CN111381130A - 一种计及行波波速的t接线路故障定位方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种计及行波波速的T接线路故障定位方法及系统，其中方法包括对被检测输电线路进行监测，将监测得到的信号信息上传至数据采集卡，数据采集卡将采集到的所述信号信息进行A/D转换后，同步传送至主控计算机，主控计算机对采样信息进行存储；对信号信息进行相模变换处理；确定故障初始波到达测量点的时刻；构建故障支路判断矩阵找出故障支路；根据T接线路特点计算行波波速，将行波波速结合双端行波测距法原理计算故障点的位置。该方法两部分均不受行波波速的影响，消除了行波波速对故障定位的影响，同时，定位精度不受故障类型和过渡电阻的影响。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路故障诊断技术领域，尤其涉及一种计及行波波速的T 接线路故障定位方法及系统。
背景技术
随着电力系统的发展，T接线路已经越来越多地出现在电力系统中。T接线 路具有输电功率大、负荷重等特点，一旦线路发生故障，可能会造成大面积停 电事故，产生不良的社会影响。因此，针对T接线路，快速准确的故障定位显 得尤为重要。
T接线路的故障定位主要分为两部分：故障支路的判别和故障点的定位。故 障支路的判断是准确故障点定位的前提。只有准确判断出故障支路，才能准确 定位出故障点。T接线路的故障定位方法主要分为两大类：阻抗法和行波法。阻 抗法利用已知的系统参数与故障后的稳态工频量列写故障测距方程，通过求解 该方程得到故障点位置，但这种方法容易受线路不均匀换位、故障类型和故障 过渡电阻等因素的影响，定位误差较大。行波法根据线路故障时产生的电压、 电流行波信息进行测距，具有不受线路参数及过渡电阻等因素影响的优点。
行波法故障定位的精度受行波波速和行波波头到达测量点时间等因素的影 响。随着时钟修正技术和全球定位系统(GPS)同步技术的发展，时间的测量精 度已达到纳秒级。但行波波速却是一个不确定的量，通常将行波波速预先设定 为0.936c(10kV)～0.987(500kV)。显然，预先设定一个接近光速的值作为行波波 速进行定位计算，将会大大影响故障定位精度。
发明内容
本发明提供了一种计及行波波速的T接线路故障定位方法及系统，旨在推 导出一种与波速无关的故障点定位方法，消除行波波速对故障定位的影响，同 时，定位精度不受故障类型和过渡电阻的影响。
一方面，本发明提供了一种计及行波波速的T接线路故障定位方法，其包 括：
对被检测输电线路进行监测，将监测得到的信号信息上传至数据采集卡， 所述数据采集卡将采集到的所述信号信息进行A/D转换后，同步传送至主控计 算机，所述主控计算机对采集所述信号信息的采样信息进行存储；
对所述信号信息进行相模变换处理；
利用小波变换确定故障初始波到达测量点的时刻；
构建故障支路判断矩阵，通过所述故障支路判断矩阵找出故障支路；
根据T接线路特点计算行波波速，将所述行波波速结合双端行波测距法原 理计算故障点的位置。
另一方面，本发明提供了一种计及行波波速的T接线路故障定位系统，其 包括：
信号监测模块，用于对被检测输电线路进行监测，将监测得到的信号信息 上传至数据采集卡；
信号采集模块，用于控制所述数据采集卡将采集到的所述信号信息进行A/D 转换后，同步传送至主控计算机，所述主控计算机对采集所述信号信息的采样 信息进行存储；
信号预处理模块，用于对所述信号信息进行相模变换处理；
小波变换模块，用于利用小波变换确定故障初始波到达测量点的时刻；
故障支路确定模块，用于构建故障支路判断矩阵，通过所述故障支路判断 矩阵找出故障支路；
行波波速确定模块，用于根据T接线路特点计算行波波速；
故障点位置确定模块，用于将所述行波波速结合双端行波测距法原理计算 故障点的位置。
本发明实施例根据故障初始行波到达时刻建立一种新的故障支路判断矩 阵，利用该矩阵的元素特征实现故障支路的判断，同时该矩阵不包含行波波速 的任何信息，其次，在双端行波故障定位原理的基础上推导出一种与波速无关 的故障点定位方法，该方法两部分均不受行波波速的影响，消除了行波波速对 故障定位的影响，同时，定位精度不受故障类型和过渡电阻的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要 使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实 施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种计及行波波速的T接线路故障定位方法的流 程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种计及行波波速的T接线路故障定位方法的总 体框图；
