CN109490706A - 一种多分支输电线路故障定位方法 - Google Patents

Abstract

一种多分支输电线路故障定位方法，采用行波测距实现故障点的初步定位，得到故障点与行波测点之间的故障距离，筛选电网输电线路，得到所有与行波测点之间的距离等于该故障距离的线路位置，利用各个终端测量装置测量得到的实际零序电流值，推算出与可能的故障位置对应的各个终端测量装置的理论零序电压值，计算与可能的故障位置对应的各个终端测量装置的理论零序电压值与实际零序电压值之间的偏差，记为零序电压值偏差，比较所有的零序电压值偏差，最小的零序电压值偏差对应的可能的故障位置即为真实的故障位置。本发明有效的保证了故障定位精度，弥补了行波测距在多分支线路中的缺点，实现快速简洁的故障定位。

Description

一种多分支输电线路故障定位方法

技术领域

本发明涉及输电线路故障定位技术领域，尤其涉及一种多分支输电线路故障定位方法。

背景技术

在电力***中，当输电线路发生短路故障后，需要依靠故障定位技术查找故障点，从而对故障点进行及时修复，保证电网的供电可靠性。目前，现有的故障定位技术无论是阻抗法还是行波法，其测距应用范围比较窄，都是在单一线路或则简单网络中进行故障定位，不能适用于多分支线路。而目前随着电网的互联，多分支线路结构已经十分普遍，因此有必要针对多分支线路，发明一种故障定位方法。

在所有的故障定位技术中，定位精度较好的为行波定位技术。但在行波定位技术中，无论是单端行波法，或者双端行波法，如果强行用于多分支线路中，必须在电网的多个位置都装设行波测点，双端法则必须是同步行波测点，并且装设的测点数量以及装设位置能保证对全网线路进行检测。在此情况下，可以根据各个测点单独的故障定位结果，综合考虑，确定出真实的故障位置所在。但由于该思路为了实现时间测量需在每个多个位置安装高精度实时行波测量或录波装置，这对于大量的配网线路来说投资巨大。此外，如果故障波形或时间测不准，则误差仍然会较大，各个行波测点的结果之间将达不到互相配合甚至是矛盾的，反而达不到精确定位的效果，此外，该思路在主网输电线路尚且都不能完全做到，如果推广到一般性质的多分支线路中，其难度将更加巨大。因此，采用此种方法来解决多分支输电线路上的故障定位问题不仅不可行也没有必要。

综上所述，针对多分支输电线路，目前尚未发现能够解决很好解决其故障定位的方法。所以急需一种快速有效地实现多分支输电线路故障定位的方法。

发明内容

本发明提供一种多分支输电线路故障定位方法，有效的保证了故障定位精度，弥补了行波测距在多分支线路中的缺点，实现快速简洁的故障定位。

为了达到上述目的，本发明提供一种多分支输电线路故障定位方法，包含以下步骤：

在电网发生故障时，提取行波测点的故障数据进行行波测距，得到故障点与行波测点之间的故障距离；

根据计算得到的故障点与行波测点之间的故障距离，筛选电网输电线路，得到所有与行波测点之间的距离等于该故障距离的线路位置，作为可能的故障位置；

利用各个终端测量装置测量得到的实际零序电流值，推算出在可能的故障位置下的各个分支输电线路的零序电流值，进而计算出各个分支输电线路对应的零序电压降，再进一步推算出与可能的故障位置对应的各个终端测量装置的理论零序电压值；

计算与可能的故障位置对应的各个终端测量装置的理论零序电压值与实际零序电压值之间的偏差，记为零序电压值偏差；

比较所有的零序电压值偏差，最小的零序电压值偏差对应的可能的故障位置即为真实的故障位置。

行波测点设置在任意一个终端测量装置上。

所述的计算与可能的故障位置对应的各个终端测量装置的理论零序电压值的方法包含以下步骤：

假设有n个可能的故障位置，对其进行依次编号：1、2、…、i、…、n；假设有m个终端测量装置，对其进行依次编号：1、2、…、j、…、m；对多分支输电线路中的k个中间节点依次编号M1、M2、…、Mk；首先假设各个分支输电线路上的零序电流初始值为0；

