一种电力网多分支线路故障定位方法及系统与流程

本发明涉及电力保护技术领域，尤其涉及一种电力网多分支线路故障定位方法及系统。

背景技术：

电力线路是电力网的主要组成部分，架空线路事故约占电力系统事故的80％以上。随着故障测距技术的发展，没有分支的电力线路包括电缆和架空线路的故障测距越来越成熟，降低了维护人员的工作量，并减少了事故停电时间。但是，在数据巨大的配电网络中，配电线路多数具有多条分支。随着电网智能化技术和供电质量的提高，多端供电使得配电线路更加复杂。如何准确、迅速判定配电线路的故障点位置是及时修复电力线路、提高供电可靠性的前提保证。

我国配电网一般采用中性点小电流接地系统，线路单相接地允许继续运行。此时，如不及时发现故障点并消除，往往发展为两相短路跳闸。带分支线路的故障点定位，现在一般通过智能配电网或称配电自动化技术实现。其中，短路故障可以通过工频电流保护进行判别并进行隔离，单相接地故障通过采集更复杂的暂态信号进行区间判断。当然，采用GPS对时和多端行波测距技术可以实现分支线路的测距。总体上，以上方法都需要通讯手段，并且判断的是故障点所在的区间，既两个配电终端或故障指示器之间的线路。如果线路中间再有分支，将无法判断；而且，这些方法成本高昂，在配电网中不太可能得到广泛应用。

行波法利用线路故障点击穿时的电脉冲，测量故障处击穿放电的电脉冲从故障点到测试点的时间就可计算故障点距离。行波故障测距不受故障点过渡电阻、线路结构等因素的影响，且测距精度高，因此得到了更为广泛的应用。对于带有分支的线路，同样故障距离下可能 有多处位置，因此单端行波法在多分支线路应用时存在很大困难。

目前，有一种通过故障特征利用行波测距解决分支线路的区分问题，典型的如利用S变换频谱特性或通过短路故障与母线电压暂降特征之间的非线性关系，获得一种单端故障定位方法。但是由于配电网的各分支线路零相模量基本一致，在未发生接地不良等情况下，很难区分分支线路。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种电力网多分支线路故障定位方法及系统，实现了准确确定电力网分支线路和/或主干线路中故障点的位置的目的。

第一方面，本发明提供了一种电力网多分支线路故障定位系统，其特征在于，包括：

设置在变电站的每条主线路的出线处的行波测距装置和传感器，设置在所述主线路的每条支路首端的滤波器，

其中，所述每个滤波器的阻波频率均不相同，所述传感器接收故障点反射的行波信号并传输到所述行波测距装置，所述行波测距装置接收所述故障行波信号，根据所述故障行波信号的频谱和折反射时间信息确定发生故障的线路以及测算故障点与所述行波测距装置的距离，确定发生故障的位置。