图3是本发明实施例提供的一种计及行波波速的T接线路故障定位方法的T 接线路示意图；
图4是本发明实施例提供的一种计及行波波速的T接线路故障定位方法的T 接线路系统图；
图5是本发明实施例提供的一种计及行波波速的T接线路故障定位系统的示 意性框图；
图6是本发明实施例提供的一种计及行波波速的T接线路故障定位方法的测 量点M的α模分量波形及其小波分析结果示意图；
图7是本发明实施例提供的一种计及行波波速的T接线路故障定位方法的测 量点N的α模分量波形及其小波分析结果示意图；
图8是本发明实施例提供的一种计及行波波速的T接线路故障定位方法的 测量点P的α模分量波形及其小波分析结果示意图。
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。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包 含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除 一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添 加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施 例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使 用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个” 及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且 包括这些组合。
请参阅图1，是本发明实施例提供的一种计及行波波速的T接线路故障定位 方法的流程示意图，该计及行波波速的T接线路故障定位方法包括以下步骤 S101-S104。
步骤S101：对被检测输电线路进行监测，将监测得到的信号信息上传至数 据采集卡，所述数据采集卡将采集到的所述信号信息进行A/D转换后，同步传 送至主控计算机，所述主控计算机对采集所述信号信息的采样信息进行存储。
步骤S102：对所述信号信息进行相模变换处理。
步骤S103：利用小波变换确定故障初始波到达测量点的时刻。
步骤S104：构建故障支路判断矩阵，通过所述故障支路判断矩阵找出故障 支路。
步骤S105：根据T接线路特点计算行波波速，将所述行波波速结合双端行 波测距法原理计算故障点的位置。
参见图1-图4，计及行波波速的T接线路故障定位方法，包括以下步骤：
步骤1：信号实时监测及同步上传；
步骤2：信号采集及存储；
步骤3：信号预处理；
步骤4：利用小波变换确定故障初始行波到达测量点的时刻；
步骤5：构建不受波速影响的故障支路判断矩阵判断故障支路；
步骤6：根据T接线路特点计算行波波速；
步骤7：采用双端行波测距法定位故障点。
信号实时监测及同步上传，具体包括：通过电流互感器对被检测输电线路 的ABC三相电流进行实时监测，并将实时所检测的三相电流iA、iB、iC经过I/V 转换获得对应的三相电压信号uA、uB、uC，同时将三相电压信号uA、uB、uC同 步上传至数据采集卡。
信号采集及存储，具体包括：数据采集卡对三相电压信号uA、uB、uC进行 采集并相应进行A/D转换后，同步传送至主控计算机。主控计算机对三相电压 信号uA、uB、uC的采样点的数量、所有采样点和各采样点所对应的采样时刻进 行存储。
信号预处理，具体包括：相模变换。主控计算机根据公式
对 三相电压信号uA、uB、uC进行相模变换，并相应获得被检测线路的0模分量、α 模分量、β模分量。式中，
u0、uα、uβ分别为0模分量、α模 分量、β模分量；uA、uB、uC分别为A相、B相、C相相电压。输电线路之间存 在线间耦合，会影响故障定位精度。
采用信号预处理将相互耦合的相量转化为相互独立地模量，即0模、α模、 β模三个模量，消除了线路耦合对故障定位的影响。
