CN111308275A - 一种提高行波法故障测距精度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高行波法故障测距精度方法，通过双端行波法来精确定位电力系统长线路故障的一种方法。本方法通过在长线路两段各放置一台线路故障测量仪，利用行波方法提取故障时的相对时间，两台故障测量仪通过光纤对时，时间精确度要求1us，当故障出现时刻，两台故障测量仪通过提取故障行波的特征值确定发生故障时，故障点行波传送到本侧测量仪的时间，通过两台测量仪器的时间差值推算出故障点的距离。

Description

一种提高行波法故障测距精度方法
技术领域
本发明属于双端行波法线路故障定位领域，具体涉及一种提高行波法故障测距精度方法。
背景技术
准确的故障定位既能减轻巡线负担，又能加快线路的恢复供电，减少因停电造成的综合经济损失，因此输电线路精确故障测距非常重要。
对输电线路故障的准确定位能够减少故障巡检时间并可以帮助恢复工业与居民用电，而在诸多故障定位法中，行波测距法因其适应性强、受故障类型接地电阻影响小等优点成为国内外学者研究的热点。
输电线路故障定位技术主要以双端行波测距法为基础，而该测距法的故障定位精度主要受两方面的影响，其一为故障行波波头到达时间点的提取精度；第二则是行波波速的确定，而在现有提取行波波头技术中，主要使用Hilbert-Huang算法或小波变换方法，而这两种算法均是通过识别信号频率突变点从而提取故障行波波头达到时刻点，但是由于输电故障行波在线路上传输，其能量或频率会不可避免地发生衰减并影响两种算法的频率识别，最终导致时刻点的提取误差。而行波波速的不确定性会导致行波法的测距误差，现有技术是通过多次测量行波在线路上折反射到达终端的时间，利用该时间与已知线路长度联立方程，通过求解方程最终得到行波波速，但此类方法的缺陷在于，求解过程复杂，并且行波在线路上多次折反射后，由于衰减及外界干扰所测得其到达时间点存在较大误差，最终会影响行波波速的精准度。
发明内容
为解决多次测量行波求解方法的复杂、误差较大的技术问题，本发明提供一种提高行波法故障测距精度方法，波速求解简便、误差小，提高了故障测距的精度。
本发明提供如下技术方案：
一种提高行波法故障测距精度方法，包括以下步骤：
在长线路两段各放置一台线路故障测量仪；利用双端行波法提取故障时的相对时间，两台故障测量仪通过光纤对时，当故障出现时刻，两台故障测量仪通过提取故障行波的特征值确定发生故障时，故障点行波传送到本侧测量仪的时间，通过两台测量仪器的时间差值推算出故障点的距离。
进一步的，通过提取电力行波的特征值，确定线路是否发生故障以及故障类型，当提取到行波故障时，记录当前装置的时间，用于跟另外一台设备进行比对，所得时间差值用于计算实际的故障点，其中两台设备通过专用光纤进线对时，同时通过对对时的误差进行动态调整，确保对时精度能达到us级别。
进一步的，行波特征值的提取和计算，主要使用Hilbert-Huang算法或小波变换方法。
一种提高行波法故障测距精度方法，具体步骤包括：
S1、通过建立实际故障点d1、理论测出的故障点d0以及线路长度L的回归模型；
S2、发现以(d0-d1)/d1与d1/L呈现一种可以多项式拟合的非线性关系；
S3、将此非线性关系以方程概括，再将小波变换与固定波速值所求解的理论测距距离，将线路长度L代入方程，便可求解出将理论测距距离d0修正后的故障距离。
步骤S3中，故障测量装置得到故障行波产生并从故障点传送到装置的相对时间，相对时间是只以主故障测量设备发出的校时信号为起始，这样行波到达两个装置会产生一个时间差，若时间差为零，故障正好发生在两个测量装置之间的线路中点上，就是d0=(t1-t2)*V+0.5L。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本方法通过在长线路两段各放置一台线路故障测量仪，利用行波方法提取故障时的相对时间，两台故障测量仪通过光纤对时，时间精确度要求1us，当故障出现时刻，两台故障测量仪通过提取故障行波的特征值确定发生故障时，故障点行波传送到本侧测量仪的时间，通过两台测量仪器的时间差值推算出故障点的距离。本方法提高了故障测距的精度，避免了由于因线路故障点距离不同，行波受线路传输的衰减性差异所造成的误差，并且该测距法以固定波速值求解，摒弃了复杂的波速求解公式，测距过程更为简便。
附图说明
图1为本发明双端 D 型定位原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的一种提高行波法故障测距精度方法，在长线路两段各放置一台线路故障测量仪；利用双端行波法提取故障时的相对时间，两台故障测量仪通过光纤对时，当故障出现时刻，两台故障测量仪通过提取故障行波的特征值确定发生故障时，故障点行波传送到本侧测量仪的时间，通过两台测量仪器的时间差值推算出故障点的距离。
通过提取电力行波的特征值，确定线路是否发生故障以及故障类型，当提取到行波故障时，记录当前装置的时间，用于跟另外一台设备进行比对，所得时间差值用于计算实际的故障点，其中两台设备通过专用光纤进线对时，同时通过对对时的误差进行动态调整，确保对时精度能达到us级别。
