CN103412240A - 一种不依赖波头辨识的同塔双回输电线路单端行波故障测距方法 - Google Patents

一种不依赖波头辨识的同塔双回输电线路单端行波故障测距方法 Download PDF

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CN103412240A CN2013103130820A CN201310313082A CN103412240A CN 103412240 A CN103412240 A CN 103412240A CN 2013103130820 A CN2013103130820 A CN 2013103130820A CN 201310313082 A CN201310313082 A CN 201310313082A CN 103412240 A CN103412240 A CN 103412240A
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Abstract

本发明提供一种不依赖波头辨识的同塔双回输电线路单端行波故障测距方法，属电力***继电保护技术领域。当同塔双回输电线路发生故障时，检测并记录各相电压行波数据；利用小波变换求取故障相电压行波模极大值，得到行波波头在时间轴上的分布；标定初始反极性行波波头，将其对应时刻作为基准时刻来计算介于故障初始行波波头和初始反极性行波波头之间同极性行波波头反映的距离；同时，以故障初始行波到达时刻作为基准时刻计算介于故障初始行波波头和初始反极性行波波头之间同极性行波波头反映的距离；找出两组距离中相近或相同的两对距离，再利用测后模拟的方法判别出真实反映故障位置的距离。

Description

一种不依赖波头辨识的同塔双回输电线路单端行波故障测距方法
技术领域
本发明涉及一种不依赖波头辨识的同塔双回输电线路单端行波故障测距方法，属于电力***继电保护技术领域。
背景技术
同塔双回输电线路因其工程造价低、占用走廊宽度小、建设周期短、运行维护简单、经济效益显著等优点，因此得到了广泛的应用。当双回线路故障时，精确的故障
测距方法对快速准确查找故障点，迅速排除故障和及时恢复线路供电具有重要的现实意义。
同塔双回输电线路行波法故障测距不外乎单端法和双端法。双端行波测距方法设备投入多、要求数据采集同步、需进行数据交换通讯，而传统单端行波测距方法虽然实现简便，无需通讯通道传送对端信息，但需要对故障点反射波进行准确辨识，否则会导致测距结果不正确。
发明内容
本发明针对上述问题，提出一种不依赖波头辨识的同塔双回输电线路单端行波故障测距方法。
本发明的技术方案是：一种不依赖波头辨识的同塔双回输电线路单端行波故障测距方法 ，其特征在于：当同塔双回输电线路发生故障时，检测并记录各相电压行波数据；利用小波变换求取故障相电压行波模极大值，得到行波波头在时间轴上的分布；标定初始反极性行波波头（与故障初始行波极性相反的波头），将其对应时刻作为基准时刻来计算介于故障初始行波波头和初始反极性行波波头之间同极性行波波头（与故障初始行波极性相同的波头）反映的距离；同时，以故障初始行波到达时刻作为基准时刻计算介于故障初始行波波头和初始反极性行波波头之间同极性行波波头反映的距离；找出两组距离中相近或相同的两对距离，再利用测后模拟的方法判别出真实反映故障位置的距离。
具体实施步骤如下：
（1）当同塔双回输电线路发生故障时，检测并记录各相电压行波数据，利用小波变换求取故障相电压行波模极大值，得到行波波头在时间轴上的分布；
（2）记故障初始行波波头对应的时刻为                                                
Figure 2013103130820100002DEST_PATH_IMAGE001
，记初始反极性行波波头对应的时刻为
Figure 398408DEST_PATH_IMAGE002
，记介于故障初始行波波头和初始反极性行波波头之间同极性行波波头对应的时刻从左到右依次为、
Figure 466989DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 2013103130820100002DEST_PATH_IMAGE005
……（n为同极性行波波头的个数）；以
Figure 721220DEST_PATH_IMAGE001
作为基准时刻，利用单端行波测距公式计算、
Figure 773806DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 764896DEST_PATH_IMAGE005
……
Figure 542359DEST_PATH_IMAGE006
反映的距离，记为
Figure 2013103130820100002DEST_PATH_IMAGE007
=[
Figure 960702DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 2013103130820100002DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 456406DEST_PATH_IMAGE010
……
Figure 2013103130820100002DEST_PATH_IMAGE011
]；
同理，以
Figure 923290DEST_PATH_IMAGE002
作为基准时刻，利用单端行波测距公式计算
Figure 883156DEST_PATH_IMAGE003
、、
Figure 249208DEST_PATH_IMAGE005
……
Figure 582100DEST_PATH_IMAGE006
反映的距离，记为
Figure 396472DEST_PATH_IMAGE012
=[
Figure 2013103130820100002DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 94301DEST_PATH_IMAGE014
、……
Figure 299017DEST_PATH_IMAGE016
]；
以