其中，所述行波测距装置包括行波测距单元和频谱分析单元；

所述频谱分析单元用于接收所述故障行波信号，并对所述故障行波信号的频谱进行分析确定发生故障的线路；

所述行波测距单元用于根据故障行波信号的折反射信息测算故障点与行波测距装置的距离；并根据所述发生故障的线路和所述故障点与行波测距装置的距离确定发生故障的位置。

其中，所述滤波器为窄带阻波器。

其中，所述频谱分析单元具体包括：

接收模块，用于接收所述故障行波信号；

频谱分析模块，用于对故障行波信号的频谱进行分析，得到所述故障行波信号的频谱中缺少的频率点；

故障确定模块，用于根据故障行波信号中缺少的频率点查找与所述频率点对应的滤波器，并根据所述滤波器的位置确定发生故障的线路。

根据本发明的另一个方面，提供一种电力网多分支线路故障定位方法，其特征在于，包括：

接收故障点反射的故障行波信号，根据所述故障行波信号的折反射时间差，测算所述故障点与所述行波测距装置的距离；

分析所述故障行波信号的频谱，得到所述故障行波信号中缺少的频率点；

在线路中预设的滤波器中查找所述缺少的频率点对应的滤波器的标号；

根据所述滤波器的标号确定故障发生的线路；

根据所述故障发生的线路和所述故障点与行波测距装置的距离，确定故障发生的位置。

其中，在线路中预设的每个滤波器的阻波频率都不相同。

由上述技术方案可知，本发明提供一种电力网多分支线路故障定位方法及系统，通过在每个支路上设置具有不同阻波频率的传感器，使得故障行波信号中缺少故障点所在线路的滤波器的阻波频率，从而可以确定故障发生的线路，然后通过计算的故障点的距离快速准确地得到发生故障的位置。该发明的故障定位方法的故障点判断准确，适用于大量分支线路的中低压配电网。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而 易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1为本发明的电力网多分支线路故障定位系统的结构示意图；

图2为本发明的电力网多分支线路故障定位方法的流程图。

图3为本发明的电力网多分支线路故障定位系统的行波测距的原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明的电力网多分支线路故障定位系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：

设置在变电站的每条主线路的出线处的行波测距装置8和传感器7，设置在所述主线路的每条支路上的具有不同阻波频率的滤波器。

其中，传感器7接收故障点的故障行波信号并传输到行波测距装置8，行波测距装置8接收到故障行波信号后，根据所述故障行波信号的频谱和折反射时间信息确定发生故障的线路以及测算故障点与所述行波测距装置的距离，确定发生故障的位置。

上述实施例中，如图1所示，在主变压器1下连接的母线2上连接有多个主干线路3-6，其中以主线路3为例，在主线路3上具有多个分支线路31-34,以及在支路34上的二级分支线路341，在每个支路的首端设置有滤波器，如在支路31上设置有传感器31a，在支路32上设置有传感器32a等，并且每个传感器的阻波频率均不相同。

可理解的是，上述各分支线路仅用于举例说明，本实施例不对其进行限定，具体的分支线路可以理解为供给用户的各分支线路，在每一配电线路中的首端均会设置传感器7、行波测距装置8接收多条配电线路首端的传感器，为了对上述系统进行说明，本实施例仅以配电线路3进行举例说明。

具体地，行波测距装置包括行波测距单元和频谱分析单元，其中频谱分析单元用于接收所述故障行波信号，并对所述故障行波信号的频谱进行分析确定发生故障的线路；

行波测距单元用于根据故障行波信号的折反射信息测算故障点与行波测距装置的距离；并根据所述发生故障的线路和所述故障点与行波测距装置的距离确定发生故障的位置。

行波测距单元可以使用现有的故障行波测距仪进行改进后制成，如可以使用现有的行波测距仪进行行波测距测算故障点的距离，然后通过设置处理单元分析故障点的距离以及发生故障的线路确定故障的位置。

另外，频谱分析单元可以具体包括：

接收模块，用于接收所述故障行波信号；

频谱分析模块，用于对故障行波信号的频谱进行分析，得到所述故障行波信号的频谱中缺少的频率点；

故障确定模块，用于根据故障行波信号中缺少的频率点查找与所述频率点对应的滤波器，并根据所述滤波器的位置确定发生故障的线路。

上述系统在变电站出线处装设故障行波测距装置，分支线路首端增设滤波器，故障点的行波信号由于经过某一个滤波器，使得其频谱中缺少某一个频率点，通过查找该频率点对应的滤波器，从而可以确定故障发生的线路，然后通过故障行波信号的折反射时间确定故障点距离，可以准确地确定发生故障的位置。本方法适合具有多条分支的电力线路故障测距定位，包括架空线和电缆线路。

上述设置滤波器可以使用窄带滤波器，可以不影响吸收主线路的信号，同时达到信号识别的目的。另外，滤波器的个数也可以根据需要设置在相应的分支线路上，可以在全部分支线路上均设置，也可以只设置几个分支线路，主干线路上也可以设置，本实施例不对其进行限定。

