Hvdc传输线路中的单端故障定位的方法
【专利说明】HVDC传输线路中的单端故障定位的方法 发明领域
[0001] 本发明设及传输线路中的故障定位的方法，尤其是HVDC(高压直流)混合线路中的 故障定位的方法，在该混合线路中，线路的一部分是架空线路，并且一部分是线缆线路。故 障定位基于由传输线路中的故障所感应的估计到达时间，行进波沿着线路从故障点传播至 位于传输线路的一端的测量点。
[0002] 发明背景 在传输线路中，可W使用用于故障检测和故障定位的不同的方法，W便对故障位置准 确地进行定位。例如，传输线路中的最准确的解决方案是，利用行进波原理一-自线路两端 起的在时域测量中的同步。采取故障定位器的形式的计算机装置对在出现故障的期间感应 的行进波进行监测。波在传输线路中从故障位置W接近光速的速度在架空线路中双向地传 播。在传输线路的终点，检测到波，并且确定波到达测量点的时间。
[0003] 从专利申请W02011127967A1得知存在有用于确定故障波到达输电系统的测量点 的时间的方法及设备。该方法对作为均质线路的传输线路中的故障位置的定位有用。对于 长的传输混合线路，如架空线路和海底线缆或地下线缆，期望的是，在刚刚出故障之后，确 定运样的故障出现于何处。故障位置的距离与两站中的第一故障波到达测量点的时间之间 的差成比例，并且与传输线路中的故障波的速度成比例。能够W用于检测故障波到达的时 间的同步装置的准确度确定与故障的距离。通常，同步误差接近于200ns。此发明通常是双 端方法。
[0004] 从专利US 4 766 549得知单端传输线路故障定位器。呈现了用于在传输线路中对 故障进行定位的系统。用于在高压直流(HVDC)传输线路中对故障进行定位的系统仅使用从 传输线路的一端取得的测量。系统包括用于由位于传输线路中的故障所生成的瞬变、即行 进波进行检测的部件和用于通过进行极性检测而将瞬变分类为由于故障而产生的瞬变和 从传输线路的一端反射的瞬变的部件。此外，系统包括用于确定瞬变到达传输线路的一端 的时间的部件和用于计算运些瞬变的到达时间之间的差、W便确定故障的位置的部件。运 样的系统在均质类型的传输线路-纯架空线路或纯线缆线路中运行，但在传输线路由两个 或更多个不同的段，架空段和线缆段构成时，发生一些故障，其中，每个段具有不同的浪涌 阻抗和不同的波传播速度，运导致运样的两个段的结点处的另外的波反射。本发明提供优 先于上文所讨论的单端技术的改进。
[0005] 利用本发明来创建行进波方案，W便使用比利点阵图（Bewley lattice diagram) 来计算理论故障点的行进波脉冲和运些脉冲到达测量点的理论时间，例如从CRC出版社在 2001年出版的第4版第3章的由化i 1 ip C . Magnusson、Gerald C . Alexander、Vi jai K-TripathLAmlreas Weisshaar创作的文献"传输线路和波传播"得知该行进波方案。
【发明内容】
[0006] 本发明的要素由如下的步骤组成： ?创建参考数据库，该参考数据库包括在由用户针对已知的线路参数而建立的已知的 理论距离Xl的理论故障点生成的至少第一、第二和第S理论行进波脉冲Pr、P2'、P3'的理 论时间方案，并且在测量点（SI)计算运些脉冲到达时间T1'、T2'、T3'， ?通过在故障线路的一端测量行进波脉冲？1、？2、？3，从而检测线路的未知的距离的未 知的实际点的故障脉冲的存在，并且在计算机装置中，针对故障线路的未知的距离而计算 行进脉冲P1、P2、P3的第一到达时间T1、第二到达时间T2和第=到达时间T3,其中，在第一脉 冲Pl的幅值具有比由用户赋予的阔值化更大的值时，Tl等于0,并且创建在故障点生成的脉 冲P1、P2、P3的实际时间方案， ?将在故障点生成的脉冲P1、P2、P3的实际时间方案与在已知的理论故障点生成的脉 冲P1'、P2'、P3'的理论时间方案比较，并且通过极性检查而将未知的点的实际时间方案与 所有的理论时间方案匹配， ?指示已知的距离的理论时间方案，该理论时间方案是与未知的距离的实际时间方案 最佳地匹配的时间方案， ?将未知的距离指示为等于已知的距离的值，该值确定故障点的位置。
[0007] 优选地，在理论故障点生成的第一、第二和第=理论行进波脉冲P1'、P2'、P3'的理 论时间方案基于运些脉冲的比利点阵图，并且取得针对由用户赋予的理论已知的距离而计 算的理论到达时间T1'、T2'、T3'，W便创建理论时间方案。
[0008] 优选地，将未知的故障点的实际时间方案与理论时间方案匹配的过程基于第二行 进波脉冲P2和P2 '的实际到达时间T2与理论到达时间T2 '之间的时间差A 1?和第S行进波 脉冲P3和P3'的实际到达时间T3与理论到达时间T3'之间的时间差AT3k的计算。
[0009] 优选地，计算时间差A T2k和A T：3k的绝对值的和，W便选择和I：化)的最小值。
