基于地电位端暂态电流的双端行波故障定位方法及系统与流程

本发明涉及输电线路故障定位技术领域，具体涉及一种基于地电位端暂态电流的双端行波故障定位方法及系统。

背景技术：

输电线路故障后快速、准确地确定故障点是保障电网安全稳定运行的关键工作，同时也是难题之一。传统的故障查找主要依靠人工巡线查找故障位置，效率较低，且某些故障较隐蔽导致巡查时间长，严重影响供电可靠性。

随着输电线路在线监测技术的发展，故障查找的速度与准确度均大幅提升，行波法得到了迅速发展，并逐步进入实用化阶段，其中较有代表性的是分布式故障诊断系统，具有精度高、速度快、不受系统运行参数、故障过渡阻抗影响等优点，被广泛应用于各电压等级的输电网中。

现有技术中，分布式故障诊断系统基于双端行波定位原理，通过在输电线路分布安装行波监测终端，获取故障线路两端采集到的故障行波，计算其到达两端测量点的时间差，再根据测量点间距，即可求出故障点所在位置。

然而，现有的分布式故障诊断系统为保证定位精度，其直接安装在运行的导线上，需要利用线路停电时间将测量终端安装在导线上，且故障诊断系统约每20～30km安装一台行波监测终端，线路较长时安装数量也较大，维护存在不便，也会增加后期线路迁改的费用。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于地电位端暂态电流的双端行波故障定位方法，在安装维护方面非常方便，具有明显优势。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于地电位端暂态电流的双端行波故障定位方法，包括步骤：

在输电线路铁塔1的地电位端间隔安装多个监测终端，所述监测终端监测输电线路铁塔上的地电位行波；

根据相邻两个监测终端监测到地电位行波波头的时间差，得到故障点的位置。

在上述技术方案的基础上，根据相邻两个监测终端监测到地电位行波波头的时间差，得到故障点的位置的计算公式为：

式中，l为已知的相邻两个监测终端之间的间距，为相邻两个监测终端监测到地电位行波波头的时间差，v为地电位行波的传播速度，l1和l2分别为故障点距离两个监测终端的距离。

在上述技术方案的基础上，所述监测终端包括电流传感器、数据采集及存储单元，所述故障定位方法包括步骤：

使用所述电流传感器监测输电线路铁塔上的地电位行波，使用所述数据采集及存储单元采集、接收并存储所述电流传感器的监测数据。

在上述技术方案的基础上，所述电流传感器为罗氏线圈。

在上述技术方案的基础上，所述监测终端还包括供电单元，所述供电单元利用太阳能为监测终端供电。

在上述技术方案的基础上，所有的监测终端之间利用无线通信进行数据交互。

在上述技术方案的基础上，所有监测终端监测到的行波数据均发送给后台服务器，所述后台服务器对所有行波数据进行汇总和分析。

本发明还提供了一种基于地电位端暂态电流的双端行波故障定位系统，包括：

设置单元，其用于预先在输电线路铁塔1上间隔布设监测终端，所述监测终端监测输电线路铁塔上的地电位行波；

处理单元，其用于根据相邻两个监测终端监测到地电位行波波头的时间差，得到故障点的位置。

在上述技术方案的基础上，根据相邻两个监测终端监测到地电位行波波头的时间差，得到故障点的位置的计算公式为：

式中，l为已知的相邻两个监测终端之间的间距，为相邻两个监测终端监测到地电位行波波头的时间差，v为地电位行波的传播速度，l1和l2分别为故障点距离两个监测终端的距离。

在上述技术方案的基础上，所述监测终端包括电流传感器、数据采集及存储单元，所述电流传感器用于监测输电线路铁塔上的地电位行波，所述数据采集及存储单元用于采集、接收并存储所述电流传感器的监测数据。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的基于地电位端暂态电流的双端行波故障定位方法，在安装维护方面非常方便，具有明显优势。

附图说明

图1为本发明实施例中基于地电位端暂态电流的双端行波故障定位方法的原理示意图；

图2为本发明实施例中故障点定位模型。

图中，1-输电线路铁塔，2-监测终端，3-导线，4-地线。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示的基于地电位端暂态电流的双端行波故障定位方法的原理示意图，监测终端2安装在输电线路铁塔1上，两个输电线路铁塔1之间布设有输电线路，该输电线路包括并行设置的导线3和地线4，监测终端2可有效监测从地线4经输电线路铁塔1入地的地电位行波，当导线3上的故障点a发生故障时，导线3上产生故障行波电流，且由于导线3和地线4之间存在电磁感应，导线3上的故障行波电流会通过空间电磁感应在地线4中也激发行波电流，地线4的行波电流传输到输电线路铁塔1，被监测终端2获取到，通过双端定位原理进而定位出故障点的位置。