行波特征值的提取和计算，主要使用Hilbert-Huang算法或小波变换方法，而这两种算法均是通过识别信号频率突变点从而提取故障行波波头达到时刻点，算法加入自学习功能，能够根据行波特征动态调整突变点的绝对值大小，从而提高对波头到达时间点的精度。
光纤对时系统，主设备通过光纤主动发出对时信号，设备接收到对时信号均通过FPGA实现以满足对时精度要求，设备采用秒脉冲的方式，1S对时一次，然后根据各自的高精度晶振，在us级各自计时。
计时精度通过长度以及各设备装置的物理误差进行动态调整，以达到对时的精度要求。
提取两台装置的行波特征值的时间差，通过深度学习，用时间差值和行波在长线路上行进波速进行故障点的推导，从而能适应和针对不同类型的故障和线路特征进行故障点推导算法微调功能。
具体包括以下步骤：
S1、通过建立实际故障点d1、理论测出的故障点d0以及线路长度L的回归模型；
S2、发现以(d0-d1)/d1与d1/L呈现一种可以多项式拟合的非线性关系，将此非线性关系以方程概括；
S3、再将小波变换与固定波速值所求解的理论测距距离，故障测量装置可以得到故障行波产生并从故障点传送到装置的相对时间，相对时间是只以主故障测量设备发出的校时信号为起始，这样行波到达两个装置会产生一个时间差，比如时间差为零，我们可以说故障正好发生在两个测量装置之间的线路中点上，就是d0=(t1-t2)*V+0.5L，将线路长度L代入方程，便可求解出将理论测距距离d0修正后的故障距离。
步骤S1中，长线路的某点发生故障，将产生故障行波向线路两端发射，而两段的故障测量仪分别提取的行波衰减量，可以结合传统的阻抗法，分别将衰减量传送到后台或者主故障测量仪上比对，如故障测量仪一得到的衰减值大，说明故障点距离故障测量仪一远，反之同理，衰减值越小离设备越近，然后根据实验和仿真模型得出衰减值跟距离的关系，估算出大致距离，当然这个过程是可以深度学习的，可以不断的把实际值故障值代入方程，用以不断的校准衰减值与距离关系的校准系数。
双端行波定位的原理是：当输电线路上有某一点发生故障时，通过初始行波浪涌到达输电线路两侧母线处所安装的测量装置的绝对时间差来计算故障点与两侧母线之间的距离。
在A和B母线端都有行波测量装置，当输电线路在 F 点发生故障时，初始行波浪涌以相同的传播速度v沿线路到达A和B端母线，记录行波到达的时间 TA和 TB 则有：
Figure 81387DEST_PATH_IMAGE001
（1）
式中：v为行波波速， L为A和B两端母线的长度，AFD 和 BFD 分别为A 端和B端母线至故障点的距离。通过求解上述方程组可以得到A端和B端母线到故障点的距离
分别为：
Figure 467369DEST_PATH_IMAGE002
（2）
双端行波定位，原理简单，只需要检测故障产生的初始行波波头到达的时刻，不需要利用经过衰减和畸变后的反射与折射行波，所以测距可靠性和精度都较高。
本发明的测距方法提高了故障测距的精度，避免了由于因线路故障点距离不同，行波受线路传输的衰减性差异所造成的误差，并且该测距法以固定波速值求解，摒弃了复杂的波速求解公式，测距过程更为简便。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种提高行波法故障测距精度方法，其特征在于，包括以下步骤：
在长线路两段各放置一台线路故障测量仪；利用双端行波法提取故障时的相对时间，两台故障测量仪通过光纤对时，当故障出现时刻，两台故障测量仪通过提取故障行波的特征值确定发生故障时，故障点行波传送到本侧测量仪的时间，通过两台测量仪器的时间差值推算出故障点的距离。
2.根据权利要求1所述的一种提高行波法故障测距精度方法，其特征在于：通过提取电力行波的特征值，确定线路是否发生故障以及故障类型，当提取到行波故障时，记录当前装置的时间，用于跟另外一台设备进行比对，所得时间差值用于计算实际的故障点，其中两台设备通过专用光纤进线对时，同时通过对对时的误差进行动态调整，确保对时精度能达到us级别。
3.根据权利要求1所述的一种提高行波法故障测距精度方法，其特征在于：行波特征值的提取和计算，主要使用Hilbert-Huang算法或小波变换方法。
4.根据权利要求1所述的一种提高行波法故障测距精度方法，其特征在于：具体步骤包括：
S1、通过建立实际故障点d1、理论测出的故障点d0以及线路长度L的回归模型；
S2、发现以(d0-d1)/d1与d1/L呈现一种可以多项式拟合的非线性关系；
S3、将此非线性关系以方程概括，再将小波变换与固定波速值所求解的理论测距距离，将线路长度L代入方程，便可求解出将理论测距距离d0修正后的故障距离。
5.根据权利要求4所述的一种提高行波法故障测距精度方法，其特征在于：步骤S3中，故障测量装置得到故障行波产生并从故障点传送到装置的相对时间，相对时间是只以主故障测量设备发出的校时信号为起始，这样行波到达两个装置会产生一个时间差，若时间差为零，故障正好发生在两个测量装置之间的线路中点上，就是d0=(t1-t2)*V+0.5L。
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