CN115267412A - 一种计及线路波速变化的行波测距方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种计及线路波速变化的行波测距方法及系统，其中方法包括：在目标输电线路端M端或N端进行短路故障试验，获取确定故障行波到达M端的时间T1以及N端的时间T2；基于T1、T2以及已知故障位置计算修正系数k；搭建目标仿真模型，通过仿真建立不同故障点的波速传播特性图并通过修正系数k修正得出波速衰减特性图；当目标输电线路的任意位置发生短路故障时，获取故障行波到达两端的时间t1和t2；基于时间t1以及t2计算故障位置粗略值Lx；确定Lx在波速衰减特性图中相对应的故障行波沿两端的波速度v1和v2；根据v1和v2对双端测距公式进行修正，计算故障位置修正值。

Description

一种计及线路波速变化的行波测距方法及系统
技术领域
本发明涉及输电线路故障定位技术领域，更具体地，涉及一种计及线路波速变化的行波测距方法及系统。
背景技术
电力系统中输电线路的准确故障测距可以快速缩小定位故障范围，减轻巡线负担，缩短故障消缺时间，对于提高电力系统供电可靠性、减少停电损失具有重要意义。
行波测距作为一种独特的故障测距技术，与传统的阻抗法相比，具有受系统参数、过渡电阻、系统运行方式和线路负荷影响较小等优点，发展前景较好，其基本原理是利用初始行波到达两侧端点的时间差和初始行波与故障点反射波到达同一测量端的时间差，分为单端法和双端法。目前使用较多的为双端法，只需监测故障点初始行波到达两测量端的准确时间即可完成定位，不需要分析识别反射波，测距可靠性高。行波波速对其定位精度存在一定的影响，实际的波速受到线路参数、频变及地理位置、气候等诸多因素的影响具有不确定性，根据线路参数计算得到的行波波速基于均匀线路与线路结构对称的假设，其值不可避免存在一定误差，从而给基于暂态行波的测距方法带来测距误差。输电线路沿途地形复杂，测量其单位参数有一定困难，且在不同时间段，对同一输电线路而言，其参数也是略有不同的，因此选择准确又合适的特高压直流输电线路波速有一定难度。
因此，需要一种技术，以实现计及线路波速变化的行波测距技术。
发明内容
本发明技术方案提供一种计及线路波速变化的行波测距方法及系统，以解决如何计及线路波速变化进行行波测距的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种计及线路波速变化的行波测距方法，所述方法包括：
在目标输电线路第一端M或第二端N进行短路故障试验，分别采集第一端M以及第二端N的故障行波，获取输电线路第一端M以及第二端N的故障录波数据；
基于输电线路第一端M以及第二端N的故障录波数据确定故障行波分别到达第一端M的时间T1以及第二端N的时间T2；
基于故障行波分别到达第一端M的时间T1、第二端N的时间T2以及已知故障位置计算故障行波沿第一端M的波速度V1和沿第二端N的波速度V2；
基于搭建的目标仿真模型，根据多个故障位置到达两端的时间和已知故障点距离计算故障行波波速，建立不同故障位置生成的仿真波速传播特性图；根据短路故障试验中确定的时间T1、时间T2、波速度V1、波速度V2，计算修正系数k并修正仿真波速传播特性图，得出波速传播衰减特性图；当目标输电线路的任意位置发生短路故障时，获取故障行波到达第一端M的时间t1以及第二端N的时间t2；
基于故障行波到达第一端M的时间t1以及第二端N的时间t2计算故障位置粗略值Lx，确定粗略故障点；
确定所述故障位置粗略值Lx在所述波速衰减特性图中相对应的故障行波沿第一端M的波速度v1和沿第二端N的波速度v2；
根据确定的波速度v1和波速度v2对双端测距公式进行修正，计算故障位置修正值，确定修正故障点。
优选地，所述基于所述波速传播特性图计算修正比例系数k；基于所述修正比例系数k生成故障行波的波速衰减特性图，包括：
计算修正比例k：
