CN115586398A - 一种多分支配电线路雷击故障定位方法、仿真方法和系统 - Google Patents

一种多分支配电线路雷击故障定位方法、仿真方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN115586398A
CN115586398A CN202211192402.7A CN202211192402A CN115586398A CN 115586398 A CN115586398 A CN 115586398A CN 202211192402 A CN202211192402 A CN 202211192402A CN 115586398 A CN115586398 A CN 115586398A
Authority
CN
China
Prior art keywords
branch
lightning
line
current monitoring
distributed current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211192402.7A
Other languages
English (en)
Inventor
肖小兵
廖民传
刘安茳
冯瑞发
蔡永翔
屈路
付宇
刘刚
李跃
祁汭晗
郝树青
张义
郑友卓
胡上茂
胡泰山
张洋
何肖蒙
李华鹏
李龙桂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CSG Electric Power Research Institute
Guizhou Power Grid Co Ltd
Original Assignee
CSG Electric Power Research Institute
Guizhou Power Grid Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CSG Electric Power Research Institute, Guizhou Power Grid Co Ltd filed Critical CSG Electric Power Research Institute
Priority to CN202211192402.7A priority Critical patent/CN115586398A/zh
Publication of CN115586398A publication Critical patent/CN115586398A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/081—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors
    • G01R31/085—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors in power transmission or distribution lines, e.g. overhead
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/088—Aspects of digital computing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications
    • Y04S10/52—Outage or fault management, e.g. fault detection or location

Abstract

本发明公开了一种多分支配电线路雷击故障定位方法、仿真方法和系统，针对多分支配电线路的分别在主线两端、每条支线末端以及主线内等均配置分布式电流监测终端，针对各分布式电流监测终端采集的雷电流波形判断雷击点在主线上的区间位置，依据各分布式电流监测终端的行波到达时间构建雷击支路判定矩阵，根据矩阵特征采用对应的雷击判据找出雷击故障位置所在的支线，取雷击支路判定矩阵中对应行元素分子的平均值作为雷击故障点到达分布式电流监测终端的距离，适用于多分支配电线路的场景下的雷击故障定位，实现了多分支配电网的雷击故障点的准确判断，提升配电网的雷击故障定位数字化水平，以进一步提高配电系统的供电可靠性和安全性的技术效果。

Description

一种多分支配电线路雷击故障定位方法、仿真方法和系统
技术领域
本发明涉及输配电线路防雷技术领域，尤其涉及一种多分支配电线路雷击故障定位方法和系统。
背景技术
配电网具有网架结构繁复、线路走廊地形地貌错综复杂、绝缘水平相对较低的特点，而雷击一直是配电网安全稳定运行的重要威胁，据相关统计表明，由雷击引起的配电线路跳闸占线路总跳闸率的60％～80％，与架空输电线路相比，多分支配电线路因遭受雷击而引起供电中断的概率更大。因此，研究快速对多分支配电线路雷击进行故障定位的方法，具有重要意义。
然而，由于多分支配电线路与架空输电线路在分布结构和绝缘水平性能上等都有较大差异，对于架空输电线路的累积故障定位方法并不能直接套用在多分支配电线路的雷击故障定位上，因此，为实现多分支配电网的雷击故障点的准确判断，提升配电网的雷击故障定位数字化水平，以进一步提高配电系统的供电可靠性和安全性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种多分支配电线路雷击故障定位方法和系统，用于实现多分支配电网的雷击故障点的准确判断，提升配电网的雷击故障定位数字化水平，以进一步提高配电系统的供电可靠性和安全性。