所述的利用小波变换确定故障初始行波到达测量点的时刻，具体包括：当 被检测的输电线路发生故障时，数据采集卡传送到主控计算机的三相电压信号 uA、uB、uC为故障信号，故障信号经过信号预处理变为u0、uα、uβ。主控计算 机对α模电压分量uα进行小波变换，记录α模电压分量uα的故障初始行波模极大 值出现的时刻，记为t。
构建不受波速影响的故障支路判断矩阵判断故障支路，具体包括：
(1)：计算出故障点d距测量点的距离，计算公式为：
式中，Ld1、Ld2分别为故障点d到两个非故障支路测量点的距离；Ld3为故 障点d到故障支路测量点的距离；t1、t2分别为故障初始行波到两个非故障支路 测量点的时间；t3为故障初始行波到到故障支路测量点的时间；L1、L2分别为 两个非故障支路测量点到节点T的距离；L3为故障支路测量点到节点T的距离； X为故障点d到节点T的距离；t0为故障起始时间；v为行波波速。
将Ld1、Ld2、Ld3构成的矩阵，记为L*＝(Ld1,Ld2,Ld3)。将L1、L2、L3构成的 矩阵，记为L＝(L1,L2,L3)。
(2)：将计算出来的故障距离与该支路测量点到T节点间的线路长度之比 作为元素形成故障支路判断矩阵D。
该故障支路判断矩阵只需要利用故障初始行波到测量点的时刻t1、t2、t3， 不需要预先设定行波波速，从而消除了波速对故障支路判断的影响。
(3)：通过比较故障支路判断矩阵D的元素与1的大小来判断故障支路， 具体故障支路判断规则为：
若D11＜1、D12＞1、D13＞1，则故障支路为L1；
若D11＞1、D12＜1、D13＞1，则故障支路为L2；
若D11＞1、D12＞1、D13＜1，则故障支路为L3；
若D11＝1、D12＝1、D13＝1，则故障点为T结点。
根据T接线路特点计算行波波速，具体包括：
根据T接线路的特点，行波波速v的计算公式为：
式中，t1、t2分别为故障初始行波到两个非故障支路测量点的时间；L1、L2分别为两个非故障支路测量点到节点T的距离；X为故障点d到节点T的距离； v为行波波速。
所述的采用双端行波测距法定位故障点，具体包括：根据双端行波测距法原 理，故障位置到故障测量点的距离(分别以故障支路测量点为始端经过故障点 到两个非故障支路测量点的双端线路)为：
式中，Ld31、Ld32为故障位置到故障支路测量点的距离(分别以故障支路测 量点为始端经过故障点到两个非故障支路测量点的双端线路)；t1、t2分别为故 障初始行波到两个非故障支路测量点的时间；t3为故障初始行波到到故障支路测 量点的时间；L1、L2分别为两个非故障支路测量点到节点T的距离；L3为故障 支路测量点到节点T的距离；v为行波波速。
最终故障距离为：
式中，L为最终故障距离；Ld3n为故障位置到故障支路测量点的距离(分别以 故障支路测量点为始端经过故障点到两个非故障支路测量点的双端线路)。
该行波法故障定位只需要利用故障初始行波到测量点的时刻t1、t2、t3和线路 长度，不需要预先设定行波波速，从而避免了行波波速对故障定位的影响，使 故障定位更加准确。
参见图5，为本发明实施例提供的一种计及行波波速的T接线路故障定位系 统的示意性框图，该计及行波波速的T接线路故障定位系统包括信号监测模块 110、信号采集模块120、信号预处理模块130、小波变换模块140、故障支路确 定模块150、行波波速确定模块160以及故障点位置确定模块170，信号监测模 块110用于对被检测输电线路进行监测，将监测得到的信号信息上传至数据采 集卡；信号采集模块120用于控制所述数据采集卡将采集到的所述信号信息进 行A/D转换后，同步传送至主控计算机，主控计算机对采集所述信号信息的采 样信息进行存储；信号预处理模块130用于对所述信号信息进行相模变换处理； 小波变换模块140用于利用小波变换确定故障初始波到达测量点的时刻；故障 支路确定模块150用于构建故障支路判断矩阵，通过所述故障支路判断矩阵找 出故障支路；行波波速确定模块160用于根据T接线路特点计算行波波速；故 障点位置确定模块170用于将所述行波波速结合双端行波测距法原理计算故障 点的位置。
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解， 下面结合具体实施例进一步阐述本发明。