Figure BDA0003394934310000031
其中，Vmax、Vmin分别为多个故障位置的波速传播特性图中的最大值和最小值；
将波速传播特性图中每一组相邻波速差值与修正比例k相乘后获取波速修正值，基于所述波速修正值生成波速衰减特性图。
优选地，所述基于故障行波到达第一端M的时间t1以及第二端N的时间t2计算故障位置粗略值Lx，包括：
Figure BDA0003394934310000032
其中，T＝L/c为故障行波经过整条目标输电线路全长的时间，c为光速，L为目标输电线路的长度。
优选地，所述根据确定的波速度v1和波速度v2对双端测距公式进行修正，计算故障位置修正值，包括：
Figure BDA0003394934310000033
其中，x为故障位置与第一端M的距离；
LM为故障位置与第一端M的实际故障距离；
LN为故障位置与第二端N的实际故障距离；
L为目标输电线路的长度。
优选地，所述多个故障位置的间距为：10km至100km；
采集故障波形的频率为1MHz至10MHz。
过渡电阻为1Ω至800Ω。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种计及线路波速变化的行波测距系统，所述系统包括：
采集单元，用于在目标输电线路第一端M或第二端N进行短路故障试验，分别采集第一端M以及第二端N的故障行波，获取输电线路第一端M以及第二端N的故障录波数据；基于输电线路第一端M以及第二端N的故障录波数据确定故障行波分别到达第一端M的时间T1以及第二端N的时间T；
生成单元，用于基于故障行波分别到达第一端M的时间T1、第二端N的时间T2以及已知故障位置计算故障行波沿第一端M的波速度V1和沿第二端N的波速度V2；基于搭建的目标仿真模型，根据多个故障位置到达两端的时间和已知故障点距离计算故障行波波速，建立不同故障位置生成的仿真波速传播特性图；根据短路故障试验中确定的时间T1、时间T2、波速度V1、波速度V2，计算修正系数k并修正仿真波速传播特性图，得出波速传播衰减特性图；；
确定单元，用于当目标输电线路的任意位置发生短路故障时，获取故障行波到达第一端M的时间t1以及第二端N的时间t2；基于故障行波到达第一端M的时间t1以及第二端N的时间t2计算故障位置粗略值Lx，确定粗略故障点；确定所述故障位置粗略值Lx在所述波速衰减特性图中相对应的故障行波沿第一端M的波速度v1和沿第二端N的波速度v2；
结果单元，用于根据确定的波速度v1和波速度v2对双端测距公式进行修正，计算故障位置修正值，确定修正故障点。
优选地，所述生成单元，用于基于所述波速传播特性图计算修正比例系数k；基于所述修正比例系数k生成故障行波的波速衰减特性图，包括：
计算修正比例k：
Figure BDA0003394934310000041
其中，Vmax、Vmin分别为多个故障位置的波速传播特性图中的最大值和最小值；
将波速传播特性图中每一组相邻波速差值与修正比例k相乘后获取波速修正值，基于所述波速修正值生成波速衰减特性图。
优选地，所述确定单元，用于基于故障行波到达第一端M的时间t1以及第二端N的时间t2计算故障位置粗略值Lx，包括：
Figure BDA0003394934310000051
其中，T＝L/c，为故障行波经过整条目标输电线路全长的时间，c为光速，L为目标输电线路的长度。
优选地，所述结果单元，用于根据确定的波速度v1和波速度v2对双端测距公式进行修正，计算故障位置修正值，包括：
Figure BDA0003394934310000052
其中，x为故障位置与第一端M的距离；
LM为故障位置与第一端M的实际故障距离；
LN为故障位置与第二端N的实际故障距离；
L为目标输电线路的长度。
优选地，所述多个故障位置的间距为：10km至100km；
采集故障波形的频率为1MHz至10MHz。
过渡电阻为1Ω至800Ω。