有鉴于此，本发明第一方面提供了一种多分支配电线路雷击故障定位方法，包括：
在多分支配电线路的主线两端和每条支线末端配置分布式电流监测终端，并在主线内等均配置能有效监测雷电行波信号的分布式电流监测终端；
获取各分布式电流监测终端采集的雷电流波形，根据雷电流波形分析多分支配电线路的雷电流衰减规律和主线路上雷电流极性关系，初步判断雷击点在主线上的区间位置；
对雷击点在主线上的区间位置的分布式电流监测终端的雷电流波形进行小波变换，根据小波变换结果提取各分布式电流监测终端的行波到达时间；
基于各分布式电流监测终端的行波到达时间，根据双端行波理论构建雷击支路判定矩阵，其中，雷击支路判定矩阵的元素的分子为雷击点到分布式电流监测终端的距离，分母为监测终端到与支路线路最远节点的距离；
根据雷击支路判定矩阵的矩阵特征和预置雷击判据判断雷击故障位置所在的支线，其中，预置雷击判据为：
当雷击支路判定矩阵中任一支路对应的一行元素全部小于1，且对应的一列元素全部大于1时，则判定对应支路的分布式电流监测终端与支路线路节点之间的支路遭受雷击；
当任一支路始端所对应的一行元素全部小于1，同时分布式电流监测终端所对应的一列元素全部等于1时，则判定分布式电流监测终端所在的支线的节点或节点分支线遭受雷击；
当雷击支路判定矩阵中存在
Figure BDA0003869980820000021
且
Figure BDA0003869980820000022
时，则判定Ni和Ni-1所对应的节点Ti-1与Ti之间的线路遭受雷击，其中，
Figure BDA0003869980820000023
为第Ni行第Ni+m列的元素，
Figure BDA0003869980820000024
为第Ni行第Ni-1列的元素，k为支线末端的分布式电流监测终端的数量，Ni为第i个行下标编号，Ni+m为第i+m个列下标编号，Ni-n为第i-n个列下标编号，m和n均为大于0的整数，Ni-1为第i-1个行下标编号，Ti-1为第i-1个线路节点，Ti为第i个线路节点；
根据确定的雷击故障位置所在的支线，取雷击支路判定矩阵中对应行元素分子的平均值作为雷击故障点到达分布式电流监测终端的第一距离。
可选地，根据确定的雷击故障位置所在的支线，取雷击支路判定矩阵中对应元素的平均值作为雷击故障点到达分布式电流监测终端的距离之后，还包括：
根据雷击故障点到达分布式电流监测终端的距离确定距离雷击故障点最近线路节点，取最近线路节点的另一分布式电流监测终端构成的双端网络，对双端网络进行双端雷电能量侵入定位，确定雷击故障点到达分布式电流监测终端的第二距离。
可选地，雷击点到分布式电流监测终端的距离的计算公式为：
Figure BDA0003869980820000025
其中，liCj为雷击点C到分布式电流监测终端i的距离，lij为分布式电流监测终端i到分布式电流监测终端j的距离，v为先导发展速度，ti为分布式电流监测终端i的行波到达时间，tj为分布式电流监测终端j的行波到达时间，i≠j。
可选地，主线内等均配置的分布式电流监测终端的间隔距离不超过2km。
本发明第二方面提供了一种多分支配电线路雷击故障定位仿真方法，包括：
依据目标10kV配电系统的线路参数构建多分支配电线路拓扑，根据线路参数和多分支配电线路拓扑建立多分支配电线路雷电过电压电磁暂态仿真分析模型；
采用第一方面任一种所述的多分支配电线路雷击故障定位方法对多分支配电线路雷电过电压电磁暂态仿真分析模型进行基于多分支配电线路雷击故障定位的电磁暂态仿真。
本发明第三方面提供了一种多分支配电线路雷击故障定位系统，包括：
布点单元，用于在多分支配电线路的主线两端和每条支线末端配置分布式电流监测终端，并在主线内等均配置能有效监测雷电行波信号的分布式电流监测终端；
雷击区间确定单元，用于获取各分布式电流监测终端采集的雷电流波形，根据雷电流波形分析多分支配电线路的雷电流衰减规律和主线路上雷电流极性关系，初步判断雷击点在主线上的区间位置；
行波到达时间提取单元，用于对雷击点在主线上的区间位置的分布式电流监测终端的雷电流波形进行小波变换，根据小波变换结果提取各分布式电流监测终端的行波到达时间；
雷击支路判定矩阵构建单元，用于基于各分布式电流监测终端的行波到达时间，根据双端行波理论构建雷击支路判定矩阵，其中，雷击支路判定矩阵的元素的分子为雷击点到分布式电流监测终端的距离，分母为监测终端到与支路线路最远节点的距离；
雷击故障所在支线判断单元，用于根据雷击支路判定矩阵的矩阵特征和预置雷击判据判断雷击故障位置所在的支线，其中，预置雷击判据为：
当雷击支路判定矩阵中任一支路对应的一行元素全部小于1，且对应的一列元素全部大于1时，则判定对应支路的分布式电流监测终端与支路线路节点之间的支路遭受雷击；
当任一支路始端所对应的一行元素全部小于1，同时分布式电流监测终端所对应的一列元素全部等于1时，则判定分布式电流监测终端所在的支线的节点或节点分支线遭受雷击；
当雷击支路判定矩阵中存在
Figure BDA0003869980820000041
且
Figure BDA0003869980820000042
时，则判定Ni和Ni-1所对应的节点Ti-1与Ti之间的线路遭受雷击，其中，
Figure BDA0003869980820000043
为第Ni行第Ni+m列的元素，
Figure BDA0003869980820000044
