CN110376480A - 一种基于110kV同塔双回输电线路雷击故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于110kV同塔双回输电线路雷击故障定位方法，属于电力***继电保护技术领域。本发明采用将输电线路模型沿N侧展开，M与M’为同一测量端，N为对端母线，将同塔双回线路展开后即为线路MM’的中点，所以MN为I回线路，NM’为II回线路，以雷击故障及闪络发生在I回线路中为例，即在线路MN中，从而对行波传播折反射的传播路径进行分析。从仿真验证可以看出，无论闪络点在雷击点左侧还是右侧，表明该方法正确有效。当今对雷击性质的辨识研究多针对单回线路，因此本发明基于对雷电行波的分析，针对对象为110kV同塔双回线路。

Description

一种基于110kV同塔双回输电线路雷击故障定位方法

技术领域

本发明涉及一种基于110kV同塔双回输电线路雷击故障定位方法，属于电力***继电保护技术领域。

背景技术

与电压等级为220kV及以上的输电线路相比，110kV输电线路绝缘强度较低，线 路走廊多经过人口密集区域，走廊环境复杂，尤其是110kV同塔双回线路较之更为复 杂。同塔双回输电线路往往会提升杆塔高度，避雷线屏蔽作用和单回线路相比明显降 低，增大了遭受雷击的概率。根据以往运行经验表明，同电压等级下同塔双回线路比 单回线路更易遭受雷击，且发生两回线路同时跳闸的情况下重合闸成功概率低于单回 线路，基本上是雷击的重灾区，对电网的安全可靠运行带来了巨大的影响。

当输电线路受到雷电冲击时，较大的雷电流使输电线路薄弱位置的绝缘子串发生闪络，注入线路的雷电流将沿线路向母线M侧、N侧传播，雷电流向M侧、N侧传播 过程中受到外界鸟害、雾气等影响使绝缘耐压强度降低的绝缘子串，则可能使该绝缘 子串发生闪络，此时雷击点与闪络点间的距离大于杆塔之间的档距，形成了雷击点与 闪络点不一致的现象。

正确判别雷击性质对输电线路可靠运行有着积极的意义。当今对雷击性质的辨识研究对多针对单回线路，对于同塔双回线路雷击性质辨识的研究相对较少。因此如何 有效定位同塔双回线路的雷击点与闪络点，对今后同塔双回线路的发展有着指导性的 意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于110kV同塔双回输电线路雷击点与闪络点不一致定位方法，用以正确定位雷击点与闪络点，对输电线路可靠运行有着积极的 意义。

本发明的技术方案是：一种基于110kV同塔双回输电线路雷击故障定位方法，具体步骤为：

Step1：当110kV部分同塔双回线路受到雷击时，将输电线路模型沿N侧展开，M 与M’为同一测量端，N为对端母线，将同塔双回线路展开后即为线路MM’的中点，所 以MN为I回线路，NM’为II回线路，即在线路MN中，从而对行波传播折反射的传 播路径进行分析。通过单端检测到的首波头到达时差能够对雷击点进行定位，将雷击 位置距M端和M’端的距离分别记为x_m与x_m’；

Step2：在雷击点与闪络点不一致的情况下，在M(M’)端监测到的后续波头中和首波头极性一致地第一个波头w_m、w_n所代表的含义可分为以下三种。一是雷击初始行波 通过闪络点的反射波、二是当雷电流通道还未消失时雷击初始行波在雷电流通道处的 反射波、三是雷击初始行波和故障初始行波经闪络点时的反射波。通过测量端M(M’) 监测到的后续波头中和首波头极性相同的第一个波头w_m、w_n到达时差进行单端测距， 从而对雷击点与闪络点进行定位；

Step3：利用Hough变换对波头进行直线标定；

Step4：设线路展开后的全长为l，当雷击故障发生时，雷击初始行波和故障行波传播至测量端M(M’)的时刻是t₀和t₁，结合行波传播特性，可根据下式进行双端行波 测距：

x_m'＝l-x_m

式中，Δt＝t₁-t₀，x_m为雷击点距测量端M的距离，v为经验波速，x_m是雷击点 距测量端M的距离，x_m'是雷击点距离测量端M’的距离；

Step5：考虑闪络点在雷击点的左侧和右侧，分别画出行波折反射网络图；

Step6：根据闪络点位于雷击点左侧的行波折反射网络图可得出闪络点为：

式中，x_s为闪络点。

本发明的有益效果是：

1、当输电线路遭受雷击导致故障，而雷击点与闪络点位置不同时，双端测距将定位至雷击点而非闪络点，行波测距精度会受到不利影响。本发明采用的方法能够对雷 击点和闪络点进行定位，简化了判断过程，且判断结果真实可靠。