Figure 497918DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 104479DEST_PATH_IMAGE013
为例说明
Figure 35526DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 727539DEST_PATH_IMAGE012
的计算方法：
Figure 2013103130820100002DEST_PATH_IMAGE017
                              （1）
Figure 682462DEST_PATH_IMAGE018
                              （2）
式中，
Figure 143530DEST_PATH_IMAGE008
为以
Figure 245478DEST_PATH_IMAGE001
作为基准时刻，反映的距离；
Figure 965489DEST_PATH_IMAGE013
为以作为基准时刻，
Figure 881810DEST_PATH_IMAGE003
反映的距离；为行波传播速度。
（3）找出
Figure 220518DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 564912DEST_PATH_IMAGE012
这两组距离中相近或相同的两对距离，分别求取每一对相近或相同距离的平均值作为可能的故障距离，记为
Figure 734993DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 2013103130820100002DEST_PATH_IMAGE021
；
（4）在仿真模型中，分别假设线路距离量测端
Figure 441394DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 329715DEST_PATH_IMAGE021
处故障，记录量测端检测到的故障电压行波；求取模拟故障电压行波与实际电压行波的信号距离度；将较小信号距离度对应的距离判断为是真实反映故障位置的距离，记为
Figure 212221DEST_PATH_IMAGE022
。
本发明的原理是：
1、疑似故障距离的求取
同塔双回输电线路发生故障，量测端检测到的故障电压行波包含故障点发射波、健全线路反射波及故障初始行波经健全线路透射到量测端的行波，根据行波的折反射规律，这些波头皆与故障初始行波极性相同，不能利用极性来识别这几类行波，增加了传统单端行波测距的难度。
本发明不考虑健全线路的二次反射波，即，量测端母线其他健全出线的长度大于同塔双回输电线路长度的
Figure 2013103130820100002DEST_PATH_IMAGE023
，则初始反极性行波反映的必然是同塔双回线路的长度，且与故障位置无关，其行波路径如图2所示，因此可将初始反极性行波的到达时刻作为基准时刻。以初始行波到达时刻作为基准时刻，按照权利要求2的步骤（2）计算得到一组距离
Figure 440071DEST_PATH_IMAGE007
；同理，以初始反极性行波到达时刻作为基准时刻，计算得到另一组距离
Figure 320302DEST_PATH_IMAGE012
。根据行波的传播路径，无论是在距离
Figure 758237DEST_PATH_IMAGE007
还是
Figure 382116DEST_PATH_IMAGE012
中，总存在反映首端M到故障点的距离和反映末端N到故障点的距离，即，在
Figure 526790DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 640239DEST_PATH_IMAGE012
这两组距离中能找出两对相近或相同的距离，求取每一对相近或相同距离的平均值作为疑似故障距离
Figure 503153DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 727461DEST_PATH_IMAGE021
。
2、利用信号距离度表征模拟故障电压行波和实测故障电压行波的差异性
离散模拟故障电压行波（记为
Figure 995150DEST_PATH_IMAGE024
）与实测故障电压行波（记为
Figure 2013103130820100002DEST_PATH_IMAGE025
）的距离度定义为：
Figure 951604DEST_PATH_IMAGE026
                           （1）
式中，n=1、2、3……N，N为采样序列长度
Figure 2013103130820100002DEST_PATH_IMAGE027
值越大，说明
Figure 301814DEST_PATH_IMAGE024
与
Figure 267496DEST_PATH_IMAGE025
的差异性越大；值越小，说明
Figure 842014DEST_PATH_IMAGE024
与的差异性越小。
3、基于测后模拟思想的真实故障距离的判别
在仿真模型中分别假设距离量测端
Figure 980052DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 219403DEST_PATH_IMAGE021
处故障，将量测端检测到的电压行波作为模
拟故障电压行波求取其与实测故障电压行波的距离度，选取较小距离度对应的距离判断为是真实反映故障位置的距离。
本发明的有益效果是：
1、本方法采用的是单端行波测距，克服了双端行波测距设备投入多，要求数据采集同步，需进行数据交换通讯等问题和不足；
2、本发明实现的单端行波故障测距方法不依赖行波波头的辨识，测距结果可靠；
3、本发明提出的测距方法，可应用于双回线路发生单回线故障的情况，也可应用于双回线非同名相跨线故障测距。
附图说明
图1为本发明同塔双回输电线路结构示意图；
图2为本发明初始反极性行波传播路径图；
图3 为本发明实施例1中量测端检测到的故障电压行波及其模极大值在时间轴上的分布图；
图4为本发明实施例1中模拟故障电压行波与实际故障电压行波的波形图；
图5为本发明实施例2中量测端检测到的故障电压行波及其模极大值在时间轴上的分布图；