为第Ni行第Ni-1列的元素，k为支线末端的分布式电流监测终端的数量，Ni为第i个行下标编号，Ni+m为第i+m个列下标编号，Ni-n为第i-n个列下标编号，m和n均为大于0的整数，Ni-1为第i-1个行下标编号，Ti-1为第i-1个线路节点，Ti为第i个线路节点；
雷击故障距离定位单元，用于根据确定的雷击故障位置所在的支线，取雷击支路判定矩阵中对应行元素分子的平均值作为雷击故障点到达分布式电流监测终端的第一距离。
可选地，雷击故障距离定位单元还用于：
根据雷击故障点到达分布式电流监测终端的距离确定距离雷击故障点最近线路节点，取最近线路节点的另一分布式电流监测终端构成的双端网络，对双端网络进行双端雷电能量侵入定位，确定雷击故障点到达分布式电流监测终端的第二距离。
可选地，雷击点到分布式电流监测终端的距离的计算公式为：
Figure BDA0003869980820000045
其中，liCj为雷击点C到分布式电流监测终端i的距离，lij为分布式电流监测终端i到分布式电流监测终端j的距离，v为先导发展速度，ti为分布式电流监测终端i的行波到达时间，tj为分布式电流监测终端j的行波到达时间，i≠j。
可选地，主线内等均配置的分布式电流监测终端的间隔距离不超过2km。
从以上技术方案可以看出，本发明提供的多分支配电线路雷击故障定位方法、仿真方法和系统具有以下优点：
本发明提供的多分支配电线路雷击故障定位方法，针对多分支配电线路的分别在主线两端、每条支线末端以及主线内等均配置分布式电流监测终端，针对各分布式电流监测终端采集的雷电流波形判断雷击点在主线上的区间位置，然后依据各分布式电流监测终端的行波到达时间构建雷击支路判定矩阵，根据矩阵特征采用对应的雷击判据找出雷击故障位置所在的支线，取雷击支路判定矩阵中对应行元素分子的平均值作为雷击故障点到达分布式电流监测终端的距离，适用于多分支配电线路的场景下的雷击故障定位，实现了多分支配电网的雷击故障点的准确判断，提升配电网的雷击故障定位数字化水平，以进一步提高配电系统的供电可靠性和安全性的技术效果。
本发明提供的多分支配电线路雷击故障定位仿真方法和定位系统，用于执行本发明提供的多分支配电线路雷击故障定位方法，其原理和所达到的技术效果，与本发明提供的多分支配电线路雷击故障定位方法相同，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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相关的附图。
图1为本发明中提供的一种多分支配电线路雷击故障定位方法的流程示意图；
图2为本发明中提供的一种多分支配电线路雷击故障定位方法的另一流程示意图；
图3为本发明中提供的一种多分支配电线路雷击故障定位仿真方法的流程示意图；
图4为本发明中提供的某地区多分支10kV配电线路的拓扑简化示意图；
图5为本发明中提供的多级多分支配电网部分线路拓扑图；
图6为图4对应的雷击工况示意图；
图7为图4对应的雷击点所在监测区间内的拓扑简化图；
图8为图4对应的雷电故障定位示意图；
图9为本发明中提供的一种多分支配电线路雷击故障定位系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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。
为了便于理解，请参阅图1，本发明中提供了一种多分支配电线路雷击故障定位方法的实施例，包括：
步骤101、在多分支配电线路的主线两端和每条支线末端配置分布式电流监测终端，并在主线内等均配置能有效监测雷电行波信号的分布式电流监测终端。
需要说明的是，目标地区的10kV配电系统的线路参数为可获得的，依据线路参数可建立多分支配电线路的拓扑，并可依据拓扑结构对线路节点进行相应编号。本发明实施例中，在多分支配电线路的主线两端和每条支线末端配置分布式电流监测终端，并在主线内等均配置能有效监测雷电行波信号的分布式电流监测终端。如图4所示，黑色圆点为分布式电流监测终端，灰色圆点为线路节点，图4中的#31、#46、#63、#65和#78为主线路节点编号，#33、#22和#4为支线路节点编号。如图4所示，编号
Figure BDA0003869980820000061
为分布式电流监测终端编号。由于分布式电流监测终端与雷击点距离超过3km时无法有效监测雷电行波信号，因而，本发明实施例中，需要在保证分布式电流监测终端能够有效监测雷电行波信号的情况下在主线内等均配置分布式电流监测终端，如图5中的①、
Figure BDA0003869980820000062
和②。优选间隔距离不超过2km的等均分布，既能够节约成本，又能够保证检测雷电行波信号的准确性。
步骤102、获取各分布式电流监测终端采集的雷电流波形，根据雷电流波形分析多分支配电线路的雷电流衰减规律和主线路上雷电流极性关系，初步判断雷击点在主线上的区间位置。