如图4所示，该系统为220kV的T接线路。T接线路的线路长度LMT、LNT、 LPT分别为80km、60km、100km。采样频率设置为1MHZ，过渡电阻设置为100Ω。 测量点分别设在线路母线上(测量点包括M、N、P)，线路模型采用分布参数模 型，且线路结构均匀换位，表1、表2分别为线路参数。
表1输电线路参数
| 参数类型 | r/(Ω/km) | x/(Ω/km) | g/(S/km) | b/(S/km) |
| 正序参数 | 0.03468 | 0.4234 | 1×10<sup>-7</sup> | 2.726×10<sup>-6</sup> |
| 零序参数 | 0.3 | 1.1426 | 1×10<sup>-7</sup> | 1.936×10<sup>-6</sup> |
表2系统阻抗
| 电源 | Z<sub>1</sub>/Ω | Z<sub>0</sub>/Ω |
| E<sub>M</sub> | 1.052+j23.175 | 0.600+j19.120 |
| E<sub>N</sub> | 1.051+j20.500 | 0.530+j20.107 |
| E<sub>P</sub> | 1.046+j18.765 | 0.390+j14.681 |
在实际中，单相接地故障发生率最高，本发明以A相接地短路加以说明。 0.02s时刻发生单相接地故障，电流互感器将检测到的三相故障电流信号iA、iB、 iC经过I/V转换获得对应的三相故障电压信号uA、uB、uC，同时将三相故障电 压信号uA、uB、uC同步上传至数据采集卡。
数据采集卡对三相故障电压信号uA、uB、uC进行采集并相应进行A/D转换 后，同步传送至主控计算机。主控计算机对三相故障电压信号uA、uB、uC的采 样点的数量、所有采样点和各采样点所对应的采样时刻进行存储。
主控计算机根据公式
对三相故障电压信号uA、uB、uC进行解 耦，式中，
并相应获得α模电压分量uα。
主控计算机对uα进行小波变换，取故障后1/8周波进行5层分解，在尺度1 下，求取小波模极大值点，利用首个故障初始行波模极大值点确定故障初始行 波的到达时刻。距测量点M端67km处发生A相接地故障时，在测量点M、N、P 端测得的α模分量及其小波变换结果如图6至图8所示。
从图6至图8上，可以清楚地看到小波变换模极大值检测到的故障初始行 波到达三个测量点的时间分别为：tM＝0.020231s、tN＝0.020251s、tP＝0.020387s，
根据公式
计算得L*＝(67.06,72.94,112.94)、 L＝(80,60,100)，
则
由故障支路判定矩阵可知，D11＜1、D12＞1、D13＞1，根据故障支路判定规则，故障支路发生在MT段。
然后根据公式
计算出LMd＝67.0588km，定位误差为0.0588km。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到 各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种计及行波波速的T接线路故障定位方法，其特征在于，包括：
对被检测输电线路进行监测，将监测得到的信号信息上传至数据采集卡，所述数据采集卡将采集到的所述信号信息进行A/D转换后，同步传送至主控计算机，所述主控计算机对采集所述信号信息的采样信息进行存储；
对所述信号信息进行相模变换处理；
利用小波变换确定故障初始波到达测量点的时刻；
构建故障支路判断矩阵，通过所述故障支路判断矩阵找出故障支路；
根据T接线路特点计算行波波速，将所述行波波速结合双端行波测距法原理计算故障点的位置。
2.根据权利要求1所述的计及行波波速的T接线路故障定位方法，其特征在于，所述对被检测输电线路进行监测，将监测得到的信号信息上传至数据采集卡包括：
通过电流互感器对被检测输电线路的三相电流进行实时监测，并将监测得到的电流信号经过I/V转换为相对应的三相电压信号，将所述三相电压信号上传至所述数据采集卡。
3.根据权利要求2所述的计及行波波速的T接线路故障定位方法，其特征在于，所述采样信息包括采样点的数量、每个所述采样点的位置信息以及所述采样点所对应的采样时刻。
4.根据权利要求2所述的计及行波波速的T接线路故障定位方法，其特征在于，所述对所述信号信息进行相模变换处理包括：
根据预设转换公式将所述电压信号转换成对应的模分量信息；
所述预设转换公式为：
其中，
u0、uα、uβ分别为0模分量、α模分量、β模分量；uA、uB、uC分别为所述三相电压信号对应的A相、B相、C相相电压。