步骤1、针对可能存在的故障位置i，计算出终端测量装置j到可能的故障位置i所经过的具体路径，假设其路径为j-M3-M5-M2-i；

步骤2、将在终端测量装置j上测量得到的零序电流I_j依次叠加到步骤S4.1中确定下来的路径中的各个分支输电线路：j-M3、M3-M5、M5-M2、M2-i；

步骤3、重复步骤1和步骤2，将所有的终端测量装置1～m到故障位置i的路径都分别计算出来，并且得到各个分支输电线路上最终叠加后的零序电流值；

步骤4、将各个分支输电线路的零序电流值乘以其对应分支输电线路的零序阻抗，得到分支输电线路的零序电压降，并通过步骤1计算得到的路径反向依次累减，得到测量装置j对应的理论零序电压值；其他测量装置对应的理论零序电压值依次类推计算；最终将在可能的故障位置i下的所有终端测量装置1～m的理论零序电压值保存为一组数据。

所述的计算可能的故障位置对应的各个终端测量装置的理论零序电压值与实际零序电压值之间的偏差的方法包含以下步骤：

步骤1、以编号为i的可能故障位置对应的理论零序电压值为例，针对某一终端测量装置j的实际零序电压，以直角坐标的形式表示：其对应的理论零序电压为：采用计算其差值，式中，为实际零序电压相量；X_r为实际零序电压相量的实部；X_i为实际零序电压相量的虚部；为理论零序电压相量；X_r＇为理论零序电压相量的实部；X_i＇为理论零序电压相量的虚部；

步骤2、计算所有的终端测量装置的差值：E1、E2、…、Ej、…、Em；

步骤3、求和Si＝E1+E2+…+Ej+Em，得到编号为i的可能的故障位置对应的各个终端测量装置的整体偏差Si。

本发明运用行波测距与网络终端测量装置的零序电流判据相结合的方法，不仅仅利用了行波测距定位精度高的优点，而且通过引入零序电流、电压对虚假故障点进行识别并排除来弥补行波测距在多分支线路中的缺点，将行波测距的应用范围拓展到了多分支输电线路故障定位中，能有效地实现在多分支输电线路发生短路故障后，准确地识别出故障位置所在，适用于目前复杂电网(不包括架空线-电缆混合情况)结构中线路发生不对称接地短路故障后难以确认故障位置的场合。

附图说明

图1是本发明提供的一种多分支输电线路故障定位方法的流程图。

图2是行波测距方法的流程图。

图3是理论零序电压值计算方法的流程图。

图4是理论零序电压值与实际零序电压值之间的偏差计算方法的流程图。

具体实施方式

以下根据图1～图4，具体说明本发明的较佳实施例。

目前行波法中无论是在高频采样装置的制造上，或者在行波的波头识别方法准确性上都有了显著提升，从而保证了行波法能够得到较高的定位精度。这为行波法在输电线路故障定位方面提供了广大的应用前景。虽然行波测距在多分支输电线路上的应用受到限制，但在本发明中，首先利用行波测距实现故障距离的测量，再结合本发明提出的其他识别方法进行虚假故障点的判断，从而不仅保证了高故障定位精度的优势，此外，还将其应用范围拓展到了其不擅长的多分支输电线路中。而本发明的基础是需要一个行波测点进行行波测量，以及电网其他的各个终端的测量装置测量得到的零序电流以及零序电压。

如图1所示，本发明提供一种多分支输电线路故障定位方法，包含以下步骤：

步骤S1、采集电网中各个终端测量装置的电气量故障数据(零序电流数据和零序电压数据)；

步骤S2、在电网中任意选择一个终端测量装置来设置行波测点(只需要选择一个终端作为测点即可，可以选择与***相连的母线作为该行波测点)，并在电网发生故障时，提取行波测点的故障数据进行行波测距，得到故障点与行波测点之间的故障距离；

步骤S3、根据计算得到的故障点与行波测点之间的故障距离，筛选电网输电线路，得到所有与行波测点之间的距离等于该故障距离的线路位置，作为可能的故障位置；

步骤S4、针对某一个可能的故障位置，利用各个终端测量装置测量得到的实际零序电流值，推算出在该可能的故障位置下的各个分支输电线路的零序电流值，进而计算出各个分支输电线路对应的零序电压降，再进一步推算出各个终端测量装置的理论零序电压值；

步骤S5、将步骤4中计算得到的某一个可能的故障位置对应的各个终端测量装置的理论零序电压值与测量得到的实际零序电压值进行对比，计算理论零序电压值与实际零序电压值之间的偏差，记为零序电压值偏差；

步骤S6、重复步骤S4～S5，得到所有的可能的故障位置所对应的零序电压值偏差，比较零序电压值偏差，最小的零序电压值偏差对应的可能的故障位置即为真实的故障位置。

步骤S2中，本发明只需要行波测距能够实现故障距离的计算，无需得到具体的故障位置所在。因此，需要选择合适的行波测距方法。目前，行波固有频率法虽然不能应用在多分支线路，但在多分支线路下，可以不受多个行波的混合干扰，判断出故障点到行波测点的故障距离，从而将多分支线路中存在的多个可能故障点位置筛选出来。