需要说明的是，将主线上相邻两个监测点(即分布式电流监测终端)的区间作为一监测区间，根据监测区间内主线路段所连接的分支线路数量确定各监测区间所属的区间类型，区间类型包括主线路段无连接分支线路的区间、主线路段连接有一条分支线路的区间以及主线路段连接有多条分支线路的区间。根据雷电流幅值衰减规律极端各区间类型对应的雷电流幅值衰减平均值，计算各监测区间对应的雷电流幅值衰减率与所属区间类型对应的雷电流幅值衰减率平均值的差值，将差值大于预置阈值的监测区间作为备选雷击区间，根据主线路上雷电流极性关系从个备选雷击区间中确定雷击区间。根据多分支10kV配电线路上雷电流幅值衰减规律，多分支线路上每段区间分支数不同，雷电流峰值在区间上的衰减率不同，且雷击发生在监测区间时，监测区间临近段和较远端时的线路雷电流峰值衰减率也有不同。例如，在主线路每监测区间上，当雷电流通过主线路路段无连接分支线路的区间时，峰值衰减小于20％，而雷击发生在主线路路段无连接分支线路的区间的临近区段时，该区段上的雷电流幅值衰减为27.7％，主线路路段连接有一条分支线路的区间上的线路雷电流幅值平均衰减率不超过40％，而当雷击发生在临近区段时，主线路路段连接有一条分支线路的区间上的雷电流峰值衰减为59.8％，对于主线路路段连接有多条分支线路的区间，其电流峰值衰减率平均值不超过80％，当雷击发生在其临近区段时，雷电流峰值在该区段上的衰减率达到90％。如图6所示，主线上监测终端
Figure BDA0003869980820000072
与
Figure BDA0003869980820000073
两处波头到达时间最短，波头幅值最高，两处电流极性相反，判定雷击点在监测区间
Figure BDA0003869980820000071
内。
步骤103、对雷击点在主线上的区间位置的分布式电流监测终端的雷电流波形进行小波变换，根据小波变换结果提取各分布式电流监测终端的行波到达时间。
需要说明的是，分析雷击点所处的线路区间位置内的分布式电流监测终端的拓扑及编号，然后提取各分布式电流监测终端电流波形，对各分布式电流监测终端电流波形进行小波变换，根据小波变换结果提取各分布式电流监测终端的行波到达时间。具体地，将小波变换极大值出现的时间点作为分布式电流监测终端的行波到达时间。
步骤104、基于各分布式电流监测终端的行波到达时间，根据双端行波理论构建雷击支路判定矩阵，其中，雷击支路判定矩阵的元素的分子为雷击点到分布式电流监测终端的距离，分母为监测终端到与支路线路最远节点的距离。
需要说明的是，根据行波法原理，当线路为两端输电线路时，根据行波到达两端的时刻可列出雷击点至线路两端监测终端距离判定公式为：
Figure BDA0003869980820000081
Figure BDA0003869980820000082
其中，M和N分别为线路监测区间两端监测终端编号，lMCN为雷击点C到监测终端M的距离，lNCM为雷击点C到监测终端N的距离，v为先导发展速度，tM为分布式电流监测终端M的行波到达时间，tN为分布式电流监测终端N的行波到达时间，lMN为监测终端M至监测终端N的距离。因此，当线路为n端时，可列出n×(n-1)项距离判定式，统一表达如下所示：
Figure BDA0003869980820000083
其中，liCj为雷击点C到分布式电流监测终端i的距离，lij为分布式电流监测终端i到分布式电流监测终端j的距离，v为先导发展速度，ti为分布式电流监测终端i的行波到达时间，tj为分布式电流监测终端j的行波到达时间，i≠j。当监测终端i确定时，根据监测终端j处的数据tj以及分布式电流监测终端i到分布式电流监测终端j的距离lij计算出liCj。
基于上述距离判定式，定义某监测区间内某条支路或某个节点遭受雷击时的判定矩阵，矩阵元素
Figure BDA0003869980820000084
其中，Tn为在以监测终端i为起点，监测终端j为终点的两端线路中，距离监测终端i最远的一个线路节点。以M1和M2为主线两端的监测终端编号，N1～Nk为线路上各个支线末端的监测终端编号，建立的雷击支路判定矩阵为：
Figure BDA0003869980820000085
步骤105、根据雷击支路判定矩阵的矩阵特征和预置雷击判据判断雷击故障位置所在的支线。
需要说明的是，本发明实施例中，预置雷击判据为：
当雷击支路判定矩阵中任一支路对应的一行元素全部小于1，且对应的一列元素全部大于1时，则判定对应支路的分布式电流监测终端与支路线路节点之间的支路遭受雷击；
当任一支路始端所对应的一行元素全部小于1，同时分布式电流监测终端所对应的一列元素全部等于1时，则判定分布式电流监测终端所在的支线的节点或节点分支线遭受雷击；
当雷击支路判定矩阵中存在
Figure BDA0003869980820000091
且
Figure BDA0003869980820000092
时，则判定Ni和Ni-1所对应的节点Ti-1与Ti之间的线路遭受雷击，其中，
Figure BDA0003869980820000093
为第Ni行第Ni+m列的元素，
Figure BDA0003869980820000094
为第Ni行第Ni-1列的元素，k为支线末端的分布式电流监测终端的数量，Ni为第i个行下标编号，Ni+m为第i+m个列下标编号，Ni-n为第i-n个列下标编号，m和n均为大于0的整数，Ni-1为第i-1个行下标编号，Ti-1为第i-1个线路节点，Ti为第i个线路节点。
Figure BDA0003869980820000095
所表示的是列下标大于行下标时的元素等于1，
Figure BDA0003869980820000096
所表示的是列下标小于行下标时的元素小于1。
步骤106、根据确定的雷击故障位置所在的支线，取雷击支路判定矩阵中对应行元素分子的平均值作为雷击故障点到达分布式电流监测终端的第一距离。
需要说明的是，根据步骤105中的判据可以确定出雷击所在支线，然而，光是定位出雷击支线是远远不能满足要求的，还需要进一步精确到雷击位置距监测终端的距离。本发明实施例中，计算雷击支路判定矩阵中雷击所在支线对应的元素的分子的平均值作为雷击故障点到达分布式电流监测终端的第一距离。
