CN111044843B - 一种基于多源数据的输电线路故障定位方法 - Google Patents

Abstract

一种基于多源数据的输电线路故障定位方法，包括多源数据获取；利用行波数据进行电网故障的位置精准定位；利用保信数据对两侧采样同步要求较小的双端测距从而进行故障位置的精准定位；利用能量管理系统数据进行故障设备的定位。多源数据获取包括能量管理系统、保信、WMAS、行波、故障录波子站数据获取。

Description

一种基于多源数据的输电线路故障定位方法

技术领域

本发明涉及主站综合利用各类信息对电力系统故障综合处理领域，具体涉及一种基于多源数据的输电线路故障定位方法。

背景技术

故障发生后，海量的告警信息涌入调度中心主站，保护动作、开关动作、潮流越限、母线失压、装置闭锁、系统异常、自动装置动作等。其中保护动作信息、故障波形、定值设置都是重要的故障分析数据源。电网事故发生后电网设备的信息变化顺序为：电气量变化、保护启动、保护出口、开关动作。这些数据有的来自能量管理系统系统，有的来自广域监测系统系统，有的来自保信系统，有的来自录波系统，如果综合利用这些数据进行故障定位是一大难题。

电力系统发生故障时，无论是单一故障还是多重故障，或者有开关、保护的拒动，最终故障元件都将被隔离到一个个小的无源孤立连通网络中，这些无源孤立连通网络称为故障停电区。多重故障也会被简化为一个或几个小区域内的单一故障。因此，故障诊断可以仅仅针对这些孤立的故障停电区进行，从而大大缩小了故障诊断的范围。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于多源数据的输电线路故障定位方法，具体技术方案如下：

一种基于多源数据的输电线路故障定位方法，包括如下步骤：

步骤S1，电网故障后，获取电网的多源数据信息，所述的多源数据信息包括：根据不同数据类型的采集特性、不同业务系统数据的来源、不同输电线路故障定位获取能量管理系统、继电保护及故障信息管理系统、广域监测系统、行波测距主站系统、故障录波主站信息管理系统的故障数据；

步骤S2，根据步骤S1获取的故障数据，通过网络拓扑获取电网一次设备所属区域；

步骤S3，根据步骤S2获取的电网一次设备所属区域，对电网局域拓扑分析，将输电线路故障相关的区域划分为带电区域和停电区域；

步骤S4，根据步骤S3划分为带电区域和停电区域确定具体故障元件；

步骤S5，根据步骤S4确定的具体故障元件进行故障的测距定位。

进一步地，所述步骤S1获取的故障数据包括能量管理系统中的电网模型、事件、断面、继电保护及故障信息管理系统中的保护事件、保护定值、保护波形；广域监测系统中的电流、电压；行波测距主站系统中的测距结果；故障录波主站信息管理系统中的录波波形。

进一步地，所述步骤S3中划分带电区域和停电区域的依据为：

电路正常运行部分为带电区域；

而停电区域又分为三类：

第一类是正常停电区域，故障发生前其中的元件因检修的原因而停运未带电的区域；

第二类是误停电区域，开关保护误动导致停电的区域；

第三类是故障停电区域，其中确有元件故障导致保护动作从而将相关元件切除的区域。

进一步地，所述步骤S4确定具体故障元件的具体步骤如下：

步骤S41，基于网络拓扑和开关跳闸信息进行故障诊断确定故障元件；

步骤S42，基于保护和开关动作逻辑的故障诊断确定故障元件；

步骤S43，基于故障录波信息的故障诊断确定故障元件；

步骤S44，根据步骤S41、步骤S42、步骤S43的故障诊断，如果故障元件明确，则结束故障诊断；否则需要针对可疑故障元件集进行筛选，进一步判断可能的故障元件。

进一步地，所述步骤S5具体故障元件进行故障的测距定位时：

对于两站装有GPS系统的线路，获得线路双端波形数据，采用双端测距算法进行双端测距，根据线路传播函数精确的找到故障点，不受系统阻抗，负荷电流，故障时刻，故障类型的影响；对于两站没有装设GPS系统的线路，线路两侧数据没有同步，根据故障启动元件来对两端系统进行一次同步，对故障位置进行精确定位。