如图2所示，所述的行波测距方法包含以下步骤：

步骤S2.1、提取行波测点的故障电气量；

步骤S2.2、进行故障电气量的相序分解，采用凯伦布尔变换分解得到0、ɑ、β模量(0、ɑ、β模量是对A、B、C三相进行相模变换，从而将三相线路相互耦合的A、B、C三相电气量变为解耦的模量，各模量之间相互独立，类似于正序、负序、零序分量)；

步骤S2.3、取适当的模量，进行行波各频率分量计算(计算固有频率的方法有很多，包括后向预测Prony算法、多信号分类(Multiple Single Classification，MUSIC)算法变分模态分解(VMD)等等，目前VMD算法可靠性较高)，其中频率分量中最大值对应的即为行波固有频率主成分，该成分对应的即为故障点到行波测点之间的折反射波形成的频率分量，其频率与故障距离的对应关系为：l_f＝(θ₁-θ_f)v_k/f_k，式中，l_f为故障距离，θ₁、θ_f分别为母线测量端与故障点对应的反射角；v_k为固有频率主成分f_k对应的波速；f_k为固有频率主成分；

步骤S2.4、根据行波固有频率主成分与故障距离一一对应关系，得到主成分下对应的故障距离l_f。

所述的步骤S3中，结合电网的具体结构，依据步骤S2中计算得到的故障距离l_f，将电网输电线路中所有等于该故障距离l_f的线路位置选出，则真实的故障位置必定包含在这些位置中，其他位置则为造成干扰的虚假故障位置。因此，通过后续步骤对虚假故障位置进行逐一排除。

步骤S4中，假设有n个可能的故障位置，对其进行依次编号：1、2、…、i、…、n；假设有m个终端测量装置，对其进行依次编号：1、2、…、j、…、m；对多分支输电线路中的中间节点(假设有k个节点)依次编号M1、M2、…、Mk；首先假设各个分支输电线路上的零序电流初始值为0，比如M1-M2分支上的电流i_M1-M2＝0。

如图3所示，所述的计算与可能的故障位置对应的各个终端测量装置的理论零序电压值的方法包含以下步骤：

步骤S4.1、针对可能存在的故障位置i，计算出终端测量装置j到可能的故障位置i所经过的具体路径，假设其路径为j-M3-M5-M2-i；

步骤S4.2、将在终端测量装置j上测量得到的零序电流I_j依次叠加到步骤S4.1中确定下来的路径中的各个分支输电线路：j-M3、M3-M5、M5-M2、M2-i，比如：i_j-M3(新)＝i_j-M3(旧)+I_j，式中，i_j-M3(旧)为在本次叠加之前j-M3的零序电流值；I_j为本次叠加时需要增加的零序电流值，即因为终端j测得零序电流I_j需要通过j-M3分支，则在i_j-M3(旧)的基础上叠加I_j到j-M3分支；i_j-M3(新)为在本次叠加之后j-M3的最新零序电流值，即考虑终端j的零序电流测量值后的j-M3分支的零序电流值；

步骤S4.3、重复步骤S4.1和步骤S4.2，将所有的终端测量装置1～m到故障位置i的路径都分别计算出来，并且得到各个分支输电线路上最终叠加后的零序电流值；

步骤S4.4、将各个分支输电线路的零序电流值乘以其对应分支输电线路的零序阻抗，得到分支输电线路的零序电压降，并通过步骤S4.1计算得到的路径反向依次累减，得到测量装置j对应的理论零序电压值；其他测量装置对应的理论零序电压值依次类推计算；最终将在可能的故障位置i下的所有终端测量装置1～m的理论零序电压值保存为一组数据。

步骤S5中，以编号为i的可能故障位置对应的理论零序电压值为例，如图4所示，所述的计算可能的故障位置对应的各个终端测量装置的理论零序电压值与实际零序电压值之间的偏差的方法包含以下步骤：

步骤S5.1、针对某一终端测量装置j的实际零序电压，以直角坐标的形式表示：其对应的理论零序电压为：采用计算其差值，式中，为实际零序电压相量；X_r为实际零序电压相量的实部；X_i为实际零序电压相量的虚部；为理论零序电压相量；X_r＇为理论零序电压相量的实部；X_i＇为理论零序电压相量的虚部；