以图6为例，假设实际雷击发生在监测终端⑤所在的支线，且距离监测终端⑤的距离为600米。经过步骤101～步骤102获得雷击点在主线上的区间位置如图8所示，经小波变换提取雷电流侵入波到达各监测点的时间为：t①＝19.1154μs，t②＝18.1584μs，t③＝4.9113μs，t④＝3.0735μs，t⑤＝2.07828μs，t⑥＝28.2276μs，t⑦＝29.376μs，t⑧＝21.3744μs，t⑨＝28.9932μs，t⑩＝27.9213μs。建立起来的雷击支路判定矩阵为：
Figure BDA0003869980820000101
根据以上雷击支路判定矩阵可以得出：监测终端④所对应行元素全部小于1；监测终端④所对应列元素全部大于1；故可判断雷电能量侵入点位于④监测终端所在的支线上，即从节点T1至监测终端④的支线。取雷击支路判定矩阵中对应行元素(即矩阵中监测终端④所在行的元素)分子的平均值作为雷击故障点到达分布式电流监测终端的第一距离，即：
Figure BDA0003869980820000102
其中，l④c为雷击故障点C到达监测终端④的距离，l④c①为当监测终端④确定时，根据监测终端①处的数据t①以及分布式电流监测终端④到分布式电流监测终端①的距离计算得出的雷击故障点C到达监测终端④的距离，以此类推。由图7的拓扑图可知节点T6距离监测终端④500m，此次雷电能量侵入点定位在节点T6上。
需要说明的是，本发明实施例中仅以符合预置雷击判据中的三种场景中的第一种场景进行说明，对于剩下的场景，可同样依据本发明实施例中的方法同理直接推导可得，在此不再进行赘述。
本发明提供的多分支配电线路雷击故障定位方法，针对多分支配电线路的分别在主线两端、每条支线末端以及主线内等均配置分布式电流监测终端，针对各分布式电流监测终端采集的雷电流波形判断雷击点在主线上的区间位置，然后依据各分布式电流监测终端的行波到达时间构建雷击支路判定矩阵，根据矩阵特征采用对应的雷击判据找出雷击故障位置所在的支线，取雷击支路判定矩阵中对应行元素分子的平均值作为雷击故障点到达分布式电流监测终端的距离，适用于多分支配电线路的场景下的雷击故障定位，实现了多分支配电网的雷击故障点的准确判断，提升配电网的雷击故障定位数字化水平，以进一步提高配电系统的供电可靠性和安全性的技术效果。
在一个实施例中，如图2所示，为进一步提高多分支配电线路雷击故障定位的精度，还可以包括步骤107：
步骤107、根据雷击故障点到达分布式电流监测终端的距离确定距离雷击故障点最近线路节点，取最近线路节点的另一分布式电流监测终端构成的双端网络，对双端网络进行双端雷电能量侵入定位，确定雷击故障点到达分布式电流监测终端的第二距离。
需要说明的是，经过步骤106之后，已经确定了距离雷击故障点最近线路节点为T6。如图7所示，为进一步精确定位多分支配电线路雷击故障位置，还需要对节点T6延伸出去的支线做进一步排查。监测终端⑤为节点T6的延伸支线的末端监测终端，使节点T6延伸的线路上的监测终端⑤与监测终端④组成一个双端网络，进行双端雷电能量侵入点定位，定位公式为：
Figure BDA0003869980820000111
Figure BDA0003869980820000112
依据上两式的定位结果，可得：雷电能量侵入点距离监测终端⑤600.72m，与实际雷击发生在监测终端⑤所在的支线，且距离监测终端⑤的距离为600米相比，最终的定位误差仅为0.12％。
为了便于理解，请参阅图3，本发明实施例中提供了一种多分支配电线路雷击故障定位仿真方法的实施例，包括：
步骤100、依据目标10kV配电系统的线路参数构建多分支配电线路拓扑，根据线路参数和多分支配电线路拓扑建立多分支配电线路雷电过电压电磁暂态仿真分析模型。多分支配电线路雷电过电压电磁暂态仿真分析模型包括频率相关参数线路模型、杆塔单一波阻抗模型、基于先导发展法的绝缘子串闪络模型和接地电阻模型。
步骤200、在多分支配电线路雷电过电压电磁暂态仿真分析模型中的多分支配电线路的主线两端和每条支线末端配置分布式电流监测终端，并在主线内等均配置能有效监测雷电行波信号的分布式电流监测终端。
步骤300、获取各分布式电流监测终端采集的雷电流波形，根据雷电流波形分析多分支配电线路的雷电流衰减规律和主线路上雷电流极性关系，初步判断雷击点在主线上的区间位置。
步骤400、对雷击点在主线上的区间位置的分布式电流监测终端的雷电流波形进行小波变换，根据小波变换结果提取各分布式电流监测终端的行波到达时间。
步骤500、基于各分布式电流监测终端的行波到达时间，根据双端行波理论构建雷击支路判定矩阵，其中，雷击支路判定矩阵的元素的分子为雷击点到分布式电流监测终端的距离，分母为监测终端到与支路线路最远节点的距离。
步骤600、根据雷击支路判定矩阵的矩阵特征和预置雷击判据判断雷击故障位置所在的支线。预置雷击判据为：
当雷击支路判定矩阵中任一支路对应的一行元素全部小于1，且对应的一列元素全部大于1时，则判定对应支路的分布式电流监测终端与支路线路节点之间的支路遭受雷击；
当任一支路始端所对应的一行元素全部小于1，同时分布式电流监测终端所对应的一列元素全部等于1时，则判定分布式电流监测终端所在的支线的节点或节点分支线遭受雷击；
当雷击支路判定矩阵中存在
Figure BDA0003869980820000121
且
Figure BDA0003869980820000122
时，则判定Ni和Ni-1所对应的节点Ti-1与Ti之间的线路遭受雷击，其中，
Figure BDA0003869980820000123
为第Ni行第Ni+m列的元素，
Figure BDA0003869980820000124
