一种基于行波幅值衰减理论的输电线路故障定位方法

摘要

本发明提供的一种基于行波幅值衰减理论的输电线路故障定位方法，可利用行波在线路上传播过程中幅值呈指数性不断衰减的原理对输电线路故障点进行判断，方法简便，使线路行波监测装置整体简化，可行性更高，并且故障定位方法简单，易于计算和验证。

说明书

技术领域

本发明涉及输电线路故障定位技术领域，尤其涉及一种基于行波幅值衰减理论的输电线路故障定位方法。

背景技术

目前线路故障行波定位分为行波单端或双端定位法，单端法根据故障点行波第一次到达线路上行波定位装置的时间和反射后到达装置的时间，以及行波在线路上的传播速度来计算故障点到行波定位装置的距离，由于行波在特征阻抗变化处折反射情况比较复杂，在很多线路结构和故障情况下，无法采用；双端法根据线路故障点行波到达故障点两端线路上行波定位装置的时间以及行波在线路上的传播速度来计算故障点位置，由于母线两端都只检测第一个到达的行波，线路过渡电阻、系统运行方式、分布电容等造成的影响较小，因而得到广泛采用。

行波双端定位需要准确获取行波波头的绝对时刻，因此行波双端定位装置通常采用高精度的GPS时钟，精度需要达到100ns以内，然而由于故障点产生的暂态行波近似为具有连续频谱的阶跃信号，其中的高频分量速度快，低频分量速度慢，从而高频分量先到达测量点，低频分量后到达测量点，给行波波头到达时间的精确标定带来了困难，此外GPS时钟精确对时导致算法复杂，计算成本高，实现困难，适用性不强，行波定位装置安装了高精度的GPS模块不但功耗升高，而且使装置系统复杂化，大大增加行波双端定位装置的重量和维护成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于行波幅值衰减理论的输电线路故障定位方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于行波幅值衰减理论的输电线路故障定位方法，可利用行波在线路上传播过程中幅值呈指数性不断衰减的原理对输电线路故障点进行判断，具体步骤为：

S1、在输电线路两端的变电站设置行波监测设备，同时在输电线路上任一位置也设置行波监测设备；

S2、发生故障时，比较输电线路两端的行波监测设备以及中间任一位置的行波监测设备所采集的行波电路的主波头极性，获取故障区间；

S3、获取所述输电线路两端的行波监测设备之间的物理距离，获取所述输电线路任一端的行波监测设备与输电线路中间任一位置的行波监测设备之间的物理距离；

S4、分别采集输电线路两端的行波监测设备所检测的行波幅值以及输电线路中间位置的行波监测设备所检测的行波幅值，获取上述三点的行波幅值表达式；

S5、根据输电线路上两段行波监测设备之间的物理距离、以及所述输电线路任一端的行波监测设备与输电线路中间任一位置的行波监测设备的物理距离、线路两端采集的故障行波幅值表达式和主波头极性，计算出故障点的位置。

优选的，所述步骤S2中，获取故障区间的方法为：将输电线路中间任一位置视为B点，通过输电线路两端的行波监测设备获的输电线路两端的行波电流极性，通过输电线路B点的行波监测设备获取B点的行波电流极性，对输电线路两端行波电流极性以及输电线路B点行波电流极性进行比较，极性相反的区域为故障区间。

优选的，所述对输电线路两端行波电流极性以及输电线路B点行波电流极性进行比较的方法为，比较上述三点的极性正负，将极性正负相反的端点视为A点，将极性正负相同的端点视为C点，极性故障区间即为AB段。

优选的，步骤S4中，所述输电线路两端的行波监测设备所检测的行波幅值即为A、C两点所检测的行波幅值，A、C两点的行波幅值表达式分别为：

M_A＝M*e^-β(X)

M_c＝M*e^-β(L-X)

式中，M为故障点行波幅值大小，L为A、C两点之间物理距离，β为行波幅值衰减速度，e^-β(X)为A点的衰减系数，e^-β(L-X)为C点的衰减系数，X为故障点到行波测量点A的距离。

优选的，步骤S4中，所述输电线路中间位置的行波监测设备所采集的行波的幅值即为B点所检测的行波幅值，B点的行波幅值表达式为：

式中，M为故障点行波幅值大小，L_AB为A、B之间的物理距离，β为行波幅值衰减速度，为B点的衰减系数，X为故障点到行波测量点A的距离。

优选的，根据A、B、C三点的行波幅值表达式，可获得故障点与A点的距离X的表达式，具体为：

式中，L为A、C两点之间物理距离，L_AB为A、B之间的物理距离，M_A为A点的行波幅值表达式，M_B为B点的行波幅值表达式，M_C为C点的行波幅值表达式。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果如下：

