到节点T1的距离，为端点M4到节点T2的距离，为端点M4到节点T3的距离，为端点M4到节点Tk的距离，为端点Mi-1到节点T1的距离，为端点Mi-1到节点T2的距离，为端点Mi-1到节点T3的距离，为端点Mi-1到节点Tk的距离，为端点Mi到节点T1的距离，为端点Mi到节点T2的距离，为端点Mi到节点T3的距离，为端点Mi到节点TK的距离。端点表示多端输电线路中各条线路的线路末端，节点表示多段输电线路中线路与线路相连接产生的连接点，M及T的下标表示端点和节点的相应编号，i表示多端线路的端点编号，k表示多端线路的节点编号。
步骤(2)中故障线路计算距离差值矩阵B为：
矩阵中为故障行波到达M1端的时间，为故障行波到达M2端的时间，为故障行波到达M3端的时间，为故障行波到达M4端的时间，为故障行波到达Mi-1端的时间，为故障行波到达Mi端的时间，v为故障行波在线测量波速。
步骤(3)故障分支判定矩阵D为B-A，当故障分支判定矩阵中某元素数值属于判定区间[-300m,300m]时，该元素的数值设定为0，其余元素不变。
步骤(4)故障分支判定方法为：当判定矩阵D中某端点的行元素和列元素除交点元素为0外，其余元素均为非0元素时，则判定故障发生在该端点到最近T节点的支路。当判定矩阵D中相邻两端点的两列非0元素排列顺序相反时，故障点发生在相邻两端点最近的T节点之间，其中相邻两端点的两列非0元素排列顺序相反，是指的相邻两端点的两列非0元素不同时为0或同时非零时，某一列的某几行元素非0，其余行元素为0，而另外一列中对应的某几行元素为0，其余行元素非零。当判定矩阵D中某端点的列元素全为0时，故障发生在该端点最近的T节点处。
步骤(4)故障点位置计算方法为：确定故障支路后，取判定矩阵D中故障支路对应Mi端点列元素的平均值LN，利用端点Mi到最近节点Tk的距离与所求平均值LN的二分之一求和，得到故障点距Mi端的距离为

Claims (6)

1.一种多端电力线路故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，根据线路分支结构，计算正常电力线路各分支长度的差值，并建立线路固有距离差值矩阵A；
步骤二，线路故障时采集各线路分支末端的故障行波到达时间，计算故障电力线路各端之间的距离差值，得到故障线路计算距离差值矩阵B；
步骤三，求故障线路计算距离差值矩阵B与线路固有距离差值矩阵A的差值，得到故障分支判定矩阵D；
步骤四，根据故障分支判定矩阵D判定故障点所在支路，并确定故障点位置。
2.根据权利要求1所述的一种多端电力线路故障定位方法，其特征在于，所述的步骤一中，线路固有距离差值矩阵A为：
其中，LMT为相应的端点M到节点T的距离，端点表示多端输电线路中各条线路的线路末端，节点表示多段输电线路中线路与线路相连接产生的连接点，M及T的下标表示端点和节点的相应编号，i表示多端线路的端点编号，k表示多端线路的节点编号。
3.根据权利要求1所述的一种多端电力线路故障定位方法，其特征在于，所述的步骤二中，故障线路计算距离差值矩阵B为：
其中，tM为故障行波到达端点M的时间，M的下标表示端点的相应编号，v为故障行波在线测量波速，i表示多端线路的端点编号。
4.根据权利要求1所述的一种多端电力线路故障定位方法，其特征在于，所述的步骤三中，故障分支判定矩阵D为B-A，当故障分支判定矩阵中某元素数值属于判定区间[-300m,300m]时，该元素的数值设定为0，其余元素不变。
5.根据权利要求1所述的一种多端电力线路故障定位方法，其特征在于，所述的步骤四中，故障分支判定方法为：当判定矩阵D中某端点的行元素和列元素除交点元素为0外，其余元素均为非0元素时，则判定故障发生在该端点到最近T节点的支路；当判定矩阵D中相邻两端点的两列非0元素排列顺序相反时，故障点发生在相邻两端点最近的T节点之间；当判定矩阵D中某端点的列元素全为0时，故障发生在该端点最近的T节点处。
6.根据权利要求5所述的一种多端电力线路故障定位方法，其特征在于，所述的步骤四中，故障点位置计算方法为：确定故障支路后，取判定矩阵D中故障支路对应Mi端点列元素的平均值LN，利用端点Mi到最近节点Tk的距离与所求平均值LN的二分之一求和，得到故障点距Mi端的距离
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