图6为本发明实施例2中模拟故障电压行波与实际故障电压行波的波形图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
一种不依赖波头辨识的同塔双回输电线路单端行波故障测距方法 ，其特征在于：当同塔双回输电线路发生故障时，检测并记录各相电压行波数据；利用小波变换求取故障相电压行波模极大值，得到行波波头在时间轴上的分布；标定初始反极性行波波头（与故障初始行波极性相反的波头），将其对应时刻作为基准时刻来计算介于故障初始行波波头和初始反极性行波波头之间同极性行波波头（与故障初始行波极性相同的波头）反映的距离；同时，以故障初始行波到达时刻作为基准时刻计算介于故障初始行波波头和初始反极性行波波头之间同极性行波波头反映的距离；找出两组距离中相近或相同的两对距离，再利用测后模拟的方法判别出真实反映故障位置的距离。
具体实施步骤如下：
（1）当同塔双回输电线路发生故障时，检测并记录各相电压行波数据，利用小波变换求取故障相电压行波模极大值，得到行波波头在时间轴上的分布；
（2）记故障初始行波波头对应的时刻为
Figure 783239DEST_PATH_IMAGE001
，记初始反极性行波波头对应的时刻为
Figure 904779DEST_PATH_IMAGE002
，记介于故障初始行波波头和初始反极性行波波头之间同极性行波波头对应的时刻从左到右依次为
Figure 209334DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 365509DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 100247DEST_PATH_IMAGE005
……（n为同极性行波波头的个数）；以
Figure 554679DEST_PATH_IMAGE001
作为基准时刻，利用单端行波测距公式计算、、
Figure 442498DEST_PATH_IMAGE005
……
Figure 154102DEST_PATH_IMAGE006
反映的距离，记为
Figure 956973DEST_PATH_IMAGE007
=[
Figure 95830DEST_PATH_IMAGE008
、、
Figure 61130DEST_PATH_IMAGE010
……
Figure 780824DEST_PATH_IMAGE011
]；
同理，以
Figure 28266DEST_PATH_IMAGE002
作为基准时刻，利用单端行波测距公式计算
Figure 98990DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 90080DEST_PATH_IMAGE004
、……
Figure 348203DEST_PATH_IMAGE006
反映的距离，记为
Figure 843906DEST_PATH_IMAGE012
=[
Figure 435425DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 67394DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 922218DEST_PATH_IMAGE015
……
Figure 701955DEST_PATH_IMAGE016
]；
以
Figure 34847DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 849220DEST_PATH_IMAGE013
为例说明
Figure 606436DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 873469DEST_PATH_IMAGE012
的计算方法：
                              （1）
Figure 678931DEST_PATH_IMAGE018
                              （2）
式中，为以
Figure 301990DEST_PATH_IMAGE001
作为基准时刻，
Figure 976685DEST_PATH_IMAGE003
反映的距离；
Figure 500071DEST_PATH_IMAGE013
为以
Figure 867598DEST_PATH_IMAGE002
作为基准时刻，
Figure 46907DEST_PATH_IMAGE003
反映的距离；
Figure 322030DEST_PATH_IMAGE019
为行波传播速度。
（3）找出
Figure 903184DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 178963DEST_PATH_IMAGE012
这两组距离中相近或相同的两对距离，分别求取每一对相近或相同距离的平均值作为可能的故障距离，记为
Figure 907885DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 924382DEST_PATH_IMAGE021
；
（4）在仿真模型中，分别假设线路距离量测端
Figure 360043DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 131690DEST_PATH_IMAGE021
处故障，记录量测端检测到的故障电压行波；求取模拟故障电压行波与实际电压行波的信号距离度；将较小信号距离度对应的距离判断为是真实反映故障位置的距离，记为。
如图1所示的输电***，设定网络电压等级为500kV，测量端为I回线路M端，输电线路的长度为140km，量测端母线其他健全出线的长度分别为：
Figure 840200DEST_PATH_IMAGE028
=75km，
Figure 2013103130820100002DEST_PATH_IMAGE029
=95km，PM为120km。
实施例1：同塔双回输电线路I回线路距离量测端M 50km处发生A相金属性接地故障，量测端M检测并记录故障后1.5ms的行波数据，故障电压行波及其小波变换模极大值如图3所示。
1、按照权利要求2的步骤（2），以故障初始行波到达时刻作为基准时刻，计算各同极性波头反映的距离：