2、与现场经验结合分析可知，该方法缩短了雷击故障定位时间，提高了定位效率且计算更加简便。

3、本发明采用的单端行波测距的方法对雷击点与闪络点分别进行了定位，与双端测距方法相比，使得工程所需成本大大降低。

附图说明

图1是本发明的线路模型图；

图2是本发明闪络点位于雷击点左侧的行波折反射网络图；

图3是本发明闪络点位于雷击点左侧的行波折反射网络图；

图4是本发明闪络点位于雷击点左侧的I回与II回线路A相电流波形图；

图5是本发明闪络点位于雷击点左侧的I回线路A相电流波形图；

图6是本发明闪络点位于雷击点左侧的II回线路A相电流波形图；

图7是本发明t₀时刻波头标定图；

图8是本发明t₁时刻波头标定图；

图9是是本发明Hough变换求闪络点图。

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。

一种基于110kV同塔双回输电线路雷击故障定位方法，如图1-9所示，具体为：

一、提取行波的波头，并求得短时窗内的行波波形

(1)当110kV部分同塔双回线路受到雷击时，故将输电线路模型沿N侧展开，M 与M’为同一测量端，N为对端母线，将同塔双回线路展开后即为线路MM’的中点，所 以MN为I回线路，NM’为II回线路，以雷击故障及闪络发生在I回线路中为例，即 在线路MN中，从而对行波传播折反射的传播路径进行分析。

(2)通过单端检测到的首波头到达时差能够对雷击点进行定位，将雷击位置距M端和M’端的距离分别记为x_m与x_m’。在雷击点与闪络点不一致的情况下，在M(M’) 端监测到的后续波头中和首波头极性一致地第一个波头通过单端M(M’)监测到的后续 波头中和首波头极性相同的第一个波头w_m、w_n到达时差进行单端测距，从而对雷击点 与闪络点进行定位。

二、根据行波测距方法求出雷击点位置

设线路展开后的全长为l，当雷击故障发生时，雷击初始行波和故障行波传播至测量端M(M’)的时刻是t₀和t₁，结合行波传播特性，可根据如下公式进行双端行波测 距。

x_m'＝l-x_m (2)

式中：Δt＝t₁-t₀；x_m为雷击点距测量端M的距离，v为经验波速。

三、雷击点与闪络点不一致时，对闪络点进行定位

(1)考虑闪络点在雷击点的左侧和右侧，分别画出行波折反射网络图。

(2)根据闪络点位于雷击点左侧的行波折反射网络图与闪络点位于雷击点右侧的行波折反射网络图分析可得出闪络点计算公式如下：

雷击点行波首波头到达I回线路的时间t₀，闪络点反射波到达I回线路时间t₂。

实施例1：采用图1中建立的仿真模型进行雷击判别模拟。仿真中将雷击点设在距离测量点M端20km处，如图2为闪络点位于雷击点左侧的I回与II回线路A相电流 波形图，为便于将图像进一步做后续处理，所以将图2中的两回线路的A相电流值分 别呈现在两个图中，如图3、图4所示，根据上述分析可知，图中所标注的t₀时刻的波 头为雷电流通过I回线路到达测量端M的初始行波，t₁时刻的波头极性与t₀时刻波头 极性一致，因此t₁时刻波头为雷电流经过II回线路到达测量端M(M’)的初始行波， t₂时刻为雷电流在闪络点的反射波。

将同塔双回线路展开后的线路总长为2×60＝120km，t₀＝68μs，t₁＝336μs由公式(1)、 (2)可得测距结果为x_m＝20.068km，误差为68m，因误差较小，可近似忽略不计，视 为雷击点定位准确。

由理论公式可知，雷击点位置定位与闪络点的位置无关，因此当闪络点与雷击点不一致时，以雷击点在一回线路为例。无论故障位置即闪络点在雷击点的左侧还是右 侧，对雷击点的定位均没有任何影响，因此，当闪络点位置位于雷击点右侧时，可得 出同样的测距结果，定位准确。

实施例2：根据图2与图3分析可得出闪络点计算公式如下：

由I回线路波形图即图5所示，前两个波头的含义已在上文中做出阐述，第三个 向下的负极性波头是由于t₁时刻的波头，即雷电流行波经过II回线路到达测量端M的 波头，会在I回线路中耦合产生一个相反极性的波头，与本身I回线路传播至测量端的 电流行波极性相反，因而会产生抵消，导致最终形成的负极性波头的幅值也比较小。

仿真中闪络点位置设置在雷击点左侧700米处，即距离M测量端19.3km处。t₀＝68μs， t₂＝197μs，将t₀、t₁带入公式(3)得x_s＝19.221km,误差为79米，因误差较小，可近 似忽略不计，视为故障点即闪络点定位准确。当闪络点位于雷击点右侧时，可得出同 样结果。

以上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 (1)

1.一种基于110kV同塔双回输电线路雷击故障定位方法，其特征在于：

Step1：当110kV部分同塔双回线路受到雷击时，将输电线路模型沿N侧展开，M与M’为同一测量端，N为对端母线，将雷击位置距M端和M’端的距离分别记为x_m与x_m’；

Step2：通过测量端M(M’)监测到的后续波头中和首波头极性相同的第一个波头w_m、w_n到达时差进行单端测距，从而对雷击点与闪络点进行定位；

Step3：利用Hough变换对波头进行直线标定；

Step4：设线路展开后的全长为l，当雷击故障发生时，雷击初始行波和故障行波传播至测量端M(M’)的时刻是t₀和t₁，根据下式进行双端行波测距：

x_m'＝l-x_m

式中，Δt＝t₁-t₀，x_m为雷击点距测量端M的距离，v为经验波速，x_m是雷击点距测量端M的距离，x_m'是雷击点距离测量端M’的距离；

Step5：画出行波折反射网络图；

Step6：根据闪络点位于雷击点左侧的行波折反射网络图可得出闪络点为：

式中，x_s为闪络点。