5.根据权利要求4所述的计及行波波速的T接线路故障定位方法，其特征在于，所述利用小波变换确定故障初始波到达测量点的时刻包括：
主控计算机对α模电压分量进行小波变换，记录α模电压分量的故障初始行波模极大值出现的时刻作为故障初始波到达测量点的时刻。
6.根据权利要求5所述的计及行波波速的T接线路故障定位方法，其特征在于，所述构建故障支路判断矩阵，通过所述故障支路判断矩阵找出故障支路包括：
通过第一计算公式计算故障点距测量点的距离；
所述第一计算公式为：
其中，Ld1、Ld2分别为故障点d到两个非故障支路测量点的距离；Ld3为故障点d到故障支路测量点的距离，t1、t2分别为故障初始行波到两个非故障支路测量点的时间，t3为故障初始行波到到故障支路测量点的时间，L1、L2分别为两个非故障支路测量点到节点T的距离，L3为故障支路测量点到节点T的距离，X为故障点d到节点T的距离，t0为故障起始时间，v为行波波速；
将Ld1、Ld2和Ld3构成第一矩阵，L1、L2和L3构成第二矩阵，所述第一矩阵L*＝(Ld1,Ld2,Ld3)所述第二矩阵为L＝(L1,L2,L3)；
将计算出来的故障距离与该支路测量点到T节点间的线路长度之比作为元素形成故障支路判断矩阵；
所述故障支路判断矩阵为：
具体故障支路判断规则为：
若D11<1、D12>1、D13>1，则故障支路为L1；
若D11>1、D12<1、D13>1，则故障支路为L2；
若D11>1、D12>1、D13<1，则故障支路为L3；
若D11＝1、D12＝1、D13＝1，则故障点为T结点。
7.根据权利要求6所述的计及行波波速的T接线路故障定位方法，其特征在于，所述根据T接线路特点计算行波波速包括根据预设波速计算公式计算所述行波波速；
所述预设波速计算公式为：
式中，t1、t2分别为故障初始行波到两个非故障支路测量点的时间，L1、L2分别为两个非故障支路测量点到节点T的距离，X为故障点d到节点T的距离，v为行波波速。
8.根据权利要求7所述的计及行波波速的T接线路故障定位方法，其特征在于，将所述行波波速结合双端行波测距法原理计算故障点的位置包括：
根据预设距离计算公式计算故障位置到故障测量点的距离；
所述预设距离计算公式为：
其中，Ld31、Ld32为故障位置到故障支路测量点的距离，t1、t2分别为故障初始行波到两个非故障支路测量点的时间，t3为故障初始行波到到故障支路测量点的时间，L1、L2分别为两个非故障支路测量点到节点T的距离，L3为故障支路测量点到节点T的距离，v为行波波速；
最终故障距离的计算表达式为：
其中，Ld3n为故障位置到故障支路测量点的距离，其分别以故障支路测量点为始端经过故障点到两个非故障支路测量点的双端线路。
9.一种计及行波波速的T接线路故障定位系统，其特征在于，包括：
信号监测模块，用于对被检测输电线路进行监测，将监测得到的信号信息上传至数据采集卡；
信号采集模块，用于控制所述数据采集卡将采集到的所述信号信息进行A/D转换后，同步传送至主控计算机，所述主控计算机对采集所述信号信息的采样信息进行存储；
信号预处理模块，用于对所述信号信息进行相模变换处理；
小波变换模块，用于利用小波变换确定故障初始波到达测量点的时刻；
故障支路确定模块，用于构建故障支路判断矩阵，通过所述故障支路判断矩阵找出故障支路；
行波波速确定模块，用于根据T接线路特点计算行波波速；
故障点位置确定模块，用于将所述行波波速结合双端行波测距法原理计算故障点的位置。
10.根据权利要求9所述的计及行波波速的T接线路故障定位系统，其特征在于，所述信号监测模块，用于对被检测输电线路进行监测，将监测得到的信号信息上传至数据采集卡包括通过电流互感器对被检测输电线路的三相电流进行实时监测，并将监测得到的电流信号经过I/V转换为相对应的三相电压信号，将所述三相电压信号上传至所述数据采集卡，所述采样信息包括采样点的数量、每个所述采样点的位置信息以及所述采样点所对应的采样时刻。
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|---|---|---|---|---|
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2020
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