CN112904155B - 一种多分支配网故障杆塔级定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多分支配网故障杆塔级定位方法，属于配电自动化技术领域，包括在多分支配网上设置N台故障监测设备，利用电气参数的变化特征，确定故障最小区间，采集故障最小区间内所有故障监测设备上的行波信号，记录行波信号到达所有故障监测设备的初始时刻并排序得到第一序列W1…Wn。分别预设故障最小区间内的每一个杆塔为模拟故障杆塔m，计算模拟故障杆塔m产生的行波信号到达所有附近安装有故障监测设备的杆塔的初始时刻并排序得到第二序列T1…Tn。本发明根据上述所有时间序列进行监测误差的平方和分析，则误差平方和最小值对应的杆塔为实际的故障杆塔，故障点就位于该故障杆塔附近，从而实现故障杆塔级定位，提高故障定位精度和效率。
Description
技术领域
本发明涉及配电自动化技术领域，具体涉及一种多分支配网故障杆塔级定位方法。
背景技术
当输电线路发生故障后，为尽快恢复供电，减少因停电造成的经济损失，提高电力***运行的安全性、经济性和可靠性，需要快速准确的找到故障点位置。现有的故障测距方法主要有阻抗法、故障分析法、电压法和行波法。
阻抗测距法的原理是根据故障时测到的电压、电流量计算得到故障回路的阻抗。
阻抗测距法的缺点是无法解决配电线路小电流接地故障测距问题，测距误差大，受故障点弧光电阻、电源阻抗、电压、电流互感器变换误差和线路不对称（换位）影响，长线分布电容难以获得准确的零序参数，线路走廊地形变化，引起零序参数变化等会造成精确定位结果错误。
行波测距法的原理是线路遭受雷击或其他类型故障时，故障点会产生行波并以接近光速向两边传播，通过在线路上捕捉行波并记录行波到达时刻，采用单端测距或者双端测距原理均可实现测距，再结合线路波速和线路长度，即可计算出故障点所在位置。
行波测距法的缺点是在实际中也受到许多工程因素的制约。例如，线路分布参数不同，使得导线参数如衰减系数、特性阻抗出现频变，这些因素对于波速都有不同程度的影响，使得行波波速不确定。架空线路存在弧垂等问题，导致实际长度不确定。行波在线路中由于多分支的折反射以及线路的不同架构方式导致传播衰减畸变等因素的影响，降低了传统行波法的精度，使得故障定位结果一直难以满足现场运行的要求。
发明内容
针对现有技术中存在的故障定位准确度不高的问题，本发明提供一种多分支配网故障杆塔级定位方法，能够实现故障杆塔级精确定位。
为达到以上目的，采取的技术方案是：
一种多分支配网故障杆塔级定位方法，所述多分支配网包括配网线路和设置在配网线路上的多个杆塔；所述方法包括：
在多分支配网上安装多个故障监测设备以在故障发生时采集行波信号和电流电压信号，每个故障监测设备均位于一唯一的杆塔附近，多个故障监测设备对采集到的电流电压信号进行处理得到故障最小区间；
根据故障最小区间内所有故障监测设备接收到的行波信号，处理得到初始行波到达故障最小区间内所有故障监测设备的第一时间；
分别以故障最小区间内的每个杆塔为模拟故障杆塔m，m表示杆塔的杆号，m≥1，m为正整数，计算模拟故障杆塔m产生的行波信号的初始行波到达故障最小区间内所有附近设置有故障监测设备的杆塔第二时间；
根据第一时间和第二时间处理得到误差平方和矩阵，则故障点位于误差平方和最小值对应的杆塔附近。
优选的，多分支配网还包括设置在配网线路上的多个线路节点，线路节点的类型包括柱上开关和电源管理单元；
故障监测设备通过接入配网线路和/或线路节点的方式接入多分支配网。
优选的，故障监测设备的数量小于杆塔的数量，每个故障监测设备均对应一唯一的杆塔，且每个故障监测设备均设置在相应杆塔附近。
优选的，多个故障监测设备对采集到的电流电压信号进行处理得到故障最小区间的步骤如下：
多个故障监测设备根据采集到的电流电压信号处理得到故障特征信息，并根据故障特征信息处理得到故障最小区间；
所述故障特征信息包括短路信息、接地信息、以及断线信息。
优选的，基于多分支配网的拓扑图，故障最小区间的类型包括双端区间、T接区间、以及多T接区间。
优选的，故障发生时，采集行波信号到达故障最小区间内所有故障监测设备的第一时间后，按照故障最小区间内所有故障监测设备的编号对所有第一时间进行排序得到第一序列W1…Wn，n表示故障最小区间内所有故障监测设备的数量，n≥2，n为正整数。
优选的，预设模拟故障杆塔m后，计算模拟故障杆塔m与故障最小区间内所有附近安装有故障监测设备的杆塔的距离D1…Dn，n表示故障最小区间内所有故障监测设备的数量，n≥2，n为正整数。
优选的，通过下述公式计算得到模拟故障杆塔m产生的行波信号的初始行波到达故障最小区间内所有附近设置有故障监测设备的杆塔第二时间：
Ti= Di/V
其中，
i表示故障最小区间内故障监测设备的编号，i≥1，i为正整数；
V表示行波信号在配网线路中的传输速度；
Di表示模拟故障杆塔m与故障最小区间内安装有第i个故障监测设备的杆塔之间的距离；
Ti表示模拟故障杆塔m产生的行波信号的初始行波到达故障最小区间内安装有第i个故障监测设备的杆塔的第二时间。
优选的，每次预设模拟故障杆塔m并计算得到相应的一组第二时间后，均按照故障最小区间内所有故障监测设备的编号对该组第二时间进行排序得到第二序列T1…Tn；
分别预设故障最小区间内的每个杆塔为模拟故障杆塔m后，得到z组第二序列T1…Tn，z表示故障最小区间内的所有杆塔的数量，z≥2，z为正整数。
优选的，通过下述公式对故障最小区间内所有故障监测设备分别进行误差分析得到误差平方和：
其中，
i表示故障最小区间内的第i个故障监测设备；
n表示故障最小区间内所有故障监测设备的数量；
Y表示故障监测设备的误差平方和。
本发明的有益效果：解决了弧垂、波速不明等问题造成故障定位准确度不高的问题，实现故障定塔式巡线，可以更加精确的定位故障点位置，故障后能够第一时间得知故障点位置，减少故障查找和巡视时间，减少人力物力，大幅降低人员劳动强度和缩短停电时间，减少受影响用户数，提高经济收益。
本发明计算出的故障杆塔与实际故障点的误差在于档距L，可知故障杆塔离故障点的最大误差范围在，而实际线路档距一般在50到60米左右，则可知本发明的误差在25米到30米左右。本方法相较于传统行波定位方法，具有极大的实际应用优势。
附图说明
图1为本发明实施例中，多分支配网的线路示意图。
图2为本发明实施例中，多分支配网故障杆塔级定位方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。此外，基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示， 本发明公开一种多分支配网故障杆塔级定位方法，该多分支配网包括配网线路、设置在配网线路上的多个杆塔和设置在配网线路上的多个线路节点。
多分支配网上分布式安装或者嵌入N台故障监测设备，故障发生时，利用电气参数的变化特征，确定故障最小区间，故障最小区间内共有z个杆塔，包括位于区间边缘的多个边缘杆塔和位于区间内部的多个内部杆塔，边缘杆塔和内部杆塔的总数量为z。每个边缘杆塔附近均设置一故障监测设备（故障监测设备和边缘杆塔之间的距离根据实际需求设定），边缘杆塔和故障监测设备为一一对应关系，边缘杆塔和故障监测设备的数量均为n个，每个故障监测设备都具有一唯一的设备编号i，N≥n，z≥n，n≥i，N、n和i均为正整数。
采集故障最小区间内所有故障监测设备上的行波信号，记录行波信号到达故障最小区间内所有故障监测设备的初始时刻并按照故障监测设备的编号进行排序得到第一序列W1…Wn。
预设故障点在故障最小区间内的m号杆塔（不管m号杆塔附近是否设置有故障监测设备，即故障最小区间内的z个杆塔都可以被预设为模拟故障杆塔m）附近，计算模拟故障杆塔m产生的行波信号到达故障最小区间内所有附近设置有故障监测设备的杆塔（即所有边缘杆塔）的初始时刻并按照故障监测设备的编号进行排序得到第二序列T1…Tn，最终可得到z组第二序列T1…Tn，z≥m，m为正整数。
基于上述所有第一序列W1…Wn和第二序列T1…Tn，对故障最小区间内所有故障监测设备的监测误差进行平方和分析，得出误差平方和矩阵，则误差平方和最小值对应的杆塔为实际的故障杆塔，故障点就位于其附近。
本实施例中，利用精确定位技术作为配电自动化的有效补充，提高配电线路故障诊断和快速定位的能力，解决了弧垂和波速不明等原因造成的故障定位准确度不高的问题，实现故障定塔式巡线。可以更加精确的定位故障点的位置，故障后能够第一时间得知故障点，解决配网长期存在的巡线困难和运维劳动强度大等问题，减少故障查找和巡视的大量时间，减少人力物力，大幅降低人员劳动强度，缩短停电时间，减少受影响用户数，提高检修效率，提高经济收益，为配电网应急抢修和保供电提供技术支撑。
继续参照图1和图2，多分支配网故障杆塔级定位方法包括：
步骤S1、在多分支配网上安装多个故障监测设备以在故障发生时采集行波信号和电流电压信号，多个故障监测设备对采集到的电流电压信号进行处理得到故障最小区间。具体的，在线路上安装或者嵌入N台故障监测设备，故障监测设备可嵌入柱上开关和PMU（Power Management Unit，电源管理单元）等配电网线路节点，也可独立分布式安装在线路上。通过故障信息特征（故障信息特征可为短路、接地或断线信息特征），确定故障最小区间。根据配网多分支拓扑图，故障最小区间可为双端区间、T接区间或多T接区间。
步骤S2、根据故障最小区间内所有故障监测设备接收到的行波信号，处理得到初始行波到达故障最小区间内所有故障监测设备的第一时间。具体的，故障发生时，采集故障最小区间内所有故障监测设备上的故障初始行波信号，记录故障初始行波信号到达所有故障监测设备的时刻并按照故障监测设备的编号进行排序得到第一序列W1…Wn，n表示故障最小区间内所有故障监测设备的数量，n≥2，n为正整数。
步骤S3、分别以故障最小区间内的每个杆塔为模拟故障杆塔m，计算模拟故障杆塔m产生的行波信号的初始行波到达故障最小区间内所有边缘杆塔的第二时间，m≥1，m为正整数。具体的，遍历故障最小区间内所有杆塔(不管是否有安装故障监测设备)，预设故障杆塔为m号杆塔，预设的模拟故障杆塔m可为故障最小区间内的所有杆塔。计算m号杆塔到故障最小区间内所有边缘杆塔的距离D1…Dn，n≥2，n为正整数。根据距离和波速计算故障到达故障最小区间内所有边缘杆塔的时间并按照所有边缘杆塔附近的故障监测设备的编号进行排序得到第二序列T1…Tn，n≥2，n为正整数。
步骤S4、根据第一时间和第二时间处理得到误差平方和矩阵，则故障点位于误差平方和最小值对应的杆塔附近。具体的，预判故障点在故障最小区间的第m杆塔附近，基于故障最小区间内所有故障监测设备监测误差的平方和分析，得出误差平方和矩阵，则误差平方和最小值对应的杆塔为故障杆塔，故障点位于该故障杆塔附近。
进一步的，故障监测设备的数量远小于杆塔的数量，每个故障监测设备均对应一唯一的杆塔，且每个故障监测设备均设置在相应杆塔附近的预设距离范围内。
进一步的，多个故障监测设备对采集到的电流电压信号进行处理得到故障最小区间的具体步骤如下：
多个故障监测设备根据采集到的电流电压信号处理得到故障特征信息，并根据故障特征信息处理得到故障最小区间。
故障特征信息包括短路信息、接地信息、以及断线信息。
进一步的，预设模拟故障杆塔m后，计算模拟故障杆塔m与故障最小区间内所有边缘杆塔的距离D1…Dn，通过下述公式计算得到模拟故障杆塔m产生的行波信号的初始行波到达故障最小区间内所有边缘杆塔的第二时间：
Ti= Di/V，
其中，
i表示故障最小区间内故障监测设备的编号，i≥1，i为正整数。
V用于表示行波信号在配网线路中的传输速度。
Di表示模拟故障杆塔m与故障最小区间内附近安装有第i个故障监测设备的边缘杆塔的距离；
Ti表示模拟故障杆塔m产生的行波信号的初始行波到达故障最小区间内附近安装有第i个故障监测设备的边缘杆塔的第二时间。
进一步的，每次预设模拟故障杆塔m并计算得到相应的一组第二时间后，均按照故障最小区间内的所有故障监测设备的编号对该组第二时间进行排序得到第二序列T1…Tn。
分别预设故障最小区间内的每个杆塔为模拟故障杆塔m后，得到z组第二序列T1…Tn，z表示故障最小区间内的所有杆塔的数量，z≥2，z为正整数。
进一步的，通过下述公式对故障最小区间内所有故障监测设备分别进行误差分析得到误差平方和：
，
其中，
i用于表示故障最小区间内的第i个故障监测设备。
n用于表示故障最小区间内所有故障监测设备的数量。
Y用于表示故障监测设备的误差平方和。Y值可以看作是与真实故障杆塔的偏差，偏差越小，越是真实故障杆塔。
具体的，根据故障监测设备确定的故障最小区间内所有杆塔都可为模拟故障杆塔m，假设故障最小区间内的所有杆塔数量为z，则对故障最小区间内的所有杆塔进行z次误差平方和计算，得出杆塔的误差平方和序列Y=[Y1Y2Y3…Ym…Yz]后，比较大小，最小的即为故障杆塔，确定故障点在Y值最小值对应的杆塔附近。
继续参照图1和图2，在一个具体实施例中，多分支配网故障杆塔级定位方法包括以下步骤：
在多分支配网上安装10台故障监测设备。
通过10台故障监测设备采集到的电流电压信息处理得到故障特征信息，根据故障特征信息确定故障最小区间，根据本实施例中配网多分支拓扑图，故障最小区间为T接区间，即故障最小区间在主线2号杆塔、主线82号杆塔和xx分支线22号杆塔之间。主线2号杆塔、主线82号杆塔和xx分支线22号杆塔为边缘杆塔，主线2号杆塔、主线82号杆塔和xx分支线22号杆塔之间的其他杆塔为内部杆塔。故障最小区间所有故障监测设备的数量为3，分别设置在主线2号杆塔、主线82号杆塔和xx分支线22号杆塔附近。故障信息特征可为短路、接地或断线信息特征。
故障发生时，采集故障最小区间内所有故障监测设备上的行波信号，记录故障初始行波信号到达故障最小区间内所有故障监测设备的第一时间并进行排序得到第一序列W1…W3。
遍历故障最小区间内的所有杆塔，预设模拟故障杆塔为m号杆塔，模拟故障杆塔m可为故障最小区间内的所有杆塔。
计算模拟故障杆塔m距离故障最小区间内所有附近安装有故障监测设备的杆塔（即主线2#杆塔、主线82号杆塔和xx分支线22号杆塔这些附近安装有故障监测设备的杆塔）的距离D1…D3，根据距离和波速计算到初始行波到达故障最小区间内所有附近安装有故障监测设备的杆塔的时间即第二时间，对第二时间进行排序得到第二序列T1…T3。
预判故障点在故障最小区间的第m号杆塔附近，基于故障最小区间内所有故障监测设备检测误差的平方和分析，得出误差平方和矩阵，则误差平方和最小值对应的杆塔为故障杆塔，从而判定故障点位于该故障杆塔附近。故障监测设备监测误差的平方和按照如下公式计算，该值可以看作是与真实故障杆塔的偏差，偏差越小，越是真实的故障杆塔：
。
m为故障最小区间的第m号杆塔，i用于表示故障最小区间内的第i个故障监测设备，Ym用于表示故障最小区间的第m号杆塔监测误差的误差平方和。
根据本发明实施例中多分支配网线路示意图图1所示，最小故障区间内的所有杆塔数量为z，则对最小区间内的所有杆塔进行z次误差平方和计算，得出杆塔的误差平方和序列Y=[Y1Y2Y3…Ym…Yz]，比较大小，最小的即为故障杆塔。判定故障点在Y值最小值对应的杆塔附近。
综上所述，本发明提供的一种多分支配网故障杆塔级定位方法，通过在线路上分布式安装或者嵌入N台故障监测设备，故障发生时，利用电气参数的变化特征，确定故障最小区间，采集故障最小区间内所有故障监测设备上的行波信号，记录行波信号到达故障监测设备的时刻并进行排序。预判故障在故障最小区间内的m号杆塔，基于故障最小区间内所有故障监测设备检测误差的平方和分析，得出误差平方和矩阵，则误差平方和最小值对应的杆塔为故障杆塔，故障点就位于故障杆塔附近，解决了弧垂，波速不明等问题造成故障定位准确度不高的问题，实现故障定塔式巡线，该方法可以更加精确的定位故障点的位置，故障后能够第一时间得知故障点，减少故障查找和巡视的大量时间，减少人力物力，大幅降低人员劳动强度，缩短停电时间，减少受影响户数，提高经济收益。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (5)
1.一种多分支配网故障杆塔级定位方法，所述多分支配网包括配网线路和设置在配网线路上的多个杆塔；其特征在于，所述方法包括：
在多分支配网上分布式安装多个故障监测设备以在故障发生时采集行波信号和电流电压信号，每个故障监测设备均位于一唯一的杆塔附近，多个故障监测设备对采集到的电流电压信号进行处理得到故障最小区间；
根据故障最小区间内所有故障监测设备接收到的行波信号，处理得到初始行波到达故障最小区间内所有故障监测设备的第一时间；
分别以故障最小区间内的每个杆塔为模拟故障杆塔m，m表示杆塔的杆号，m≥1，m为正整数，计算模拟故障杆塔m产生的行波信号的初始行波到达故障最小区间内所有附近设置有故障监测设备的杆塔第二时间；
根据第一时间和第二时间处理得到误差平方和矩阵，则故障点位于误差平方和最小值对应的杆塔附近；
故障发生时，采集行波信号到达故障最小区间内所有故障监测设备的第一时间后，按照故障最小区间内所有故障监测设备的编号对所有第一时间进行排序得到第一序列W1…Wn，n表示故障最小区间内所有故障监测设备的数量，n≥2，n为正整数；
预设模拟故障杆塔m后，计算模拟故障杆塔m与故障最小区间内所有附近安装有故障监测设备的杆塔的距离D1…Dn，n表示故障最小区间内所有故障监测设备的数量，n≥2，n为正整数；
通过下述公式计算得到模拟故障杆塔m产生的行波信号的初始行波到达故障最小区间内所有附近设置有故障监测设备的杆塔的第二时间：
Ti＝Di/V
其中，
i表示故障最小区间内故障监测设备的编号，i≥1，i为正整数；
V表示行波信号在配网线路中的传输速度；
Di表示模拟故障杆塔m与故障最小区间内附近安装有第i个故障监测设备的杆塔之间的距离；
Ti表示模拟故障杆塔m产生的行波信号的初始行波到达故障最小区间内附近安装有第i个故障监测设备的杆塔的第二时间；
每次预设模拟故障杆塔m并计算得到相应的一组第二时间后，均按照故障最小区间内所有故障监测设备的编号对该组第二时间进行排序得到第二序列T1…Tn；
分别预设故障最小区间内的每个杆塔为模拟故障杆塔m后，得到z组第二序列T1…Tn，z表示故障最小区间内的所有杆塔的数量，z≥2，z为正整数；
通过下述公式对故障最小区间内所有故障监测设备分别进行误差分析得到误差平方和：
其中，
i表示故障最小区间内的第i个故障监测设备；
n表示故障最小区间内所有故障监测设备的数量；
Y表示故障监测设备的误差平方和。
2.如权利要求1所述的多分支配网故障杆塔级定位方法，其特征在于，多分支配网还包括设置在配网线路上的多个线路节点，线路节点的类型包括柱上开关和电源管理单元；
故障监测设备通过接入配网线路和/或线路节点的方式接入多分支配网。
3.如权利要求1所述的多分支配网故障杆塔级定位方法，其特征在于，故障监测设备的数量小于杆塔的数量，每个故障监测设备均对应一唯一的杆塔，且每个故障监测设备均设置在相应杆塔附近。
4.如权利要求1所述的多分支配网故障杆塔级定位方法，其特征在于，多个故障监测设备对采集到的电流电压信号进行处理得到故障最小区间的步骤如下：
多个故障监测设备根据采集到的电流电压信号处理得到故障特征信息，并根据故障特征信息处理得到故障最小区间；
所述故障特征信息包括短路信息、接地信息、以及断线信息。
5.如权利要求1所述的多分支配网故障杆塔级定位方法，其特征在于，基于多分支配网的拓扑图，故障最小区间的类型包括双端区间、T接区间、以及多T接区间。
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