CN113138320B - 一种适用于环网的双端行波测距方法 - Google Patents

一种适用于环网的双端行波测距方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于环网的双端行波测距方法，包括：获取线路两侧的行波电流数据和工频电压数据；利用行波电流数据计算行波电流首波头时刻和首波头变化量，基于双端行波测距原理初步计算故障位置；线路两侧分别根据故障位置初步计算结果向前回溯故障时刻的工频电压采样值；结合线路两侧故障时刻的工频电压采样值以及故障位置初步计算结果，估算故障位置故障时刻的工频电压采样值；利用行波电流首波头变化量及故障位置故障时刻的工频电压采样值计算综合波阻抗，根据综合波阻抗的符号判别实际故障位置。本申请方案的有益效果是能够解决环网中发生区外故障时双端行波测距结果不正确的问题。

Description

一种适用于环网的双端行波测距方法
技术领域
本发明涉及输电线路故障定位技术领域，具体涉及一种适用于环网的双端行波测距方法。
背景技术
输电线路发生故障时，故障点会产生沿两侧输电线路传输的行波信号。输电线路双端行波测距是利用线路两端的初始行波波头时刻，借助光纤通道和卫星精确授时进行测距的故障定位技术，双端行波测距具有不需要识别故障点反射波、测距精度高的优点。但双端行波测距用于环网时，由于行波传播路径存在环路，当线路发生故障时，非故障线路两侧检测到的初始行波为故障点行波沿环网的两个不同方向分别独立传播到达，两侧初始行波波头时刻差由外环路决定，不能反映实际故障位置。可能发生区外故障双端行波测距结果显示为区内的错误情况。
由于环网中发生区内、区外故障时，线路两侧的电流初始行波波头极性可能均相同，无法通过电流行波的极性来区分，需要利用电压进行辅助判别。但受到电容式电压互感器传变特性的影响，电压行波高频分量无法真实传变到行波测距装置，利用电压行波来辅助判别故障位置存在困难；而工频电压的传变不受电容式电压互感器的影响，将工频电压与行波电流进行结合，可以为环网中的双端行波测距提供解决方案。
发明内容
本申请的目的，在于提供一种适用于环网的双端行波测距方法，通过工频电压与行波电流的结合，实现区内、区外故障位置的识别，从而解决环网中区外故障线路双端行波测距可能错误判为区内的问题。
为了达成上述目的，本申请的解决方案是：
一种适用于环网的双端行波测距方法，包括如下步骤：
获取线路两侧的行波电流数据和工频电压数据；
利用行波电流数据计算行波电流首波头时刻和首波头变化量，基于双端行波测距原理初步计算故障位置；
线路两侧分别根据故障位置初步计算结果向前回溯故障时刻的工频电压采样值；
结合线路两侧故障时刻的工频电压采样值以及故障位置初步计算结果，估算故障位置故障时刻的工频电压采样值；
利用行波电流首波头变化量及故障位置故障时刻的工频电压采样值计算综合波阻抗，根据综合波阻抗的符号判别实际故障位置。
进一步：所述行波电流数据的获取经过前置硬件高通滤波，所述工频电压数据的获取经过前置硬件低通滤波。
进一步：利用行波电流数据计算首波头变化量的公式如下：
Figure BDA0003013502160000021
其中：
Figure BDA0003013502160000022
为首波头变化量；
Figure BDA0003013502160000023
为行波电流首波头的最大采样值；
Figure BDA0003013502160000024
为行波电流首波头的最小采样值；
Figure BDA0003013502160000025
为故障相，
Figure BDA0003013502160000026
进一步：线路两侧向前回溯故障时刻的工频电压采样值的计算公式如下：
Figure BDA0003013502160000027
Figure BDA0003013502160000028
其中：
Figure BDA0003013502160000029
为线路m侧故障时刻的工频电压采样值；
Figure BDA00030135021600000210
为线路n侧故障时刻的工频电压采样值；
Figure BDA00030135021600000211
为线路m侧tm1时刻向前推lfm/v时间的工频电压采样值；
Figure BDA00030135021600000212
为线路n侧tn1时刻向前推lfn/v时间的工频电压采样值；tm1为线路m侧首波头时刻；tn1为线路n侧首波头时刻；lfm为线路m侧故障位置初步计算结果；lfn为线路n侧故障位置初步计算结果；v为波速。
进一步：故障位置故障时刻的工频电压采样值的估算采用线性插值法，公式如下：
Figure BDA00030135021600000213
其中：L为线路长度lfm为线路m侧故障位置初步计算结果；lfn为线路n侧故障位置初步计算结果；
Figure BDA00030135021600000214
为线路m侧故障时刻的工频电压采样值；
Figure BDA00030135021600000215
为线路n侧故障时刻的工频电压采样值；
Figure BDA00030135021600000216
为故障位置故障时刻的工频电压采样值。
进一步：综合波阻抗的计算公式如下：
Figure BDA00030135021600000217
其中：zc为综合波阻抗；
Figure BDA00030135021600000218
为故障位置故障时刻的工频电压采样值；
Figure BDA00030135021600000219
为首波头变化量。
进一步：根据综合波阻抗的符号判别实际故障位置的方法为：如果综合波阻抗小于0，则将故障位置初步计算结果作为实际故障位置；如果综合波阻抗大于或等于0，则认为故障发生在区外，故障位置初步计算结果无效，将实际故障位置置零。
采用本发明的技术方案，通过工频电压与行波电流的结合，实现区内、区外故障位置的识别，从而解决环网中区外故障线路双端行波测距可能错误判为区内的问题。
附图说明
图1是本申请一种适用于环网的双端行波测距方法的流程图；