本发明技术方案提供的一种计及线路波速变化的行波测距方法及系统，由于波速度因受线路参数与环境参数等因素影响，其成为较难准确计算的非定值，本发明技术方案提出针对性实测实际波速的方法，消除了波速度不同程度衰减与变化带来的故障定位误差，有效了提高行波测距精度。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明优选实施方式的一种计及线路波速变化的行波测距方法流程图；
图2为根据本发明优选实施方式的波速度衰减特性图；
图3为根据本发明优选实施方式的双端测距示意图；以及
图4为根据本发明优选实施方式的一种计及线路波速变化的行波测距系统结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明优选实施方式的一种计及线路波速变化的行波测距方法流程图。本发明提出一种计及线路波速变化的行波测距方法，以解决目前行波测距中出现的定位精度低、受线路参数影响较大等问题。
如图1所示，本发明提供一种计及线路波速变化的行波测距方法，方法包括：
步骤101：在目标输电线路第一端M或第二端N进行短路故障试验，分别采集第一端M以及第二端N的故障行波，获取输电线路第一端M以及第二端N的故障录波数据；
优选地，多个故障位置的间距为：10km至100km；
采集故障波形的频率为1MHz至10MHz。
过渡电阻为1Ω至800Ω。
本发明中的过渡电阻是一种瞬间状态的电阻。当电气设备发生相间短路或相对地短路时，短路电流从一相流到另一相或从一相流入接地部位的途径中所通过的电阻。相间短路时，过渡电阻主要是电弧电阻。接地短路时，过渡电阻主要是杆塔及其接地电阻。一旦故障消失，过渡电阻也随之消失。
步骤102：基于输电线路第一端M以及第二端N的故障录波数据确定故障行波分别到达第一端M的时间T1以及第二端N的时间T2；
步骤103：基于故障行波分别到达第一端M的时间T1、第二端N的时间T2以及已知故障位置计算故障行波沿第一端M的波速度V1和沿第二端N的波速度V2；
步骤104：根据搭建目标仿真模型，根据多个故障位置到达两端的时间和已知故障点距离计算故障行波波速，建立不同故障位置生成的仿真波速传播特性图；根据短路故障试验T1、T2、波速度V1、V2，计算修正系数k并修正仿真波速传播特性图，得出波速传播衰减特性图；
优选地，基于波速传播特性图计算修正比例系数k；基于修正比例系数k生成故障行波的波速衰减特性图，包括：
计算修正比例k：
Figure BDA0003394934310000071
其中，Vmax、Vmin分别为多个故障位置的波速传播特性图中的最大值和最小值；
将波速传播特性图中每一组相邻波速差值与修正比例k相乘后获取波速修正值，基于波速修正值生成波速衰减特性图。
本发明根据不同故障点的仿真数据绘制波速传播曲线。
本发明在目标线路一端进行短路试验，采集线路两端故障行波，获取线路两端故障测距时间数据与波形。
本发明利用小波变换对双端录波数据进行分析，标定故障行波到达双端时刻T1、T2。
本发明利用故障行波到达双端时刻T1、T2与已知故障位置准确计算出此时故障行波沿线路双端传播的波速度V1、V2，分别为波速最大传播值和最小传播值。
本发明建立目标工程的仿真模型，根据仿真数据计算不同故障点传播至两端的行波波速传播值，根据不同故障点产生行波波速传播值建立仿真波速传播特性图，
本发明计算修正比例k，如式(1)所示。
Figure BDA0003394934310000081
其中，Vmax、Vmin为波速传播特性图中的最大值和最小值。
本发明将波速传播特性图中每一组相邻波速差值与k相乘，计算出波速修正值，利用计算结果绘制修正后的波速衰减特性图。
本发明设置多处短路点：每50km-100km设置一处短路点，两端端点设置短路点。设计采样频率：1MHz-10MHz。过渡电阻：1Ω-800Ω，针对不同工程依据现场实际情况取值。
步骤105：当目标输电线路的任意位置发生短路故障时，获取故障行波到达第一端M的时间t1以及第二端N的时间t2；