Figure 130367DEST_PATH_IMAGE007
=[50.36，74.65，89.70，94.62，100.87，115.18，121.29，125.16]km；
同样，以初始反极性行波到达时刻作为基准时刻，计算各同极性行波波头反映的距离：
Figure 72915DEST_PATH_IMAGE012
=[89.85，65.56，50.51，45.59，39.34，25.03，18.92，15.05]km。
2、按照权利要求书步骤（3），找出、这两组距离中相近或相同的两对距离，分别求取每一对相近或相同距离的平均值作为可能的故障距离，记为
Figure 279403DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 327606DEST_PATH_IMAGE021
。
本实施例中，（50.36和50.51）、（89.70和89.85）为距离相近或相同的两对距离，则
Figure 252836DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 2013103130820100002DEST_PATH_IMAGE031
。
3、按照权利要求书步骤（4），在仿真模型中，分别假设线路距离量测端
Figure 352510DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 351690DEST_PATH_IMAGE021
处
故障，
Figure 573724DEST_PATH_IMAGE020
处故障时的模拟故障电压行波（如图4（b）中红色虚线所示），求其与实际电压行波（如图4（b）中蓝色实线所示）的信号距离度=29.82；同理，
Figure 889616DEST_PATH_IMAGE021
处故障时的模拟故障电压行波（如图4（a）中红色虚线所示），求其与实际电压行波（如图4（a）中蓝色实线所示）的信号距离度
Figure 2013103130820100002DEST_PATH_IMAGE033
=58.20。
因为
Figure 649080DEST_PATH_IMAGE032
<
Figure 838753DEST_PATH_IMAGE033
，因此将
Figure 676259DEST_PATH_IMAGE020
判断为是真实反映故障位置的距离，则
Figure 180052DEST_PATH_IMAGE022
=50.44km，与实际故障距离50km相差440m，测距精度高。
式中，
Figure 481721DEST_PATH_IMAGE032
为假设
Figure 717661DEST_PATH_IMAGE020
处故障的模拟故障电压行波与实际电压行波的信号距离度；
Figure 42463DEST_PATH_IMAGE033
为假设
Figure 347018DEST_PATH_IMAGE021
处故障的模拟故障电压行波与实际电压行波的信号距离度。
实施例2：同塔双回输电线路I回线路距离量测端M 90km处发生A相金属性接地故障，量测端M检测并记录故障后1.5ms的行波数据，故障电压行波及其小波变换模极大值如图5所示。
1、按照权利要求2的步骤（2），以故障初始行波到达时刻做为基准时刻，计算各同极性波头反映的距离：
Figure 237614DEST_PATH_IMAGE007
=[ 50.16，74.64，90.14，94.76，100.27，115.03，121.29，124.71]km；
同样，以初始反极性行波到达时刻作为基准时刻，计算各同极性行波波头反映的距离：
Figure 972351DEST_PATH_IMAGE012
=[ 90.18，65.56，50.06，45.44，39.93，25.18，18.92， 15.49]km。
2、按照权利要求书步骤（3），找出
Figure 518870DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 692363DEST_PATH_IMAGE012
这两组距离中相近或相同的两对距离，分别求取每一对相近或相同距离的平均值作为可能的故障距离，记为、
Figure 546366DEST_PATH_IMAGE021
。
本实施例中，（50.16和50.06）、（90.14和90.18）为距离相近或相同的两对距离，则
Figure 580181DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 2013103130820100002DEST_PATH_IMAGE035
。
3、按照权利要求书步骤（4），在仿真模型中，分别假设线路距离量测端
Figure 229469DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 32340DEST_PATH_IMAGE021
处
故障，
Figure 171197DEST_PATH_IMAGE020
处故障时的模拟故障电压行波（如图6（a）中红色虚线所示），求其与实际电压行波（如图6（a）中蓝色实线所示）的信号距离度
Figure 695238DEST_PATH_IMAGE032
=27.26；同理，
Figure 944953DEST_PATH_IMAGE021
处故障时的模拟故障电压行波（如图6（b）中红色虚线所示），求其与实际电压行波（如图6（b）中蓝色实线所示）的信号距离度
Figure 867910DEST_PATH_IMAGE033
=0.8。
因为
Figure 115352DEST_PATH_IMAGE033
<
Figure 186076DEST_PATH_IMAGE032
，因此将
Figure 177166DEST_PATH_IMAGE020
判断为是真实反映故障位置的距离，则=90.16km，与实际故障距离90km相差160m，测距误差小。
式中，
Figure 16946DEST_PATH_IMAGE032
为假设
Figure 435289DEST_PATH_IMAGE020
处故障的模拟故障电压行波与实际电压行波的信号距离度；
Figure 665413DEST_PATH_IMAGE033
