CN110780153B - 输电线路故障定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及输电网故障监测领域，本发明公开了一种输电线路故障定位方法，通过在线路上安装N台故障监测设备，故障发生时，采集所有故障监测设备上的行波信号，记录行波信号到达所有故障监测设备的时刻。预判故障发生在第m和m+1个故障监测设备之间，则故障点左侧有m个故障监测设备，右侧有N‑m个故障监测设备，基于使所有故障监测设备检测误差的平方和最小，得到故障点到左侧变电站的距离dx。判断dm＜dx≤dm+1是否成立，若是，则判定故障点在第m和设备m+1个故障监测设备之间；若否，使m的取值加1，判断dm＜dx≤dm+1是否成立，直至使dm＜dx≤dm+1成立。本发明能够解决现有技术中故障点定位不精确以及可靠性不高的问题。

Description

输电线路故障定位方法
技术领域
本发明涉及输电网故障监测领域，具体涉及输电线路故障定位方法。
背景技术
输电线路在线监测与分布式故障定位技术已经广泛应用于国内各个电压等级的输电网络。
线路遭受雷击或其他类型故障时，故障点会产生行波，以接近光速向两边传播。通过在线路上捕捉行波，记录行波到达的精确时刻，再结合已知的线路长度，即可计算出故障点所在位置。
行波在输电线路上传输会出现衰减，波头的陡峭程度随着传输距离而减小，导致在长距离的输电线路上，行波到达时刻的标定出现一定的困难。因此，为了在长线路上实现统一的行波故障定位，达到尽可能大的覆盖范围，一般行波采集设备会按照一定的间隔，分布安装于线路各处。在实际故障定位过程中，根据工频电流确定故障区间，再在区间内选择故障点两端的设备所采集到的行波时刻，计算精确位置。若因数据缺失、采样误差等原因无法得到故障区间，或者区间内多个设备均采集到了故障时刻行波。为了参考多个设备的信号，提高设备的利用率，一般按照经验，会以这些设备进行两两配对，每一对行波计算时间差以及故障点位置，求出这些定位结果的平均值，作为最终的定位结果。
现有技术对行波两两配对，求得多个结果取平均值。但是该方法仅仅是经验方法，并无理论依据，所得结果比较盲目，缺少有效支撑。而且应用结果表明，该方法的准确度并不理想，仅仅是为了增加数据的利用率而采用的方法。另外，现有技术依赖于首先确定故障所在区间。若故障区间判断错误，则精确定位结果会不可靠。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种输电线路故障定位方法，能够解决现有技术中故障点定位不精确以及可靠性不高的问题。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种输电线路故障定位方法，其包括以下步骤：
S1：在线路上安装N台故障监测设备，N为大于等于2的自然数；
S2：故障发生时，采集所有故障监测设备上的行波信号，记录行波信号到达所有故障监测设备的时刻；
S3：预判故障发生在第m和m+1个故障监测设备之间，基于使所有故障监测设备检测误差的平方和最小，得到故障点到左侧变电站的距离dx，其中m为故障点到到左侧变电站之间的故障监测设备的个数；
S4：预设m的初始值，判断dm<dx≤dm+1是否成立，其中dm为第m台故障监测设备距离左侧变电站的距离，dm+1为第m+1台故障监测设备距离左侧变电站的距离，若成立，执行步骤S5，若不成立执行步骤S6；
S5：判定故障点在第m和设备m+1个故障监测设备之间；
S6：返回步骤S4，并使m的取值加1。
在上述技术方案的基础上，基于使所有故障监测设备检测误差的平方和最小，得到故障点到左侧变电站的距离dx，具体包括以下步骤：
根据所有故障监测设备检测误差，得到所有故障监测设备检测误差的平方和，以建立目标函数f(dx,tx,m,N)，其中
Figure BDA0002253844320000031
对目标函数f(dx,tx,m,N)求导并消元后得到dx：
Figure BDA0002253844320000032
其中di为第i台故障监测设备距离左侧变电站的距离，ti为行波信号到达第i台故障监测设备的时刻，dj为第j台故障监测设备距离左侧变电站的距离，tj为行波信号到达第j台故障监测设备的时刻，tx故障点发生故障的时刻，i和j均为正整数，且1≤i≤m、m+1≤j≤N，v为行波信号传播速度。
在上述技术方案的基础上，所有故障监测设备检测误差，具体共包括：
通过公式ei＝(ti-tx)v–(dx–di)，得到第i台故障监测设备的检测误差ei，通过公式ej＝dj-(tj-tx)v–dx，得到第j台故障监测设备的检测误差ej。