本发明的有益效果为：

本发明在电网发生故障后，通过采集能量管理系统、继电保护及故障信息管理系统、广域监测系统、行波测距主站系统的多源数据信息，并对多源数据信息进行拓扑分析，得出确定位故障设备，故障录波主站信息管理系统的多源数据进行相互校核和比较，并得出全面、准确、精度高的波形数据，最终准确的判断故障设备和精准定位故障位置。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：

一种基于多源数据的输电线路故障定位方法，包括如下步骤：

步骤S1，电网故障后，获取电网的多源数据信息，多源数据信息包括：根据不同数据类型的采集特性、不同业务系统数据的来源、不同输电线路故障定位获取能量管理系统、继电保护及故障信息管理系统、广域监测系统、行波测距主站系统、故障录波主站信息管理系统的故障数据，故障数据包括电网模型、事件、断面、继电保护及故障信息管理系统中的保护事件、保护定值、保护波形；广域监测系统中的电流、电压；行波测距主站系统中的测距结果；故障录波主站信息管理系统中的录波波形。

步骤S2，根据步骤S1获取能量管理系统中的电网模型、事件、断面、继电保护及故障信息管理系统中的保护事件、保护定值、保护波形，广域监测系统中的电流、电压，行波测距主站系统中的测距结果，故障录波主站信息管理系统中的录波波形，通过网络拓扑获取电网一次设备所属区域。

步骤S3，根据步骤S2获取的电网一次设备所属区域，对电网局域拓扑分析，将输电线路故障相关的区域划分为带电区域和停电区域，划分带电区域和停电区域的依据为：

电路正常运行部分为带电区域。

而停电区域又分为三类：

第一类是正常停电区域，故障发生前其中的元件因检修的原因而停运未带电的区域；

第二类是误停电区域，开关保护误动导致停电的区域；

第三类是故障停电区域，其中确有元件故障导致保护动作从而将相关元件切除的区域。

步骤S4，根据步骤S3划分为带电区域和停电区域确定具体故障元件，具体步骤如下；

步骤S41，基于网络拓扑和开关跳闸信息进行故障诊断确定故障元件，

根据保护、重合闸、备自投的动作原理，事故后动作的开关会有一次至三次的变位；为正确判定每次变位信息的正确含义或判定信息的误报、漏报，利用开关状态信息、保护自动装置信息以及遥测值等对开关变位信息进行预处理，以获得正确的变位开关信息，开关所在间隔在子站端做保护试验，理论上主站要挂牌，但实际上主站有可能未挂检修、调试牌。所以，根据拓扑及开关变位获取正确的变位开关信息。

步骤S42，基于保护和开关动作逻辑的故障诊断确定故障元件时，根据动作保护的属性和其保护范围来确定可能的故障设备；通过电网故障时开关跳闸与保护和自动装置之间的动作配合关系，诊断出电网故障的故障设备、故障性质、故障位置等故障相关信息。基于保护和开关动作逻辑的故障诊断既能考虑简单故障的情况，也能考虑复杂故障的情况，同时还考虑开关和保护的拒动、误动的可能性。当故障区域内发生多重故障或有开关、保护拒动时，保护将越级动作使切除面积扩大，但是故障元件必定在这个或这几个区域内，那么可利用保护动作信息，使诊断的故障范围进一步缩小。在电网发生复杂故障或者信息不完全情况下，基于保护和开关动作逻辑的故障诊断如果不能准确诊断出故障设备，则尽可能提供发生故障可信度较高的故障设备。

根据保护属性，将保护单元划分为主保护和后备保护，主保护的保护范围是唯一的，只要主保护动作，所保护的设备一定是故障设备，这里称它为确定性保护；后备保护的保护范围往往是不唯一的，若后备保护动作，可能的故障设备有几个，因此，这里称它为不确定性保护。

当在不同地点发生多重故障或开关、保护拒动等造成复杂故障时，使多个对应不同保护范围的保护动作时，根据动作保护的保护范围来确定故障设备，具体描述如下：

1)当确定性保护动作时，其保护范围内的唯一元件一定为故障元件，应将此元件确定为故障元件。例如线路的差动保护动作，应将该线路确定为故障元件。

2)当两个确定性保护对应的故障元件有相同的部分，由于确定性保护只对应唯一的故障元件，因此它们所对应的故障元件肯定是同一个。例如同一线路的接地距离保护和相间距离保护动作，它们保护范围都对应本线路，因此确定此线路故障。