为第Ni行第Ni-1列的元素，k为支线末端的分布式电流监测终端的数量，Ni为第i个行下标编号，Ni+m为第i+m个列下标编号，Ni-n为第i-n个列下标编号，m和n均为大于0的整数，Ni-1为第i-1个行下标编号，Ti-1为第i-1个线路节点，Ti为第i个线路节点；
步骤700、根据确定的雷击故障位置所在的支线，取雷击支路判定矩阵中对应行元素分子的平均值作为雷击故障点到达分布式电流监测终端的第一距离。
在一个实施例中，步骤700之后还可以包括：
步骤800、根据雷击故障点到达分布式电流监测终端的距离确定距离雷击故障点最近线路节点，取最近线路节点的另一分布式电流监测终端构成的双端网络，对双端网络进行双端雷电能量侵入定位，确定雷击故障点到达分布式电流监测终端的第二距离。
本发明实施例中提供的多分支配电线路雷击故障定位仿真方法与本发明中提供的多分支配电线路雷击故障定位定方法相对应的仿真方法，其原理区别仅在于步骤100构建的是多分支配电线路雷电过电压电磁暂态仿真分析模型，而非实际应用场景中的多分支配电线路拓扑结构，在此不再对本发明实施例中的多分支配电线路雷击故障定位仿真方法的原理以及所达到的技术效果进行赘述。
为了便于理解，请参阅图9，本发明中提供了一种多分支配电线路雷击故障定位系统的实施例，包括：
布点单元，用于在多分支配电线路的主线两端和每条支线末端配置分布式电流监测终端，并在主线内等均配置能有效监测雷电行波信号的分布式电流监测终端；
雷击区间确定单元，用于获取各分布式电流监测终端采集的雷电流波形，根据雷电流波形分析多分支配电线路的雷电流衰减规律和主线路上雷电流极性关系，初步判断雷击点在主线上的区间位置；
行波到达时间提取单元，用于对雷击点在主线上的区间位置的分布式电流监测终端的雷电流波形进行小波变换，根据小波变换结果提取各分布式电流监测终端的行波到达时间；
雷击支路判定矩阵构建单元，用于基于各分布式电流监测终端的行波到达时间，根据双端行波理论构建雷击支路判定矩阵，其中，雷击支路判定矩阵的元素的分子为雷击点到分布式电流监测终端的距离，分母为监测终端到与支路线路最远节点的距离；
雷击故障所在支线判断单元，用于根据雷击支路判定矩阵的矩阵特征和预置雷击判据判断雷击故障位置所在的支线，其中，预置雷击判据为：
当雷击支路判定矩阵中任一支路对应的一行元素全部小于1，且对应的一列元素全部大于1时，则判定对应支路的分布式电流监测终端与支路线路节点之间的支路遭受雷击；
当任一支路始端所对应的一行元素全部小于1，同时分布式电流监测终端所对应的一列元素全部等于1时，则判定分布式电流监测终端所在的支线的节点或节点分支线遭受雷击；
当雷击支路判定矩阵中存在
Figure BDA0003869980820000141
且
Figure BDA0003869980820000142
时，则判定Ni和Ni-1所对应的节点Ti-1与Ti之间的线路遭受雷击，其中，
Figure BDA0003869980820000143
为第Ni行第Ni+m列的元素，
Figure BDA0003869980820000144
为第Ni行第Ni-1列的元素，k为支线末端的分布式电流监测终端的数量，Ni为第i个行下标编号，Ni+m为第i+m个列下标编号，Ni-n为第i-n个列下标编号，m和n均为大于0的整数，Ni-1为第i-1个行下标编号，Ti-1为第i-1个线路节点，Ti为第i个线路节点；
雷击故障距离定位单元，用于根据确定的雷击故障位置所在的支线，取雷击支路判定矩阵中对应行元素分子的平均值作为雷击故障点到达分布式电流监测终端的第一距离。
雷击故障距离定位单元还用于：
根据雷击故障点到达分布式电流监测终端的距离确定距离雷击故障点最近线路节点，取最近线路节点的另一分布式电流监测终端构成的双端网络，对双端网络进行双端雷电能量侵入定位，确定雷击故障点到达分布式电流监测终端的第二距离。
雷击点到分布式电流监测终端的距离的计算公式为：
Figure BDA0003869980820000145
其中，liCj为雷击点C到分布式电流监测终端i的距离，lij为分布式电流监测终端i到分布式电流监测终端j的距离，v为先导发展速度，ti为分布式电流监测终端i的行波到达时间，tj为分布式电流监测终端j的行波到达时间，i≠j。
主线内等均配置的分布式电流监测终端的间隔距离不超过2km。
本发明提供的多分支配电线路雷击故障定位系统，用于执行本发明提供的多分支配电线路雷击故障定位方法，其原理和所达到的技术效果，与本发明提供的多分支配电线路雷击故障定位方法相同，在此不再赘述。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多分支配电线路雷击故障定位方法，其特征在于，包括：
在多分支配电线路的主线两端和每条支线末端配置分布式电流监测终端，并在主线内等均配置能有效监测雷电行波信号的分布式电流监测终端；
获取各分布式电流监测终端采集的雷电流波形，根据雷电流波形分析多分支配电线路的雷电流衰减规律和主线路上雷电流极性关系，初步判断雷击点在主线上的区间位置；
对雷击点在主线上的区间位置的分布式电流监测终端的雷电流波形进行小波变换，根据小波变换结果提取各分布式电流监测终端的行波到达时间；
基于各分布式电流监测终端的行波到达时间，根据双端行波理论构建雷击支路判定矩阵，其中，雷击支路判定矩阵的元素的分子为雷击点到分布式电流监测终端的距离，分母为监测终端到与支路线路最远节点的距离；
根据雷击支路判定矩阵的矩阵特征和预置雷击判据判断雷击故障位置所在的支线，预置雷击判据为：