步骤106：基于故障行波到达第一端M的时间t1以及第二端N的时间t2计算故障位置粗略值Lx，确定粗略故障点；
优选地，基于故障行波到达第一端M的时间t1以及第二端N的时间t2计算故障位置粗略值Lx，包括：
Figure BDA0003394934310000082
其中，T＝L/c(c为光速)为故障行波经过整条目标输电线路全长的时间，L为目标输电线路的长度。
本发明根据双端故障标定时刻与故障测距数据，计算线路故障距离粗略值。
本发明当线路任意处发生电气故障，得出故障行波到达双端时刻t1、t2。
利用公式(2)计算出故障位置粗略值。
Figure BDA0003394934310000083
其中，
t1为故障行波从故障点到达M端点时刻；
t2为故障行波从故障点到达N端点时刻；
T为故障行波经过整个线路全长的时间；
L为实际线路全长；
Lx为故障点至线路一端的远端距离粗略值。
步骤107：确定故障位置粗略值Lx在波速衰减特性图中相对应的故障行波沿第一端M的波速度v1和沿第二端N的波速度v2；
步骤108：根据确定的波速度v1和波速度v2对双端测距公式进行修正，计算故障位置修正值，确定修正故障点。
优选地，根据确定的波速度v1和波速度v2对双端测距公式进行修正，计算故障位置修正值，包括：
Figure BDA0003394934310000091
其中，x为故障位置与第一端M的距离；
LM为故障位置与第一端M的实际故障距离；
LN为故障位置与第二端N的实际故障距离；
L为目标输电线路的长度。
本发明根据故障距离粗略值，修正波速传播值与双端测距公式。
本发明依据粗略故障距离Lx值，在故障波速传播特性曲线中故障距离相近的对应波速传播值v1、v2。
本发明将选好的波速传播值v1、v2带入双端测距公式，修正双端测距值如式(3)所示。
Figure BDA0003394934310000092
其中，
X为故障点距M侧距离；
t1为行波从故障点传播至M侧所需时间；
t2为行波从故障点传播至N侧所需时间；
LM为故障点距离M端的实际故障距离；
LN为故障点距离N端的实际故障距离；
L为实际线路全长。
本发明提出了一种计及线路波速变化的行波测距方法，波速度因受线路参数与环境参数等因素影响，其成为较难准确计算的非定值，提出针对性实测实际波速的方法，消除了波速度不同程度衰减与变化带来的故障定位误差，有效了提高行波测距精度。
现有技术没有涉及针对波速实测的相关优化策略。
本发明根据故障测距数据记录与仿真波速传播曲线，绘制波速衰减特性图。如图2所示
本发明根据双端故障标定时刻与故障测距数据，计算线路故障距离粗略值，即公式(2)。
本发明根据故障距离粗略值，修正波速传播值与双端测距公式，即公式(3)。
本发明提供一种计及线路长度变化的行波测距方法，通过仿真与现场实验数据建立波速传播特性曲线，根据故障特性选择修正波速值进行故障定位优化，提高了行波测距的精确度。
图4为根据本发明优选实施方式的一种计及线路波速变化的行波测距系统结构图。如图4所示，本发明提供一种计及线路波速变化的行波测距系统，系统包括：
采集单元401，用于在目标输电线路第一端M或第二端N进行短路故障试验，分别采集第一端M以及第二端N的故障行波，获取输电线路第一端M以及第二端N的故障录波数据；基于输电线路第一端M以及第二端N的故障录波数据确定故障行波分别到达第一端M的时间T1以及第二端N的时间T2；
生成单元402，用于基于故障行波分别到达第一端M的时间T1、第二端N的时间T2以及已知故障位置计算故障行波沿第一端M的波速度V1和沿第二端N的波速度V2；搭建目标仿真模型，根据多个故障位置到达两端的时间和已知故障点距离计算故障行波波速，建立不同故障位置生成的仿真波速传播特性图；根据短路故障试验T1、T2、波速度V1、V2，计算修正系数k并修正仿真波速传播特性图，得出波速传播衰减特性图，优选地，多个故障位置的间距为：10km至100km；