3)当两个及其以上地点同时发生故障，故障点处的确定性保护动作，由于确定性保护只对应唯一的故障元件，因此不同故障地点的确定性保护对应的保护范围不相交，但都是故障元件。

4)当确定性保护对应的保护范围与不确定性保护对应的保护范围相交时，取确定性保护对应的保护范围内的元件为故障元件。

5)当确定性保护对应的保护范围与不确定性保护对应的保护范围不相交时，既要取确定性保护对应的保护范围内的元件为故障元件，又要保留不确定性保护对应的保护范围内的元件为可疑故障元件。

6)当不确定性保护对应的保护范围相交时，取其交集内的元件作为可疑故障元件。

7)当不确定性保护对应的保护范围不相交时，保留各自所对应的保护范围内元件的作为可疑故障元件。

经过上述判断，如果故障元件明确，则结束故障诊断，否则需要针对可疑故障元件集进行筛选，进一步判断可能的故障元件。

可疑故障元件采用元件故障可信度来判断，即系统发生障时，某元件故障的概率。在可疑故障元件集中，每一个元件都属于一个或几个不确定性保护的保护范围。取该元件属于所动作的不确定性保护的范围数目，作为元件的故障可信度。将可能故障元件按照故障可信度从大到小的顺序进行排列，使诊断结果一目了然，便于运行人员能够根据诊断结果判断实际发生故障的元件。

步骤S43，在步骤S41～S42进行故障诊断后，如果仍不能确定故障元件或者可疑故障元件较多，则利用基于故障录波信息的故障诊断确定故障元件；对可疑故障元件，快速进行相关保护录波波形的定位召唤，将故障诊断相关的波形数据从继电保护及故障信息系统召唤入本系统，对召唤上来的COMTRADE数据进行分析，诊断可疑故障元件是否发生故障。如对于线路，母线或是变压器，如果存在差流则必然存在故障；如果存在故障，可以根据线路模型，对线路故障给出故障位置、故障类型、故障点的故障电流和过渡电阻、保护安装处的测量阻抗等信息。

步骤S44，根据步骤S41、步骤S42、步骤S43的故障诊断，如果故障元件明确，则结束故障诊断；否则需要针对可疑故障元件集进行筛选，进一步判断可能的故障元件。

定义设备粗略故障率如下：

其中，F_i为设备i的设备粗略故障率；M为与设备i所连的跳闸开关数；N为设备i所联的开关总数。

当与设备i所连的开关全部跳闸时，F_i＝1.0，这时故障设备就是设备i，判断为简单故障；

当F_i<1.0，则遇到了复杂故障，这时比较跳闸开关两端设备的粗略故障率，可以获得故障搜索的启发信息。

设备跳闸开关两侧设备分别为a和b，其粗略故障率分别为F_a和F_b。当F_a>F_b时，说明设备a侧更可能为故障侧，搜索沿着粗略故障率大的方向展开；当F_a＝F_b时,则可以从任意方向搜索。

本发明的步骤S5根据具体故障元件进行故障的测距定位时，

对于两站装有GPS系统的线路，获得线路双端波形数据，采用双端测距算法进行双端测距，根据线路传播函数精确的找到故障点，不受系统阻抗，负荷电流，故障时刻，故障类型的影响；

线路传播函数利用本端和对端的电流、电压进行故障测距计算，由图l可写出下列2个电压方程：

U_m＝I_mZD_mF+I_FR_F (1)；

U_n＝I_nZ(D_L-D_mF)+I_FR_F (2)；

方程式中：Z线路单位长度阻抗：D_mF为m端到故障点F的距离；U_m为m端电压，Ix为m端电流；U_n为n端电压，I_n为n端电流；R_F为故障点的过渡电阻；I_F为故障点的短路电流；D_L为线路mn的长度。

联立式(1)和(2),消去R_F可求得

对于两站没有装设GPS系统的线路，线路两侧数据没有同步，根据故障启动元件来对两端系统进行一次同步，由于故障录波器在故障时刻的采样点数不一致，且两侧的故障特征不一致，然后在采用不受同步算法影响的双端故障测距算法，对故障位置进行精确定位。