当雷击支路判定矩阵中任一支路对应的一行元素全部小于1，且对应的一列元素全部大于1时，则判定对应支路的分布式电流监测终端与支路线路节点之间的支路遭受雷击；
当任一支路始端所对应的一行元素全部小于1，同时分布式电流监测终端所对应的一列元素全部等于1时，则判定分布式电流监测终端所在的支线的节点或节点分支线遭受雷击；
当雷击支路判定矩阵中存在
Figure FDA0003869980810000011
且
Figure FDA0003869980810000012
时，则判定Ni和Ni-1所对应的节点Ti-1与Ti之间的线路遭受雷击，其中，
Figure FDA0003869980810000013
为第Ni行第Ni+m列的元素，
Figure FDA0003869980810000014
为第Ni行第Ni-1列的元素，k为支线末端的分布式电流监测终端的数量，Ni为第i个行下标编号，Ni+m为第i+m个列下标编号，Ni-n为第i-n个列下标编号，m和n均为大于0的整数，Ni-1为第i-1个行下标编号，Ti-1为第i-1个线路节点，Ti为第i个线路节点；
根据确定的雷击故障位置所在的支线，取雷击支路判定矩阵中对应行元素分子的平均值作为雷击故障点到达分布式电流监测终端的第一距离。
2.根据权利要求1所述的多分支配电线路雷击故障定位方法，其特征在于，根据确定的雷击故障位置所在的支线，取雷击支路判定矩阵中对应元素的平均值作为雷击故障点到达分布式电流监测终端的距离之后，还包括：
根据雷击故障点到达分布式电流监测终端的距离确定距离雷击故障点最近线路节点，取最近线路节点的另一分布式电流监测终端构成的双端网络，对双端网络进行双端雷电能量侵入定位，确定雷击故障点到达分布式电流监测终端的第二距离。
3.根据权利要求1所述的多分支配电线路雷击故障定位方法，其特征在于，雷击点到分布式电流监测终端的距离的计算公式为：
Figure FDA0003869980810000021
其中，liCj为雷击点C到分布式电流监测终端i的距离，lij为分布式电流监测终端i到分布式电流监测终端j的距离，v为先导发展速度，ti为分布式电流监测终端i的行波到达时间，tj为分布式电流监测终端j的行波到达时间，i≠j。
4.根据权利要求1所述的多分支配电线路雷击故障定位方法，其特征在于，主线内等均配置的分布式电流监测终端的间隔距离不超过2km。
5.一种多分支配电线路雷击故障定位仿真方法，其特征在于，包括：
依据目标10kV配电系统的线路参数构建多分支配电线路拓扑，根据线路参数和多分支配电线路拓扑建立多分支配电线路雷电过电压电磁暂态仿真分析模型；
采用权利要求1-4任一项所述的多分支配电线路雷击故障定位方法对多分支配电线路雷电过电压电磁暂态仿真分析模型进行基于多分支配电线路雷击故障定位的电磁暂态仿真。
6.根据权利要求5所述的多分支配电线路雷击故障定位仿真方法，其特征在于，多分支配电线路雷电过电压电磁暂态仿真分析模型包括频率相关参数线路模型、杆塔单一波阻抗模型、基于先导发展法的绝缘子串闪络模型和接地电阻模型。
7.一种多分支配电线路雷击故障定位系统，其特征在于，包括：
布点单元，用于在多分支配电线路的主线两端和每条支线末端配置分布式电流监测终端，并在主线内等均配置能有效监测雷电行波信号的分布式电流监测终端；
雷击区间确定单元，用于获取各分布式电流监测终端采集的雷电流波形，根据雷电流波形分析多分支配电线路的雷电流衰减规律和主线路上雷电流极性关系，初步判断雷击点在主线上的区间位置；
行波到达时间提取单元，用于对雷击点在主线上的区间位置的分布式电流监测终端的雷电流波形进行小波变换，根据小波变换结果提取各分布式电流监测终端的行波到达时间；
雷击支路判定矩阵构建单元，用于基于各分布式电流监测终端的行波到达时间，根据双端行波理论构建雷击支路判定矩阵，其中，雷击支路判定矩阵的元素的分子为雷击点到分布式电流监测终端的距离，分母为监测终端到与支路线路最远节点的距离；
雷击故障所在支线判断单元，用于根据雷击支路判定矩阵的矩阵特征和预置雷击判据判断雷击故障位置所在的支线，其中，预置雷击判据为：
当雷击支路判定矩阵中任一支路对应的一行元素全部小于1，且对应的一列元素全部大于1时，则判定对应支路的分布式电流监测终端与支路线路节点之间的支路遭受雷击；
当任一支路始端所对应的一行元素全部小于1，同时分布式电流监测终端所对应的一列元素全部等于1时，则判定分布式电流监测终端所在的支线的节点或节点分支线遭受雷击；
当雷击支路判定矩阵中存在
Figure FDA0003869980810000031
且
Figure FDA0003869980810000032
时，则判定Ni和Ni-1所对应的节点Ti-1与Ti之间的线路遭受雷击，其中，
Figure FDA0003869980810000033
为第Ni行第Ni+m列的元素，
Figure FDA0003869980810000034
为第Ni行第Ni-1列的元素，k为支线末端的分布式电流监测终端的数量，Ni为第i个行下标编号，Ni+m为第i+m个列下标编号，Ni-n为第i-n个列下标编号，m和n均为大于0的整数，Ni-1为第i-1个行下标编号，Ti-1为第i-1个线路节点，Ti为第i个线路节点；
雷击故障距离定位单元，用于根据确定的雷击故障位置所在的支线，取雷击支路判定矩阵中对应行元素分子的平均值作为雷击故障点到达分布式电流监测终端的第一距离。
8.根据权利要求7所述的多分支配电线路雷击故障定位系统，其特征在于，雷击故障距离定位单元还用于：
根据雷击故障点到达分布式电流监测终端的距离确定距离雷击故障点最近线路节点，取最近线路节点的另一分布式电流监测终端构成的双端网络，对双端网络进行双端雷电能量侵入定位，确定雷击故障点到达分布式电流监测终端的第二距离。