在上述技术方案的基础上，对目标函数f(dx,tx,m,N)求导并消元后得到dx，具体包括以下步骤：
对目标函数f(dx,tx,m,N)求导并消元后得到dx，具体包括以下步骤：
目标函数f(dx,tx,m,N)对dx和tx的求偏导数，得到：
Figure BDA0002253844320000033
Figure BDA0002253844320000034
展开偏导公式(3)和(4)，得到：
Figure BDA0002253844320000035
Figure BDA0002253844320000041
消去公式(5)和(6)中的tx，得到dx。
在上述技术方案的基础上，S4步骤中m的初始值取1。
在上述技术方案的基础上，S1步骤中在线路上安装10台故障监测设备。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供的一种输电线路故障定位方法，通过在线路上安装N台故障监测设备，故障发生时，采集所有故障监测设备上的行波信号，记录行波信号到达所有故障监测设备的时刻。预判故障发生在第m和m+1个故障监测设备之间，则故障点左侧有m个故障监测设备，基于使所有故障监测设备检测误差的平方和最小，得到故障点到左侧变电站的距离dx。判断dm<dx≤dm+1是否成立，若是，则判定故障点在第m和设备m+1个故障监测设备之间；若否，使m的取值加1，判断dm<dx≤dm+1是否成立，直至使dm<dx≤dm+1成立。该方法可以更加精确的定位故障点的位置。
附图说明
图1为本发明实施例中输电线路故障定位方法的流程图；
图2为本发明实施例中输电线路故障定位方法的原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
图1为本发明实施例中输电线路故障定位方法的流程图，如图1所示：一种输电线路故障定位方法，包括以下步骤：
S1：在线路上安装N台故障监测设备，N为大于等于2的自然数。
在本实施例中，故障监测设备用来记录行波信号传输过来的时间。并且各个故障监测设备到左侧的变电站的距离根据设定的距离设置。
在本实施例中，在线路上安装10台故障监测设备。设置10台或者10台以上可以更加精确的找到故障点的位置。
S2：故障发生时，采集所有故障监测设备上的行波信号，记录行波信号到达所有故障监测设备的时刻。
S3：预判故障发生在第m和m+1个故障监测设备之间，则故障点左侧有m个故障监测设备，右侧有N-m个故障监测设备，基于使所有故障监测设备检测误差的平方和最小，得到故障点到左侧变电站的距离dx，其中m均为正整数，m为故障点到到左侧变电站之间的故障监测设备的个数。
图2为本发明实施例中输电线路故障定位方法的原理图，如图2所示，由于行波以匀速传播，那么左侧的所有故障监测设备，其到变电站距离di(i＝1,2…,m)与测得行波到达时刻应在图2的平面坐标系同一条直线上。同理，右侧的所有故障监测设备，其到变电站距离dj(j＝1,2…,N-m)与测得行波到达时刻应在图2的平面坐标系同一条直线上。其交点即为故障点为位置。
基于使所有故障监测设备检测误差的平方和最小，得到故障点到左侧变电站的距离dx，具体包括以下步骤：
所有故障监测设备检测误差，具体共包括：
通过公式ei＝(ti-tx)v–(dx–di)，得到第i台故障监测设备的检测误差ei，通过公式ej＝dj-(tj-tx)v–dx，得到第j台故障监测设备的检测误差ej。
根据所有故障监测设备检测误差，得到所有故障监测设备检测误差的平方和，以建立目标函数f(dx,tx,m,N)，其中
Figure BDA0002253844320000061
目标函数f(dx,tx,m,N)求导并消元后得到dx：
Figure BDA0002253844320000062
其中di为第i台故障监测设备距离左侧变电站的距离，ti为行波信号到达第i台故障监测设备的时刻，dj为第j台故障监测设备距离左侧变电站的距离，tj为行波信号到达第j台故障监测设备的时刻，tx故障点发生故障的时刻，i和j均为正整数，且1≤i≤m、m+1≤j≤N，v为行波信号传播速度。
S4：预设m的初始值，判断dm<dx≤dm+1是否成立，其中dm为第m台故障监测设备距离左侧变电站的距离，dm+1为第m+1台故障监测设备距离左侧变电站的距离，若成立，执行步骤S5，若不成立执行步骤S6。
对目标函数f(dx,tx,m,N)求导并消元后得到dx，具体包括以下步骤：
目标函数f(dx,tx,m,N)对dx和tx的求偏导数，得到：
Figure BDA0002253844320000063