步骤S5.2、计算所有的终端测量装置的差值：E1、E2、…、Ej、…、Em；

步骤S5.3、求和Si＝E1+E2+…+Ej+Em，得到编号为i的可能的故障位置对应的各个终端测量装置的整体偏差Si。

所述的步骤S6中，重复步骤S4～S5，得到所有可能故障位置1～n对应的整体偏差：S1、S2、…、Si、…、Sn，将各个整体偏差进行对比，偏差最小值对应的可能的故障位置即为电网中真实的故障位置。

本发明首先通过行波测距方法确定出故障点到行波测点之间的故障距离l_f，从而有效的保证了故障定位精度，为后续筛选出可能的故障位置打基础。针对计算得到的故障距离l_f，首先将电网中符合该故障距离l_f的可能故障位置全部找到。根据可能的故障位置结合终端测量装置的零序电流，计算出各个分支对应的零序电流，进而求出分支对应的零序电压降和各个终端的理论零序电压值，将该理论值与测量值对比得到二者的偏差，对比所有的可能故障位置1～n对应的偏差，其偏差最小值对应的故障位置即为真实的故障位置，虽然涉及到零序电压的计算，但却避免了采用复杂的短路计算方法进行计算，而是转换思路，采用更加简单直接的方法进行替换，实现算法的快速简洁。通过以上步骤，本发明可以正确排除虚假故障位置，将真实的故障位置筛选出来，兼顾了定位精度以及多分支的特殊结构，具有一定的实际意义。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种多分支输电线路故障定位方法，其特征在于，包含以下步骤：

在电网发生故障时，提取行波测点的故障数据进行行波测距，得到故障点与行波测点之间的故障距离；

根据计算得到的故障点与行波测点之间的故障距离，筛选电网输电线路，得到所有与行波测点之间的距离等于该故障距离的线路位置，作为可能的故障位置；

利用各个终端测量装置测量得到的实际零序电流值，推算出在可能的故障位置下的各个分支输电线路的零序电流值，进而计算出各个分支输电线路对应的零序电压降，再进一步推算出与可能的故障位置对应的各个终端测量装置的理论零序电压值；

计算与可能的故障位置对应的各个终端测量装置的理论零序电压值与实际零序电压值之间的偏差，记为零序电压值偏差；

比较所有的零序电压值偏差，最小的零序电压值偏差对应的可能的故障位置即为真实的故障位置。

2.如权利要求1所述的多分支输电线路故障定位方法，其特征在于，行波测点设置在任意一个终端测量装置上。

3.如权利要求1所述的多分支输电线路故障定位方法，其特征在于，所述的计算与可能的故障位置对应的各个终端测量装置的理论零序电压值的方法包含以下步骤：

假设有n个可能的故障位置，对其进行依次编号：1、2、…、i、…、n；假设有m个终端测量装置，对其进行依次编号：1、2、…、j、…、m；对多分支输电线路中的k个中间节点依次编号M1、M2、…、Mk；首先假设各个分支输电线路上的零序电流初始值为0；

步骤1、针对可能存在的故障位置i，计算出终端测量装置j到可能的故障位置i所经过的具体路径，假设其路径为j-M3-M5-M2-i；

步骤2、将在终端测量装置j上测量得到的零序电流I_j依次叠加到步骤S4.1中确定下来的路径中的各个分支输电线路：j-M3、M3-M5、M5-M2、M2-i；

步骤3、重复步骤1和步骤2，将所有的终端测量装置1～m到故障位置i的路径都分别计算出来，并且得到各个分支输电线路上最终叠加后的零序电流值；

步骤4、将各个分支输电线路的零序电流值乘以其对应分支输电线路的零序阻抗，得到分支输电线路的零序电压降，并通过步骤1计算得到的路径反向依次累减，得到测量装置j对应的理论零序电压值；其他测量装置对应的理论零序电压值依次类推计算；最终将在可能的故障位置i下的所有终端测量装置1～m的理论零序电压值保存为一组数据。

4.如权利要求3所述的多分支输电线路故障定位方法，其特征在于，所述的计算可能的故障位置对应的各个终端测量装置的理论零序电压值与实际零序电压值之间的偏差的方法包含以下步骤：

步骤1、以编号为i的可能故障位置对应的理论零序电压值为例，针对某一终端测量装置j的实际零序电压，以直角坐标的形式表示：其对应的理论零序电压为：采用计算其差值，式中，为实际零序电压相量；X_r为实际零序电压相量的实部；X_i为实际零序电压相量的虚部；为理论零序电压相量；X_r＇为理论零序电压相量的实部；X_i＇为理论零序电压相量的虚部；

步骤2、计算所有的终端测量装置的差值：E1、E2、…、Ej、…、Em；

步骤3、求和Si＝E1+E2+…+Ej+Em，得到编号为i的可能的故障位置对应的各个终端测量装置的整体偏差Si。