为假设
Figure 460194DEST_PATH_IMAGE021
处故障的模拟故障电压行波与实际电压行波的信号距离度。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.一种不依赖波头辨识的同塔双回输电线路单端行波故障测距方法 ，其特征在于：当同塔双回输电线路发生故障时，检测并记录各相电压行波数据；利用小波变换求取故障相电压行波模极大值，得到行波波头在时间轴上的分布；标定初始反极性行波波头，将其对应时刻作为基准时刻来计算介于故障初始行波波头和初始反极性行波波头之间同极性行波波头反映的距离；同时，以故障初始行波到达时刻作为基准时刻计算介于故障初始行波波头和初始反极性行波波头之间同极性行波波头反映的距离；找出两组距离中相近或相同的两对距离，再利用测后模拟的方法判别出真实反映故障位置的距离。
2.根据权利要求1所述的不依赖波头辨识的同塔双回输电线路单端行波故障测距方法，其特征在于，具体实施步骤如下：
（1）当同塔双回输电线路发生故障时，检测并记录各相电压行波数据，利用小波变换求取故障相电压行波模极大值，得到行波波头在时间轴上的分布；
（2）记故障初始行波波头对应的时刻为                                                
Figure 2013103130820100001DEST_PATH_IMAGE001
，记初始反极性行波波头对应的时刻为
Figure 380092DEST_PATH_IMAGE002
，记介于故障初始行波波头和初始反极性行波波头之间同极性行波波头对应的时刻从左到右依次为
Figure 2013103130820100001DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 198007DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 2013103130820100001DEST_PATH_IMAGE005
……
Figure 698258DEST_PATH_IMAGE006
；以
Figure 118875DEST_PATH_IMAGE001
作为基准时刻，利用单端行波测距公式计算
Figure 404494DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 517944DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 505491DEST_PATH_IMAGE005
……反映的距离，记为
Figure 2013103130820100001DEST_PATH_IMAGE007
=[、、
Figure 823450DEST_PATH_IMAGE010
……
Figure 2013103130820100001DEST_PATH_IMAGE011
]；
同理，以
Figure 49026DEST_PATH_IMAGE002
作为基准时刻，利用单端行波测距公式计算
Figure 77025DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 320924DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 323646DEST_PATH_IMAGE005
……
Figure 223469DEST_PATH_IMAGE006
反映的距离，记为
Figure 851897DEST_PATH_IMAGE012
=[
Figure 2013103130820100001DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 793763DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 2013103130820100001DEST_PATH_IMAGE015
……
Figure 216654DEST_PATH_IMAGE016
]；
以
Figure 416822DEST_PATH_IMAGE008
、为例说明、
Figure 349640DEST_PATH_IMAGE012
的计算方法：
Figure 2013103130820100001DEST_PATH_IMAGE017
                              （1）
Figure 20793DEST_PATH_IMAGE018
                              （2）
式中，
Figure 194285DEST_PATH_IMAGE008
为以
Figure 18016DEST_PATH_IMAGE001
作为基准时刻，
Figure 985972DEST_PATH_IMAGE003
反映的距离；
Figure 144421DEST_PATH_IMAGE013
为以
Figure 666145DEST_PATH_IMAGE002
作为基准时刻，
Figure 531332DEST_PATH_IMAGE003
反映的距离；
Figure 2013103130820100001DEST_PATH_IMAGE019
为行波传播速度。
3.（3）找出、
Figure 128984DEST_PATH_IMAGE012
这两组距离中相近或相同的两对距离，分别求取每一对相近或相同距离的平均值作为可能的故障距离，记为
Figure 441017DEST_PATH_IMAGE020
、；
（4）在仿真模型中，分别假设线路距离量测端
Figure 239340DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 549098DEST_PATH_IMAGE021
处故障，记录量测端检测到的故障电压行波；求取模拟故障电压行波与实际电压行波的信号距离度；将较小信号距离度对应的距离判断为是真实反映故障位置的距离，记为
Figure 682139DEST_PATH_IMAGE022
。
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