图2是本申请一种适用于环网的双端行波测距方法的实施例；
图3是本申请一种适用于环网的双端行波测距方法的应用场景。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本申请技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本申请并能予以实施，但所举实施例不作为对本申请的限定。
如图1所示，一种适用于环网的双端行波测距方法，包括如下步骤：
S11：获取线路两侧的行波电流数据和工频电压数据；
S12：利用行波电流数据计算行波电流首波头时刻和变化量，基于双端行波测距原理初步计算故障位置；
S13：线路两侧分别根据故障位置初步计算结果向前回溯故障时刻的工频电压采样值；
S14：结合线路两侧故障时刻的工频电压采样值以及故障位置初步计算结果，估算故障位置故障时刻的工频电压采样值；
S15：利用行波电流首波头变化量及故障位置故障时刻的工频电压采样值计算综合波阻抗，根据综合波阻抗的符号判别实际故障位置。
所述行波电流数据获取经过前置硬件高通滤波，所述工频电压数据获取经过前置硬件低通滤波。
所述利用行波电流数据计算首波头变化量的公式如下：
Figure BDA0003013502160000031
其中：
Figure BDA0003013502160000032
为首波头变化量；
Figure BDA0003013502160000033
为行波电流首波头的最大采样值；
Figure BDA0003013502160000034
为行波电流首波头的最小采样值；
Figure BDA0003013502160000035
为故障相，
Figure BDA0003013502160000036
所述线路两侧向前回溯故障时刻的工频电压采样值的计算公式如下：
Figure BDA0003013502160000037
Figure BDA0003013502160000041
其中：tf为故障时刻；tm1为线路m侧首波头时刻；tn1为线路n侧首波头时刻；lfm为线路m侧故障位置初步计算结果；lfn为线路n侧故障位置初步计算结果；v为波速；
Figure BDA0003013502160000042
为线路m侧故障时刻的工频电压采样值；
Figure BDA0003013502160000043
为线路n侧故障时刻的工频电压采样值；
Figure BDA0003013502160000044
为线路m侧tm1时刻向前推lfm/v时间的工频电压采样值；
Figure BDA0003013502160000045
为线路n侧tn1时刻向前推lfn/v时间的工频电压采样值；
Figure BDA0003013502160000046
为故障相，
Figure BDA0003013502160000047
所述估算故障位置的工频电压采样值采用线性插值法，在输电线路参数均匀的情况下，工频电压也将沿输电线路均匀分布，利用线路两端的工频电压和故障位置，采用线性插值法可以比较准确地计算出故障位置故障时刻的工频电压，如图2所示。线性插值法计算故障位置故障时刻的工频电压的公式如下：
Figure BDA0003013502160000048
其中：L为线路长度；lfm为线路m侧故障位置初步计算结果；lfn为线路n侧故障位置初步计算结果；
Figure BDA0003013502160000049
为线路m侧故障时刻的工频电压采样值；
Figure BDA00030135021600000410
为线路n侧故障时刻的工频电压采样值；
Figure BDA00030135021600000411
为故障位置故障时刻的工频电压采样值；
Figure BDA00030135021600000412
为故障相，
Figure BDA00030135021600000413
所述综合波阻抗的计算公式如下：
Figure BDA00030135021600000414
其中：zc为综合波阻抗；
Figure BDA00030135021600000415
为故障位置故障时刻的工频电压采样值；
Figure BDA00030135021600000416
为首波头变化量；
Figure BDA00030135021600000417
为故障相，
Figure BDA00030135021600000418
所述根据综合波阻抗的符号判别实际故障位置的方法为：如果综合波阻抗小于0，则将所述故障位置初步计算结果作为实际故障位置；如果综合波阻抗大于或等于0，则认为故障发生在区外，故障位置初步计算结果无效，将实际故障位置置零。
结合图3进行进一步说明，图3所示的环网中，对于线路mn，f1为区外故障，故障点行波的传播路径如图中点虚线所示，线路mn利用两侧电流行波首波头时刻根据双端行波测距原理初步计算故障位置，计算结果将在区内，但由于电流行波为从m侧、n侧的背后传过来，m侧、n侧计算的综合波阻抗均大于0，认为故障发生在区外，故障位置初步计算结果无效，将实际故障位置置零。对于线路mn，f2为区内故障，故障点行波的传播路径如图中虚线所示，线路mn利用两侧电流行波首波头时刻根据双端行波测距原理初步计算故障位置，计算结果将在区内，由于电流行波为从m侧、n侧的正向传过来，m侧、n侧计算的综合波阻抗均小于0，确认故障发生在区内，将故障位置初步计算结果作为实际故障位置。
本发明通过利用工频电压和行波电流计算综合波阻抗来实现环网中区内、区外故障的识别，从而避免环网中区外故障时双端行波测距给出区内故障的错误结果，提高了双端行波测距在环网中的适应性和可靠性。同时本发明利用工频电压进行故障位置辅助判别，不受电容式电压互感器高频传变特性差的影响，具有很好的工程实用性。
本申请不受上述实施例子的限制，上述实施例中的描述只用于帮忙理解本申请的核心思想，凡是依据本申请的思想，对本申请进行修改或等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，都应该属于本申请的保护范围。