采集故障波形的频率为1MHz至10MHz。
过渡电阻为1Ω至800Ω。
优选地，生成单元402，用于基于波速传播特性图计算修正比例系数k；基于修正比例系数k生成故障行波的波速衰减特性图，包括：
计算修正比例k：
Figure BDA0003394934310000111
其中，Vmax、Vmin分别为多个故障位置的波速传播特性图中的最大值和最小值；
将波速传播特性图中每一组相邻波速差值与修正比例k相乘后获取波速修正值，基于波速修正值生成波速衰减特性图。
确定单元403，用于当目标输电线路的任意位置发生短路故障时，获取故障行波到达第一端M的时间t1以及第二端N的时间t2；基于故障行波到达第一端M的时间t1以及第二端N的时间t2计算故障位置粗略值Lx，确定粗略故障点；确定故障位置粗略值Lx在波速衰减特性图中相对应的故障行波沿第一端M的波速度v1和沿第二端N的波速度v2；
优选地，确定单元403，用于基于故障行波到达第一端M的时间t1以及第二端N的时间t2计算故障位置粗略值Lx，包括：
Figure BDA0003394934310000112
其中，T＝L/c(c为光速)为故障行波经过整条目标输电线路全长的时间，L为目标输电线路的长度。
结果单元404，用于根据确定的波速度v1和波速度v2对双端测距公式进行修正，计算故障位置修正值，确定修正故障点。
优选地，结果单元404，用于根据确定的波速度v1和波速度v2对双端测距公式进行修正，计算故障位置修正值，包括：
Figure BDA0003394934310000121
其中，x为故障位置与第一端M的距离；
LM为故障位置与第一端M的实际故障距离；
LN为故障位置与第二端N的实际故障距离；
L为目标输电线路的长度。
本发明优选实施方式的一种计及线路波速变化的行波测距系统400与本发明另一优选实施方式的一种计及线路波速变化的行波测距方法100相对应，在此不再进行赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个//该[装置、组件等]”都被开放地解释为装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (10)

1.一种计及线路波速变化的行波测距方法，所述方法包括：
在目标输电线路第一端M或第二端N进行短路故障试验，分别采集第一端M以及第二端N的故障行波，获取输电线路第一端M以及第二端N的故障录波数据；
基于输电线路第一端M以及第二端N的故障录波数据确定故障行波分别到达第一端M的时间T以及第二端N的时间T2；
基于故障行波分别到达第一端M的时间T1、第二端N的时间T2以及已知故障位置计算故障行波沿第一端M的波速度V1和沿第二端N的波速度V2；
基于搭建的目标仿真模型，根据多个故障位置到达两端的时间和已知故障点距离计算故障行波波速，建立不同故障位置生成的仿真波速传播特性图；根据短路故障试验中确定的时间T1、时间T2、波速度V1、波速度V2，计算修正系数k并修正仿真波速传播特性图，得出波速传播衰减特性图；
当目标输电线路的任意位置发生短路故障时，获取故障行波到达第一端M的时间t1以及第二端N的时间t2；
基于故障行波到达第一端M的时间t1以及第二端N的时间t2计算故障位置粗略值Lx，确定粗略故障点；
确定所述故障位置粗略值Lx在所述波速衰减特性图中相对应的故障行波沿第一端M的波速度v1和沿第二端N的波速度v2；
根据确定的波速度v1和波速度v2对双端测距公式进行修正，计算故障位置修正值，确定修正故障点。
2.根据权利要求1所述的方法，所述基于所述波速传播特性图计算修正比例系数k；基于所述修正比例系数k生成故障行波的波速衰减特性图，包括：
计算修正比例k：
Figure FDA0003394934300000021
其中，Vmax、Vmin分别为多个故障位置的波速传播特性图中的最大值和最小值；