本发明提供的一种基于行波幅值衰减理论的输电线路故障定位方法，不需要高精度的行波采集时间，脱离输电杆塔监测装置对GPS模块的需求，利用故障行波在线路传播过程中幅值呈指数性衰减的规律，在线路两端及中间任意一点采集行波电流，用波头极性判断故障区间后，仅使用3个监测点行波幅值就能计算出故障点位置，方法简便，使线路行波监测装置整体简化，可行性更高，并且故障定位方法简单，易于计算和验证。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种基于行波幅值衰减理论的输电线路故障定位方法的流程图；

图2为本发明实施例所公开的输电线路故障仿真模型示意图；

图3为本发明实施例所公开的A、B、C三点的主波波头波形图。

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。

参见图1，一种基于行波幅值衰减理论的输电线路故障定位方法，可利用行波在线路上传播过程中幅值呈指数性不断衰减的原理对输电线路故障点进行判断，具体步骤为：

S1、在输电线路两端的变电站设置行波监测设备，同时在输电线路任一位置也设置行波监测设备；

S2、发生故障时，比较输电线路两端的行波监测设备以及中间任一位置的行波监测设备所采集的行波电路的主波头极性，获取故障区间，具体方法为，线路发生故障，故障点产生暂态行波，向线路两侧传播，则输电线路任一位置行波监测设备和输电线路两端行波监测设备均能采集到故障行波电流，将输电线路任一位置视为B点，通过输电线路两端的行波监测设备获得行波电流极性，通过输电线路B点的行波监测设备获取行波电流极性，对输电线路两端行波电流极性以及输电线路B点行波电流极性进行比较，具体比较上述三点的极性正负，将极性正负相反的端点视为A点，将极性正负相同的端点视为C点，将极性故障区间即为AB段，AB段即为故障区间；

S3、获取所述输电线路两端的行波监测设备之间的物理距离，即A、C之间的距离，在本发明的一个实施例中，A、C之间的距离为15Km，获取所述输电线路任一端的行波监测设备与输电线路中间任一位置的行波监测设备的物理距离，即A、B之间的距离，在本本发明的一个实施例中，A、C之间的距离为10Km。

S4、分别采集输电线路两端的行波监测设备所检测的行波幅值以及输电线路中间位置的行波监测设备所检测的行波幅值，具体方法为，根据行波幅值在线路上呈指数性衰减的理论，设行波幅值衰减速度为β，则其衰减系数α＝e^-βL，其中L为故障点到行波测量点的距离，若故障点行波幅值为M_o，则可采用下列公式计算测量点L处的行波幅值M：

M＝M₀*e^-β(L)

所以在本实施例中，对A、B、C三点可采用下列公式对行波幅值进行表达：

M_A＝M*e^-β(X)

M_C＝M*e^-β(L-X)

式中，M为故障点行波幅值大小，L为A、C两点之间物理距离，，L_AB为A、B之间的物理距离，β为行波幅值衰减速度，e^-β(X)为A点的衰减系数，为B点的衰减系数，e^-β(L-X)为C点的衰减系数，X为故障点到行波测量点的距离。

S5、根据输电线路上两段行波监测设备之间的物理距离、以及所述输电线路任一端的行波监测设备与输电线路中间任一位置的行波监测设备的物理距离及线路两端采集的故障行波的幅值大小和主波头极性，获取故障点到行波测量点的距离X的表达式，具体表达式为：

式中，L为A、C两点之间物理距离，L_AB为A、B之间的物理距离，M_A为A点的行波幅值，M_B为B点的行波幅值，M_C为C点的行波幅值，X为故障点与A点的距离。

为了验证本发明的正确率，建立如图2所示的输电线路故障仿真模型，选取15km线路，两端为A、C点，在线路中间距离A点10km处取点为B，在AB间距离A点1.6km处注入一行波信号M，采集到A、B、C三点的主波波头波形如图3所示，从图2可见B点与A点主波波头极性相反，B点与C点主波波头极性相同，符合步骤S2中对故障区间的判断。

获取A、B、C三点所检测的行波幅值，所获得的结果如表1所示：

表1行波幅值结果

检测点行波幅值A458.7133B417.5499C389.5027

根据步骤S4中的A、B、C三点的行波幅值表达式，计算出步骤S5中的故障点与A点的距离X的表达式，将表1的数据带入故障点与A点的距离X的表达式中，可得到X＝1.6196Km，与实际故障距离相比，相对误差为1.2％，绝对误差在20m内，达到输电线路故障精确定位要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。