Claims (2)

1.一种适用于环网的双端行波测距方法，其特征在于，包括：
获取线路两侧的行波电流数据和工频电压数据；
利用行波电流数据计算行波电流首波头时刻和首波头变化量，基于双端行波测距原理初步计算故障位置；
线路两侧分别根据故障位置初步计算结果向前回溯故障时刻的工频电压采样值；
结合线路两侧故障时刻的工频电压采样值以及故障位置初步计算结果，估算故障位置故障时刻的工频电压采样值；
利用行波电流首波头变化量及故障位置故障时刻的工频电压采样值计算综合波阻抗，根据综合波阻抗的符号判别实际故障位置；
其中：
利用行波电流数据计算首波头变化量的公式如下：
Figure FDA0003794395950000011
其中：
Figure FDA0003794395950000012
为首波头变化量；
Figure FDA0003794395950000013
为行波电流首波头的最大采样值；
Figure FDA0003794395950000014
为行波电流首波头的最小采样值；
Figure FDA0003794395950000015
为故障相，
Figure FDA0003794395950000016
线路两侧向前回溯故障时刻的工频电压采样值的计算公式如下：
Figure FDA0003794395950000017
Figure FDA0003794395950000018
其中：
Figure FDA0003794395950000019
为线路m侧故障时刻的工频电压采样值；
Figure FDA00037943959500000110
为线路n侧故障时刻的工频电压采样值；
Figure FDA00037943959500000111
为线路m侧tm1时刻向前推lfm/v时间的工频电压采样值；
Figure FDA00037943959500000112
为线路n侧tn1时刻向前推lfn/v时间的工频电压采样值；tm1为线路m侧首波头时刻；tn1为线路n侧首波头时刻；lfm为线路m侧故障位置初步计算结果；lfn为线路n侧故障位置初步计算结果；v为波速；
故障位置故障时刻的工频电压采样值的估算采用线性插值法，公式如下：
Figure FDA00037943959500000113
其中：L为线路长度；lfm为线路m侧故障位置初步计算结果；lfn为线路n侧故障位置初步计算结果；
Figure FDA0003794395950000021
为线路m侧故障时刻的工频电压采样值；
Figure FDA0003794395950000022
为线路n侧故障时刻的工频电压采样值；
Figure FDA0003794395950000023
为故障位置故障时刻的工频电压采样值；
综合波阻抗的计算公式如下：
Figure FDA0003794395950000024
其中：zc为综合波阻抗；
Figure FDA0003794395950000025
为故障位置故障时刻的工频电压采样值；
Figure FDA0003794395950000026
为首波头变化量；
根据综合波阻抗的符号判别实际故障位置的方法为：如果综合波阻抗小于0，则将故障位置初步计算结果作为实际故障位置；如果综合波阻抗大于或等于0，则认为故障发生在区外，故障位置初步计算结果无效，将实际故障位置置零。
2.如权利要求1所述的适用于环网的双端行波测距方法，其特征在于：所述行波电流数据的获取经过前置硬件高通滤波，所述工频电压数据的获取经过前置硬件低通滤波。
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