将波速传播特性图中每一组相邻波速差值与修正比例K相乘后获取波速修正值，基于所述波速修正值生成波速衰减特性图。
3.根据权利要求1所述的方法，所述基于故障行波到达第一端M的时间t1以及第二端N的时间t2计算故障位置粗略值Lx，包括：
Figure FDA0003394934300000022
其中，T＝L/c为故障行波经过整条目标输电线路全长的时间，c为光速，L为目标输电线路的长度。
4.根据权利要求1所述的方法，所述根据确定的波速度v1和波速度v2对双端测距公式进行修正，计算故障位置修正值，包括：
Figure FDA0003394934300000023
其中，x为故障位置与第一端M的距离；
LM为故障位置与第一端M的实际故障距离；
LN为故障位置与第二端N的实际故障距离；
L为目标输电线路的长度。
5.根据权利要求1所述的方法，所述多个故障位置的间距为：10km至100km；
采集故障波形的频率为1MHz至10MHz。
过渡电阻为1Ω至800Ω。
6.一种计及线路波速变化的行波测距系统，所述系统包括：
采集单元，用于在目标输电线路第一端M或第二端N进行短路故障试验，分别采集第一端M以及第二端N的故障行波，获取输电线路第一端M以及第二端N的故障录波数据；基于输电线路第一端M以及第二端N的故障录波数据确定故障行波分别到达第一端M的时间T1以及第二端N的时间T2；
生成单元，用于基于故障行波分别到达第一端M的时间T1、第二端N的时间T2以及已知故障位置计算故障行波沿第一端M的波速度V1和沿第二端N的波速度V2；基于搭建的目标仿真模型，根据多个故障位置到达两端的时间和已知故障点距离计算故障行波波速，建立不同故障位置生成的仿真波速传播特性图；根据短路故障试验中确定的时间T1、时间T2、波速度V1、波速度V2，计算修正系数k并修正仿真波速传播特性图，得出波速传播衰减特性图；
确定单元，用于当目标输电线路的任意位置发生短路故障时，获取故障行波到达第一端M的时间t1以及第二端N的时间t2；基于故障行波到达第一端M的时间t1以及第二端N的时间t2计算故障位置粗略值Lx，确定粗略故障点；确定所述故障位置粗略值Lx在所述波速衰减特性图中相对应的故障行波沿第一端M的波速度v1和沿第二端N的波速度v2；
结果单元，用于根据确定的波速度v1和波速度v2对双端测距公式进行修正，计算故障位置修正值，确定修正故障点。
7.根据权利要求6所述的系统，所述生成单元，用于基于所述波速传播特性图计算修正比例系数k；基于所述修正比例系数k生成故障行波的波速衰减特性图，包括：
计算修正比例k：
Figure FDA0003394934300000031
其中，Vmax、Vmin分别为多个故障位置的波速传播特性图中的最大值和最小值；
将波速传播特性图中每一组相邻波速差值与修正比例k相乘后获取波速修正值，基于所述波速修正值生成波速衰减特性图。
8.根据权利要求6所述的系统，所述确定单元，用于基于故障行波到达第一端M的时间t1以及第二端N的时间t2计算故障位置粗略值Lx，包括：
Figure FDA0003394934300000041
其中，T＝L/c，为故障行波经过整条目标输电线路全长的时间，c为光速，L为目标输电线路的长度。
9.根据权利要求6所述的系统，所述结果单元，用于根据确定的波速度v1和波速度v2对双端测距公式进行修正，计算故障位置修正值，包括：
Figure FDA0003394934300000042
其中，x为故障位置与第一端M的距离；
LM为故障位置与第一端M的实际故障距离；
LN为故障位置与第二端N的实际故障距离；
L为目标输电线路的长度。
10.根据权利要求6所述的系统，所述多个故障位置的间距为：10km至100km；
采集故障波形的频率为1MHZ至10MHZ。
过渡电阻为1Ω至800Ω。
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