Figure BDA0002253844320000064
展开偏导公式(3)和(4)，得到：
Figure BDA0002253844320000065
Figure BDA0002253844320000066
消去公式(5)和(6)中的tx，得到dx：
Figure BDA0002253844320000067
在本实施例中，S4步骤中m的初始值取1。这样可以从靠最左侧的一个故障监测设备开始检测，一直检测到真实的故障点的位置。
当然在其他实施例中，也可以在用其他手段或者经验判断故障点的大概位置，m的初始值取合适数值。这样可以节省运算的时间。
S5：判定故障点在第m和设备m+1个故障监测设备之间。
S6：返回步骤S4，并使m的取值加1。
综上所述，本发明提供的一种输电线路故障定位方法，通过在线路上安装N台故障监测设备，故障发生时，采集所有故障监测设备上的行波信号，记录行波信号到达所有故障监测设备的时刻。预判故障发生在第m和m+1个故障监测设备之间，则故障点左侧有m个故障监测设备，右侧有N-m个故障监测设备，基于使所有故障监测设备检测误差的平方和最小，得到故障点到左侧变电站的距离dx。判断dm<dx≤dm+1是否成立，若是，则判定故障点在第m和设备m+1个故障监测设备之间；若否，使m的取值加1，判断dm<dx≤dm+1是否成立，直至使dm<dx≤dm+1成立。该方法可以更加精确的定位故障点的位置。
本发明不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本发明相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。

Claims (5)

1.一种输电线路故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在线路上安装N台故障监测设备，N为大于等于2的自然数；
S2：故障发生时，采集所有故障监测设备上的行波信号，记录行波信号到达所有故障监测设备的时刻；
S3：预判故障发生在第m和m+1个故障监测设备之间，基于使所有故障监测设备检测误差的平方和最小，得到故障点到左侧变电站的距离dx，其中m为故障点到到左侧变电站之间的故障监测设备的个数，具体包括以下步骤：
根据所有故障监测设备检测误差，得到所有故障监测设备检测误差的平方和，以建立目标函数f(dx，tx，m，N)，其中
Figure FDA0003298078780000011
对目标函数f(dx，tx，m，N)求导并消元后得到dx：
Figure FDA0003298078780000012
其中di为第i台故障监测设备距离左侧变电站的距离，ti为行波信号到达第i台故障监测设备的时刻，dj为第j台故障监测设备距离左侧变电站的距离，tj为行波信号到达第j台故障监测设备的时刻，tx故障点发生故障的时刻，i和j均为正整数，且1≤i≤m、m+1≤j≤N，v为行波信号传播速度；
S4：预设m的初始值，判断dm＜dx≤dm+1是否成立，其中dm为第m台故障监测设备距离左侧变电站的距离，dm+1为第m+1台故障监测设备距离左侧变电站的距离，若成立，执行步骤S5，若不成立执行步骤S6；
S5：判定故障点在第m和设备m+1个故障监测设备之间；
S6：返回步骤S4，并使m的取值加1。
2.如权利要求1所述的输电线路故障定位方法，其特征在于，所有故障监测设备检测误差，具体共包括：
通过公式ei＝(ti-tx)v-(dx-di)，得到故障点左侧第i台故障监测设备的检测误差ei，通过公式ej＝dj-(tj-tx)v-dx，得到故障点右侧第j台故障监测设备的检测误差ej。
3.如权利要求1所述的输电线路故障定位方法，其特征在于，对目标函数f(dx，tx，m，N)求导并消元后得到dx，具体包括以下步骤：
目标函数f(dx，tx，m，N)对dx和tx的求偏导数，得到：
Figure FDA0003298078780000021
Figure FDA0003298078780000022
展开偏导公式(3)和(4)，得到：
Figure FDA0003298078780000023
Figure FDA0003298078780000024
消去公式(5)和(6)中的tx，得到dx。
4.如权利要求1所述的输电线路故障定位方法，其特征在于，S4步骤中m的初始值取1。
5.如权利要求1所述的输电线路故障定位方法，其特征在于，S1步骤中在线路上安装10台故障监测设备。
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