可理解的是，上述传感器可以为行波电流传感器，也可以为行波电压传感器，本实施例不再进行详细说明。

图2为本发明的电力网多分支线路故障定位方法的流程图。

在本发明的另一个实施例中，提供一种电力网多分支线路故障定位方法，如图2所示，其过程包括：

S1、接收故障点反射的故障行波信号，根据所述故障行波信号的折反射时间差，测算所述故障点与所述行波测距装置的距离；

其中，本发明的方法中的线路上，在每条直线的首端均设置有滤波器，并且每个滤波器的阻波频率不同；

S2、分析所述故障行波信号的频谱，得到所述故障行波信号中缺少的频率点；

S3、在线路中预设的滤波器中查找所述缺少的频率点对应的滤波器的标号；

S4、根据所述滤波器的标号确定故障发生的线路；

S5、根据所述故障发生的线路和所述故障点与行波测距装置的距离，确定故障发生的位置。

上述实施例中，故障行波信号通过传感器接收后传输到所述行波测距装置进行处理。

上述方法中，通过接收故障点的行波信号，由于故障点的行波信号经过某个滤波器后其频谱缺少某一个频率点，对故障行波信号进行频率分析，查找与缺少的频率点对应的滤波器，从而可以确定故障点所在的分支和主干线路，结合行波测距中测算的故障点的距离，可以快速地得到故障的位置。该方法故障点判断准确，适用于大量分支线 路的中低压配电网。

下述实施例中包括了行波测距装置获取故障点的距离以及故障点的位置的方法进行详细说明。

首先对上述行波测距装置根据行波信号确定故障点的距离进行详细说明。

如图3所示，当线路的F处发生故障时，将产生一个行波脉冲信号向两侧(首端S和末端R)传输，并在波阻抗变化的地方发生折反射，包括首端母线、线路末端、故障点及各分支处。通过传感器(电流传感器I_wave或电压传感器U_wave)检测到达首端处的行波脉冲信号，并将行波脉冲信号发送至行波测距仪，行波测距仪计算故障行波初始波和故障点反射波的时间差t₂-t₁，计算故障点到首端的距离v为行波传输速度，基本上是一个固定的值，与线路空间的介电系数和导磁系数有关。通过测算故障点距离，可以利用与该线路的相关资料确定几个可能的故障点位置。

此外，每条支路上设置有滤波器，举例来说，如窄带阻波器，窄带滤波器可以使大部分行波频谱通过，并且工频的阻抗很小，以避免影响行波故障测距准确度或工频电压降。

由于各滤波器的阻波频率点不同，如图1所示，可以分别设计为支路31首端的滤波器31a为1kHz，支路32首端的滤波器32a为2kHz，支路33首端的滤波器33a为3kHz，支路34首端的滤波器34a为4kHz，支路34上的二级分支线路341首端的滤波器341a为5kHz，在上述滤波器设置时，上述滤波器的阻波频点参数预先存储在行波测距装置中。

在有支路发生故障时。传感器7接收到的故障线路的故障行波信号后，查找故障行波信号的频谱中缺少的频率点来确定故障发生的线路，例如，在上述的例子中，如果接收到行波信号中缺少1kHz，则可 以确定支路31发生故障，同理，如果接收到的故障行波信号中缺少4kHz和5kHz两个频率点，则可以确定次支路34上的二次分支线路341发生故障，最终再结合故障点距离，可以准确地得到故障点的位置。

需要说明的是，上述故障点的距离和故障点的位置的获取部分先后顺序，也可以同时获取，也可以先后获取，本实施例不再进行详细说明。

综上所述，本方案通过测量计算故障点距离，并判断故障点分支，可以在变电站确定故障位置，实现故障测距定位。测距的精度由行波测距仪的精度和线路资料的准确度确定。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。