基于上述原理示意图，本发明实施例提供一种基于地电位端暂态电流的双端行波故障定位方法，包括步骤：

在输电线路铁塔1的地电位端间隔安装多个监测终端2，所述监测终端2监测输电线路铁塔上的地电位行波，即由地线4上传播至输电线路铁塔1的地电位行波；

根据相邻两个监测终端2监测到地电位行波波头的时间差，得到故障点的位置。

参见图2所示的故障点定位模型，两个相邻的监测终端2分别为dtu1和dtu2，监测点dtu1和监测点dtu2之间的距离为l，故障点距离监测点dtu1的距离为l1，故障点距离监测点dtu2的距离为l2，故障点产生的行波电流传播至监测点dtu1的时间为t1，故障点产生的行波电流传播至监测点dtu2的时间为t2，通过gps提供的准确相对时间t1和t2，可以得到两个监测终端2监测到地电位行波的时间差δt＝t1-t2，进而定位出故障点的位置。

更进一步地，在本发明实施例中，根据相邻两个监测终端2监测到地电位行波波头的时间差，得到故障点的位置的计算公式为：

式中，l为已知的相邻两个监测终端2之间的间距，δt为相邻两个监测终端2监测到地电位行波波头的时间差，v为地电位行波的传播速度，l1和l2分别为故障点距离两个监测终端2的距离。

本发明实施例中的基于地电位端暂态电流的双端行波故障定位方法的工作原理为：

架空输电线路发生故障时，故障点必然会产生行波电流，行波电流以接近光速向故障点两边传播，由于导线3与地线4之间存在电磁耦合，发生故障时导线3上的行波电流会通过空间电磁感应在地线4中也激发行波电流，因此导线3故障行波在沿线传播的过程中会在每个输电线路铁塔1的地线4上产生暂态行波电流，地线4中的行波电流通过输电输电线路铁塔1入地时，可通过装设在输电线路铁塔1上的地电位行波的监测终端2获取，再根据已知的相邻两个监测终端2的距离、以及这两个监测终端2监测到的地电位行波波头的时间差，通过双端定位原理，从而计算得到故障点的位置。

本发明实施例的基于地电位端暂态电流的双端行波故障定位方法，将监测终端2安装于输电线路铁塔1上，安装维护不需要配合停电计划，可有效解决分布式故障诊断系统维护不便的难题。可见，本发明实施例的基于地电位端暂态电流的双端行波故障定位方法，在安装维护方面非常方便，具有明显优势。

具体地，在本发明实施例中，所述监测终端2包括电流传感器、数据采集及存储单元。

基于地电位端暂态电流的双端行波故障定位方法还包括步骤：

使用所述电流传感器监测输电线路铁塔1上的地电位行波，使用所述数据采集及存储单元采集、接收并存储所述电流传感器的监测数据。

由于地电位行波电流的幅值受监测点与故障点的距离的影响，故障输电线路铁塔1的地电位电流可能达到上千安培，而传播20km以上可能会衰减到几安培甚至更小；地电位行波电流幅值还受故障类型影响较大，雷击时故障点行波幅值可达几千安培，线路经高阻接地时仅为几十安培。因此，地电位行波电流幅值变化范围较大，其要求电流传感器具有较大的幅值和频率范围。

因此，优选地，所述电流传感器为罗氏线圈，可以很好地反映地电位行波电流的暂态过程。罗氏线圈即罗柯夫斯基线圈，是一种特殊结构的空心线圈，将测量绕组均匀密绕在一个非磁性骨架上，线圈绕成偶数层，一般为两层线圈。在利用罗氏线圈进行测量时，将线圈围绕载有被测电流的导体，线圈两端接上采样电阻就可以测量暂态电流。设计时，应考虑传感器对1a以上的暂态电流有效触发，这样可保证地电位行波传播较远距离后(30km内)仍能被检测，而对千安级的大电流，无需监测完整波形，只需提取准确的波头时间即可。

优选地，所述监测终端2还包括供电单元，所述供电单元利用太阳能为监测终端2供电。在本发明实施例中，所有的监测终端2之间利用无线通信进行数据交互。所有监测终端2监测到的行波数据均发送给后台服务器，所述后台服务器对所有行波数据进行汇总和分析。

本发明实施例还提供了一种基于地电位端暂态电流的双端行波故障定位系统，包括设置单元和处理单元。

设置单元用于预先在输电线路铁塔1上间隔布设监测终端2，所述监测终端2监测输电线路铁塔1上的地电位行波；处理单元用于根据相邻两个监测终端2监测到地电位行波的时间差，得到故障点的位置。

更进一步地，基于地电位端暂态电流的双端行波故障定位系统中，根据相邻两个监测终端2监测到地电位行波波头的时间差，得到故障点的位置的计算公式为：

式中，l为已知的相邻两个监测终端2之间的间距，δt为相邻两个监测终端2监测到地电位行波波头的时间差，v为地电位行波的传播速度，l1和l2分别为故障点距离两个监测终端2的距离。

具体地，在本发明实施例中，所述监测终端2包括电流传感器、数据采集及存储单元，所述电流传感器用于监测输电线路铁塔1上的地电位行波，所述数据采集及存储单元用于采集、接收并存储所述电流传感器的监测数据。

本发明实施例的基于地电位端暂态电流的双端行波故障定位系统中，监测终端2安装于输电线路铁塔1的地电位端，安装维护不需要配合停电计划，可有效解决分布式故障诊断系统维护不便的难题。可见，本发明实施例的基于地电位端暂态电流的双端行波故障定位方法，在安装维护方面非常方便，具有明显优势。

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。