9.根据权利要求7所述的多分支配电线路雷击故障定位系统，其特征在于，雷击点到分布式电流监测终端的距离的计算公式为：
Figure FDA0003869980810000041
其中，liCj为雷击点C到分布式电流监测终端i的距离，lij为分布式电流监测终端i到分布式电流监测终端j的距离，v为先导发展速度，ti为分布式电流监测终端i的行波到达时间，tj为分布式电流监测终端j的行波到达时间，i≠j。
10.根据权利要求7所述的多分支配电线路雷击故障定位系统，其特征在于，主线内等均配置的分布式电流监测终端的间隔距离不超过2km。
CN202211192402.7A 2022-09-28 2022-09-28 一种多分支配电线路雷击故障定位方法、仿真方法和系统 Pending CN115586398A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211192402.7A CN115586398A (zh) 2022-09-28 2022-09-28 一种多分支配电线路雷击故障定位方法、仿真方法和系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211192402.7A CN115586398A (zh) 2022-09-28 2022-09-28 一种多分支配电线路雷击故障定位方法、仿真方法和系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115586398A true CN115586398A (zh) 2023-01-10

Family

ID=84777939

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211192402.7A Pending CN115586398A (zh) 2022-09-28 2022-09-28 一种多分支配电线路雷击故障定位方法、仿真方法和系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115586398A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117706280A (zh) * 2024-02-05 2024-03-15 南昌科晨电力试验研究有限公司 一种基于多源数据的配电线路雷击故障定位方法及系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117706280A (zh) * 2024-02-05 2024-03-15 南昌科晨电力试验研究有限公司 一种基于多源数据的配电线路雷击故障定位方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101290337B (zh) 一种高压直流输电线路雷电绕击与反击的识别方法
CN110309527B (zh) 一种基于电气几何模型的架空配电线路雷害风险评估方法
CN102565628B (zh) 基于雷电流幅值区间分布的架空线路雷击故障性质识别方法
CN102841280B (zh) 500kV同塔四回路输电线雷击跳闸率仿真方法
CN104502802A (zh) 输电线路雷击故障及雷击故障类型的识别方法及系统
CN105242133B (zh) 一种改进配电线路雷电跳闸率计算方法
CN110907755A (zh) 一种输电线路在线监测故障识别方法
CN103837769B (zh) 一种输电线路雷害预警方法及其系统
CN115586398A (zh) 一种多分支配电线路雷击故障定位方法、仿真方法和系统
CN112257238B (zh) 多重雷下的断路器绝缘受损风险评估方法及其装置
CN102175936B (zh) 一种配网避雷器给定置信水平下非限制性预期运行寿命评估方法
CN103048598A (zh) 输电线路杆塔反击耐雷性能的评估方法及装置
CN106019007A (zh) 一种基于多测点极电流行波的直流线路雷击闪络性质辨识方法
CN110320422B (zh) 一种基于多参量融合的线路避雷器动作可靠性评估方法
CN113109633B (zh) 基于分布式行波定位技术的输电线路雷击监测方法及系统
KR101099788B1 (ko) 송전선로 섬락 고장 판별 장치 및 방법
CN111239543B (zh) 一种基于雷击过电压陡度传变特性的故障定位方法
CN111239546B (zh) 一种雷击过电压在线测距及故障定位方法
CN104865502A (zh) 一种基于s变换的直流输电线路雷击类型辨识方法
CN104502804A (zh) 输电线路雷击故障及雷击故障类型的识别方法及系统
CN114896815A (zh) 针对多分支配电线路的雷电监测终端布点分析方法及装置
CN112083269A (zh) 一种基于电压相关性分析的10kV配电网雷击过电压辨识方法
CN108362977B (zh) 一种超特高压输电工程线路故障成因辨别方法及系统
CN111257686A (zh) 一种基于数据共享分析的智能跳闸分析系统
CN115407161A (zh) 一种配网线路雷击故障快速定位查找方法和系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination