CN117665478A - 基于关联矩阵的配电网t接线路故障定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

基于关联矩阵的带分支线路故障定位方法及装置。方法包括：首先利用各段线路长度和利用带分支线路始端、末端、分支端的电压、电流，经过计算形成三段测距结果，并利用测距形成用于区位判断的关联矩阵，实现带分支线路的故障区位判定。本专利所提出的方法可基于现有的多端差动保护的通信配置实现三端电气量获取，并在任何一段开展故障区位判断工作，实现即时判定故障所在区位，极大减少运行检修人员的工作量和运维成本，缩短停电时间。本发明易于部署和应用于改造，适用范围广，预期推广性和经济效益可观。

Description

基于关联矩阵的配电网T接线路故障定位方法及装置

技术领域

本发明属于电力***继电保护技术领域，具体地，涉及基于关联矩阵的配电网T接线路故障定位方法及装置。

背景技术

受经济条件、地理条件和资金投入等的限制，输电线路在规划、施工阶段产生了各种各样的拓扑结构。这些拓扑结构尽管在一定程度上因地制宜的实现了供电质量的可靠性，但是也存在诸多问题。带有分支线路的拓扑结构在110千伏及以下电压等级的电网中非常普遍，由于分支线路的存在导致的分支电流的影响，传统的距离保护和过流保护的适应性较差，因此通常情况下，通过配置多端差动保护实现对带分支线路的保护功能。

然而，因为带分支线路的拓扑结构在分支点缺少电压、电流等电气量采集功能的互感器，在继电保护运行中，无法正确的进行故障测距工作，需要靠运维人员在现场对全部线路区域进行巡线排查工作，才能找到相应的故障点，排除故障。目前的故障定位方式，不仅耗时耗力，也大大延缓了供电恢复，造成了不必要的经济损失。

现有技术文件1(CN110514965B)公开了一种利用集合匹配法的多分支配电网故障定位方法，考虑故障电流方向，把分支节点相连线路FTU工作模式值相加，构成集合l-z，l-z集合中的每个元素分别为不同分支节点相连线路FTU工作模式值之和；依据FTU上传信息到主站***建立故障集合l-(zf)，利用匹配法在故障判定L-g中匹配到相应的集合l-x，判断故障区段线路和分支线路。现有技术文件1的不足之处在于，依赖于馈线单元终端的改造和设置，方法较为复杂，不适用于所有的分支线路拓扑结构，且需要对设备进行改造。

现有技术文件2(CN110609207B)公开了一种T接线路故障测距方法，利用故障电流识别故障支路，通过计算阻抗标幺值确定故障支路，该方法先通过最小故障电流和阻抗标幺值实现故障区间的判断，再通过故障测距实现定位。现有技术文件2的不足之处最，过程复杂，需要将区位判定和故障测距定位分开。

现有技术文件3(CN113311294A)公开了基于时域反演的分支线路短路故障定位方法，利用时域反演技术，通过利用波动方程为二阶方程的特点，将故障电流反向注入拓扑中，并利用能量计算最大值猜测故障位置，实现故障定位的目的。现有技术文件3不足之处在于，主要依靠基于EMTR行波测距技术，理论上可行，但是由于捕捉行波信号的特征需要高频采集装置工作在极高频的工作频率下，现实中难以实现且投资增加。

综上，为改善待分支线路故障定位的效果性能，减少因带分支线路故障排查所耗费的时间，进而缩短停电时间，降低因此所带来的经济损失，需要对带分支线路故障定位的方法进行改进。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于关联矩阵的配电网T接线路故障定位方法及装置，利用距离保护整定值的技术构思，通过三段故障分别测距，并与测距整定值比较判定可信度，从而一步到位的实现故障区位的判定和故障测距的实现。该方法和目前其他专利中所描述的方法相比，简单易行，快速方便。

本发明采用如下的技术方案。本发明的第一方面提供了一种基于关联矩阵的配电网T接线路故障定位方法，包括以下步骤：

步骤1，计算线路三个终端的测距可信整定值l_seti，i＝1,2,3；三个终端分别为T接线路的始端、末端、分支端；

步骤2、采集T接线路三端的电流值、电压值，并分别计算三端的测距结果l_i；

步骤3，利用整定值l_seti和测距结果l_i计算可信度X，基于可信度X建立关联矩阵M；

步骤4，基于步骤3获得的关联矩阵M，判断故障发生区段，并根据利用区位判断结果，选定可信故障测距结果。

优选地，步骤1中，可信整定值l_seti以如下公式计算：

l_seti＝K_rell_Oi (1)

式中：

K_rel表示可靠系数；

l_Oi表示T接线路一个终端与T接点之间的距离，其中，i＝1,2,3。

优选地，步骤2中，对于配置有多端差动保护的带分支线路，利用多端差动保护的电流端子获取三端电压值、电流值；

若该变电站配置有故障录波装置，经由故障录波装置获取三端电压值、电流值。优选地，步骤2中，利用始端、末端和分支端的测量阻抗分别计算测距结果l_i，以如下公式表示：

式中：

r表示线路单位长度电阻；

x表示线路单位长度电抗；

Z_i表示测量阻抗。

优选地，利用获取的三端电压、电流量计算从始端、末端、分支端过去的测量阻抗Z₁、Z₂、Z₃，以如下公式表示：

式中：

U_i表示第i端的电压值，i＝1,2,3；

I_i表示第i端电流值；

K表示零序补偿系数；

I₀表示零序电流。

优选地，步骤3中，

利用测距结果l₁、l₂、l₃计算可信度X，以如下公式表示：

式中：

X_i表示测距结果l_i可信度。

优选地，基于获得的可信度，构建关联矩阵，以如下公式表示：

M＝(X₁ X₂ X₃)^T (8)

式中：

M表示关联矩阵；

T表示转置。

优选地，步骤4中，根据故障发生位置不同，对于发生单一金属性接地故障，X₁、X₂、X₃有且仅有一个为1，其余两个为0；

若X₁＝1，则认定故障发生在O甲段距离甲站l₁处；

若X₂＝1，则认定故障发生在O乙段距离甲站l₂处；

若X₃＝1，则认定故障发生在O丙段距离甲站l₃处。

本发明的第二发明提供了一种基于关联矩阵的配电网T接线路故障定位***，运行所述的基于关联矩阵的配电网T接线路故障定位方法：

包括：电气量采集模块，数据处理模块，逻辑判断模块和结果显示模块；

所述电气量采集模块用于采集故障T接线路每一端的电压值、电流值；

数据处理模块用于计算测距可信整定值和故障测距结果；

逻辑判断模块用于判断故障区域和故障距离；

结果显示模块用于显示判断结果和操作提示。

优选地，逻辑判断模块以数据处理模块输出的测距可信整定值和故障测距结果作为输入，以故障区域和故障距离作为输出，其判断逻辑为：当l_i<l_seti时，从i端故障测距结果可信，认定故障发生在i端与T接点段线路上距离i端l_i处；当l_i≥l_seti时，从i端故障测距结果不可信。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：利用距离保护整定值的技术构思，通过三段故障分别测距，并与测距整定值比较判定可信度，从而一步到位的实现故障区位的判定和故障测距的实现，简单易行，快速方便。利用测距结果直接判断区间，同时兼顾测距和区间确定两个目的，实现快速定位，本发明所提出的方法，利用现有保护装置或故障录波器采样的电压电流量即可，其采样率完全满足要求，且无需增加投资或者对设备进行改造。

具体地，1)本发明专利所采用的方法简单便捷，仅利用三端单端测距，通过可信度比较，形成关联矩阵，利用矩阵特征判断故障区位并可直接得到故障位置；2)算法简单，不需要投入过多投资，可以利用现有装置，例如但不限于本发明的方法可嵌入多端差动保护装置在线使用，也可结合故障录波器数据离线使用。

附图说明

图1为本发明具体实施例的带分支线路拓扑结构示意图；

图2为本发明具体实施例的测量阻抗和距测点距离的关系示意图；

图3为本发明的基于关联矩阵的配电网T接线路故障定位方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

目前对于带分支线路的拓扑结构，一般配置线路多端差动保护来实现区内故障甄别并开断断路器实现故障隔离的功能。多端差动保护自身带有数据交互通道，因此在多端差动保护配置的带分支线路任一端，均可得到三端电气量。本专利的方法基于该配置和可以获得这些电气量的基础上。

本发明的实施例1提供了一种基于关联矩阵的配电网T接线路故障定位方法，包括以下步骤：

步骤1，计算线路三个终端的测距可信整定值l_seti，i＝1,2,3；三个终端分别为T接线路的始端、末端、分支端。

在本发明优选但非限制性的实施方式中，步骤1中可信整定值l_seti以如下公式计算：

l_seti＝K_rell_Oi (1)

式中：

K_rel表示可靠系数；K_rel的取值范围为0.7-0.9，优选地，K_rel＝0.8，例如但不限于通过仿真的方式获得；

l_Oi表示T接线路一个终端与T接点之间的距离，其中，i＝1,2,3。

为了更加清楚地介绍本发明的技术方案，以一个实例来说明本发明的技术构思，如图1所示，展示了一种带分支线路拓扑结构，其中甲站表示T接线路的始端，乙站表示T接线路的末端，丙站表示T接线路的分支端。则l_seti计算公式为：

式中：

K_rel表示可靠系数；

l_O甲表示带分支线路甲站与T接点O之间的距离；

l_O乙表示带分支线路乙站与T接点O之间的距离；

l_O丙表示带分支线路丙站与T接点O之间的距离；

l_set1、l_set2、l_set3分别表示O甲、O乙、O丙三段的测距可信整定值。

步骤2、采集T接线路三端的电流值、电压值，并分别计算三端的测距结果l_i。

在本发明优选但非限制性的实施方式中，对于配置有多端差动保护的带分支线路，利用多端差动保护的电流端子获取三端电压值、电流值。若该变电站配置有故障录波装置，也可经由故障录波装置获取三端电压、电流量。

利用获取的三端电压、电流量计算从始端、末端、分支端过去的测量阻抗Z₁、Z₂、Z₃，以如下公式表示：

式中：

U_i表示第i端的电压值，i＝1,2,3；

I_i表示第i端电流值；

K表示零序补偿系数；

I₀表示零序电流。

具体地，Z₁、Z₂、Z₃以如下公式计算：

式中：

K表示零序补偿系数；

I₀表示零序电流。

利用始端、末端和分支端的测量阻抗分别计算测距结果l_i，以如下公式表示：

式中：

r表示线路单位长度电阻；

x表示线路单位长度电抗；

Z_i表示测量阻抗。

具体地，在本实施例中利用始端、末端和分支端的测量阻抗Z₁、Z₂、Z₃计算测距结果l₁、l₂、l₃：测距结果l₁、l₂、l₃分别表示始端、末端和分支端于T节点之间的距离，以如下公式表示：

式中：

r表示线路单位长度电阻；

x表示线路单位长度电抗。

步骤3，利用整定值l_seti和测距结果l_i计算可信度X，基于可信度X建立关联矩阵M。

在本发明优选但非限制性的实施方式中，步骤3具体包括：

步骤3.1，利用测距结果l₁、l₂、l₃计算可信度X，以如下公式表示：

式中：

X_i表示测距结果l_i可信度。

以i端(i＝1,2,3)为例，当故障发生在Oi段时，Z_i<Z_seti，在该段范围内，i端测量阻抗Z_i随着故障距离测量点的位置的增加而呈现线性关系，该情况下，从i端故障测距结果可信；当故障发生在Oi段以外时，Z_i>Z_seti，在该段范围内，由于分支电流的存在，i端测量阻抗Z_i尽管随着故障距离测量点的位置的增加而增加，但是其增加的规律不再呈现线性关系或增加速度发生变化，该情况下，从i端故障测距结果不再可信，如图2中的测量阻抗和距测点距离的关系示意图。

步骤3.2，基于步骤3.1获得的可信度，构建关联矩阵，以如下公式表示：

M＝(X₁ X₂ X₃)^T (8)

式中：

M表示关联矩阵；

T表示转置。

步骤4，基于步骤3获得的关联矩阵M，判断故障发生区段，并根据利用区位判断结果，选定可信故障测距结果。

具体地，根据故障发生位置不同，对于发生单一金属性接地故障，X₁、X₂、X₃有且仅有一个为1，其余两个为0。若X₁＝1，则认定故障发生在O甲段距离甲站l₁处；若X₂＝1，则认定故障发生在O乙段距离甲站l₂处；若X₃＝1，则认定故障发生在O丙段距离甲站l₃处。

本发明的实施例2提供了一种基于关联矩阵的配电网T接线路故障定位***，运行基于关联矩阵的配电网T接线路故障定位方法，包括：电气量采集模块，数据处理模块，逻辑判断模块和结果显示模块。

所述电气量采集模块用于采集故障线路每一端的电压值、电流值；具体地，电气量采集模块的数据采集方式包括：利用多端差动保护的电流端子获取三端电压值、电流值；利用故障录波装置获取三端电压值、电流值；

所述数据处理模块用于计算测距可信整定值和故障测距结果；

所述逻辑判断模块用于判断故障区域和故障距离；具体地，逻辑判断模块以数据处理模块输出的测距可信整定值和故障测距结果作为输入，以故障区域和故障距离作为输出，其判断逻辑为：当l_i<l_seti时，从i端故障测距结果可信，认定故障发生在i端与T接点段线路上距离i端li处；当l_i≥l_seti时，从i端故障测距结果不可信；

结果显示模块，用于显示判断结果和操作提示。

本发明专利的具体实施方式有两种：

1)本发明所阐述的技术方案可以在多端差动继电保护装置算法中实现。仅需要增加测距算法、测距定值、控制字、判断逻辑等即可实现，并用于指导现场排故；

2)本发明所阐述的技术方案可以利用故障录波器录波文件或保护录波文件，通过软件计算离线完成计算，并指导现场排故。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于关联矩阵的配电网T接线路故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，计算线路三个终端的测距可信整定值l_seti，i＝1,2,3；三个终端分别为T接线路的始端、末端、分支端；

步骤2、采集T接线路三端的电流值、电压值，并分别计算三端的测距结果l_i；

步骤3，利用整定值l_seti和测距结果l_i计算可信度X，基于可信度X建立关联矩阵M；

步骤4，基于步骤3获得的关联矩阵M，判断故障发生区段，并根据利用区位判断结果，选定可信故障测距结果。

2.根据权利要求1所述的基于关联矩阵的配电网T接线路故障定位方法，其特征在于：

步骤1中，可信整定值l_seti以如下公式计算：

l_seti＝K_rell_Oi (1)

式中：

K_rel表示可靠系数；

l_Oi表示T接线路一个终端与T接点之间的距离，其中，i＝1,2,3。

3.根据权利要求1所述的基于关联矩阵的配电网T接线路故障定位方法，其特征在于，

步骤2中，对于配置有多端差动保护的带分支线路，利用多端差动保护的电流端子获取三端电压值、电流值。

4.若该变电站配置有故障录波装置，经由故障录波装置获取三端电压值、电流值。根据权利要求2所述的基于关联矩阵的配电网T接线路故障定位方法，其特征在于：

步骤2中，利用始端、末端和分支端的测量阻抗分别计算测距结果li，以如下公式表示：

式中：

r表示线路单位长度电阻；

x表示线路单位长度电抗；

Z_i表示测量阻抗。

5.根据权利要求4所述的基于关联矩阵的配电网T接线路故障定位方法，其特征在于：

利用获取的三端电压、电流量计算从始端、末端、分支端过去的测量阻抗Z₁、Z₂、Z₃，以如下公式表示：

式中：

U_i表示第i端的电压值，i＝1,2,3；

I_i表示第i端电流值；

K表示零序补偿系数；

I₀表示零序电流。

6.根据权利要求1所述的基于关联矩阵的配电网T接线路故障定位方法，其特征在于：

步骤3中，

利用测距结果l₁、l₂、l₃计算可信度X，以如下公式表示：

式中：

X_i表示测距结果l_i可信度。

7.根据权利要求6所述的基于关联矩阵的配电网T接线路故障定位方法，其特征在于：

基于获得的可信度，构建关联矩阵，以如下公式表示：

M＝(X₁ X₂ X₃)^T (8)

式中：

M表示关联矩阵；

T表示转置。

8.根据权利要求7所述的基于关联矩阵的配电网T接线路故障定位方法，其特征在于：

步骤4中，根据故障发生位置不同，对于发生单一金属性接地故障，X₁、X₂、X₃有且仅有一个为1，其余两个为0；

若X₁＝1，则认定故障发生在O甲段距离甲站l₁处；

若X₂＝1，则认定故障发生在O乙段距离甲站l₂处；

若X₃＝1，则认定故障发生在O丙段距离甲站l₃处。

9.一种基于关联矩阵的配电网T接线路故障定位***，运行根据权利要求1-8中任一项所述的基于关联矩阵的配电网T接线路故障定位方法，其特征在于：

包括：电气量采集模块，数据处理模块，逻辑判断模块和结果显示模块；

所述电气量采集模块用于采集故障T接线路每一端的电压值、电流值；

数据处理模块用于计算测距可信整定值和故障测距结果；

逻辑判断模块用于判断故障区域和故障距离；

结果显示模块用于显示判断结果和操作提示。

10.根据权利要求9所述的基于关联矩阵的配电网T接线路故障定位***，其特征在于：

逻辑判断模块以数据处理模块输出的测距可信整定值和故障测距结果作为输入，以故障区域和故障距离作为输出，其判断逻辑为：当l_i<l_seti时，从i端故障测距结果可信，认定故障发生在i端与T接点段线路上距离i端l_i处；当l_i≥l_seti时，从i端故障测距结果不可信。