在精确计算故障距离的同时，给出故障点的故障电流，故障点的过渡电阻，故障类型等信息。

对于录波文件，能够实现以下高级应用功能：

矢量分析：采样点绘曲线图、向量图、阻抗轨迹、序分量计算、序分量功率及方向计算，

谐波分析：分析基波、各高次谐波、电流、电压、有功功率、无功功率、各次谐波的瞬时值、有效值、峰值。

阻抗分析：计算阻抗，并绘制阻抗矢量图分析，

对称分量分析：需得到正、负、另序分量的数值和相位，并逐点显示故障前后各分量电压、电流的变化量。

单端测距：利用单端测量的电压电流计算出的电压沿线路分布函数对距离的导数在故障点呈现最小值这一原理。

双端测距：需自动调整两侧故障录波的采样频率。

波形分析：能够对从子站接收到的COMTRADE格式录波文件进行波形分析，能以多种颜色显示各个通道的波形、名称、有效值、瞬时值、开关量状态，能对单个或全部通道的波形进行放大缩小操作，能对波形进行标注，能局部或全部打印波形，能自定义显示的通道个数，能显示双游标，能正确显示变频分段录波文件，能进行向量和谐波分析。

继电器特性分析：能够利用主站系统数据库内的特征值绘制出继电器特性图形，并利用从子站接收到的COMTRADE格式录波文件在继电器特性图形上绘制出故障的阻抗变化轨迹，变化速度可调节，对进入动作区域的阻抗点，能以醒目的颜色标示。能够自定义继电器特性图形模板，能够对已有的模板进行增加和删除操作。

本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于多源数据的输电线路故障定位方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S1，电网故障后，获取电网的多源数据信息，所述的多源数据信息包括：根据不同数据类型的采集特性、不同业务系统数据的来源、不同输电线路故障定位获取能量管理系统、继电保护及故障信息管理系统、广域监测系统、行波测距主站系统、故障录波主站信息管理系统的故障数据；

步骤S2，根据步骤S1获取的故障数据，通过网络拓扑获取电网一次设备所属区域；

步骤S3，根据步骤S2获取的电网一次设备所属区域，对电网局域拓扑分析，将输电线路故障相关的区域划分为带电区域和停电区域；

步骤S4，根据步骤S3划分为带电区域和停电区域确定具体故障元件；

步骤S5，根据步骤S4确定的具体故障元件进行故障的测距定位；

所述步骤S4确定具体故障元件的具体步骤如下：

步骤S41，基于网络拓扑和开关跳闸信息进行故障诊断确定故障元件；

步骤S42，基于保护和开关动作逻辑的故障诊断确定故障元件；

步骤S43，在步骤S41~S42进行故障诊断后，如果仍不能确定故障元件或者可疑故障元件较多，则利用基于故障录波信息的故障诊断确定故障元件；

步骤S44，根据步骤S41、步骤S42、步骤S43的故障诊断，如果故障元件明确，则结束故障诊断；否则需要针对可疑故障元件集进行筛选，进一步判断可能的故障元件。

2.根据权利要求1所述的一种基于多源数据的输电线路故障定位方法，其特征在于：所述步骤S1获取的故障数据包括能量管理系统中的电网模型、事件和断面；继电保护及故障信息管理系统中的保护事件、保护定值和保护波形；广域监测系统中的电流和电压；行波测距主站系统中的测距结果；故障录波主站信息管理系统中的录波波形。

3.根据权利要求1所述的一种基于多源数据的输电线路故障定位方法，其特征在于：所述步骤S3中划分带电区域和停电区域的依据为：

电路正常运行部分为带电区域；

而停电区域又分为三类：

第一类是正常停电区域，故障发生前其中的元件因检修的原因而停运未带电的区域；

第二类是误停电区域，开关保护误动导致停电的区域；

第三类是故障停电区域，其中确有元件故障导致保护动作从而将相关元件切除的区域。

4.根据权利要求1所述的一种基于多源数据的输电线路故障定位方法，其特征在于：所述步骤S5具体故障元件进行故障的测距定位时：

对于两站装有GPS系统的线路，获得线路双端波形数据，采用双端测距算法进行双端测距，根据线路传播函数精确的找到故障点，不受系统阻抗，负荷电流，故障时刻，故障类型的影响；

对于两站没有装设GPS系统的线路，线路两侧数据没有同步，根据故障启动元件来对两端系统进行一次同步，对故障位置进行精确定位。