[0010] 优选地，通过选择时间差的绝对和的最小值而确定故障点的未知的距离X。
[0011] 优选地，在确定故障点的未知的距离之后，针对故障线路而触发警报，并且故障定 位的准确值是已知的。
[0012] 本发明的优点是优先于现有技术的改进，并且允许提高传输线路，尤其是包括具 有不同的浪涌阻抗的许多不同的段的线路中的故障定位的准确度。由于应用仅一端的测 量，因而本发明允许不使用如两个终端之间的通信信道或GPS(全球定位系统)之类的装置 就进行故障定位。
【具体实施方式】
[0013] 在附图上的示范性的实施例中呈现本发明的方法，在附图中： 图1描绘运行所呈现的发明的传输系统； 图2描绘实现本发明的方法的一组步骤； 图3描绘在放置于传输线路的架空部分中的故障点传播的理论行进波的到达时间的比 利点阵图； 图4描绘在放置于传输线路的线缆部分中的故障点传播的理论行进波的到达时间的比 利点阵图； 图5描绘由于已知的位置Xl处的故障而生成的脉冲和运些脉冲到达测量装置的时间的 理论时间方案； 图6描绘在实际故障位置X生成的脉冲和运些脉冲到达测量装置的时间的实际时间方 案； 图7描绘从图5和图6得到的时间方案的比较的示例。
[0014] 如图1中所示，系统包括HVDC传输线路1 ,HVDC传输线路1具有架空线路区段OHL和 线缆线路区段CBL。运两类线路之间的联接点指示为J。传输线路1的全长指示为化。线路1具 有带有测量点Sl的终端A和带有测量点S2的终端B。在点Sl与点S2之间，通过故障电阻RF的 故障的位置显示为点S3,点S3能够放置于线路区段OHL或C化中的任何位置。在终端A中，故 障定位器2放置成具有与测量点Sl的电连接。故障定位器是装备有例如处理器、RAM、R0M、电 源等的标准部件，未在附图上呈现的用于测量并处理线路1的可变参数的部件W及采取检 测模块3的形式的用于检测故障的部件的计算机装置。检测模块3与运行模块4连接，运行模 块4用于生成从模块3接收的与行进波从故障点S3出发的到达时间有关的数据的专用时间 方案并存储该专用时间方案。故障定位器2还装备有基于数据的创建模块5,在该创建模块5 中，基于传输线路1的已知的常数和可变数据，并且基于故障放置于已知的理论距离处运一 事实，自动地创建参考数据库，运些数据收集于专用表中，稍后将解释专用表。数据库创建 模块5适合于从终端A的用户接收永久数据并通过连接件6而从点S3接收可变数据。运行模 块4和基于数据的创建模块5运两个模块都将其输出端与故障定位模块7的输入端连接，故 障定位模块7用于通过将存储于模块4中的实际数据与在模块5中计算出并存储的理论数据 比较而确定故障定位。模块7的输出端与用于呈现传输线路中的故障定位的结果的装置8或 用于在需要时触发警报的采取已知的在运样的情形下使用的装置(显示器、电话、警示灯或 警告音等)的形式的装置连接。故障定位器2放置于终端A中，但故障定位器2能够位于终端B 中，在运样的情形下，测量点是S2,而不是点S1。该方法设及HVDC线路的仅单端的故障定位。
[0015] 根据本发明的方法包括W下的步骤。
[0016] 步骤 IA 在步骤IA中，在故障定位器2的模块5中，将专用参考数据库创建为已知的理论距离Xl 中的故障定位的时间方案。假设在理论故障点S3'创建理论行进波脉冲P1'、P2'、P3'，考虑 波脉冲（图5)的极性(+或-)，针对已知的故障距离Xl而计算运些脉冲到达测量点SI的理论 到达时间T1'、T2'、T3'。故障Xl的已知的距离作为具有全长化的HVDC线路的等间隔而由用 户赋予。传输线路1被划分为许多等间隔k=l……n-1，在距离Xl上具有初始点Sl和许多可变 的理论故障点S3'，距离乂1^米呈现:例如100111、200111、300111、5000111、……59900m等。在故障定 位器2的处理器中实现的计算机程序针对k(l)、k(2)……k(n-l)而创建表1，其中，k是已知 的间隔的序数，并且指示已知的距离Xl上的线路中的理论故障点，n是自然数。为了创建表 1，具有已知的距离XI，使用架空线路区段中的故障和线缆线路区段中的故障的比利点阵图 (图3和图4)，创建理论时间方案（图3和图4的左侧）。每个已知的距离Xl的所有的理论k时间 方案收集于示范性的表1中。
[0017] 表1
为了更清楚地理解表1的创建，在下文中呈现了表1的k时间方案的计算的示例，对于架 空线路区段助正中的故障，k=499,并且对于线缆线路区段C化中的故障，k=800。联接点J是架 空线路区段OHL的终点或线缆线路区段C化的起始点。该示例基于HVDC线路的一端处的所测 量到的电流信号。在终端A或B中，线路1的参数是已知的。
[001引对于架空线路区段細L，W下的参数是已知的： 浪涌阻抗化=400 Q 行进波的传播速度化=300000比m/s] 架空线路区段的全长0HL=30km 对于线缆线路区段CBL，W下的参数是已知的： 线缆线路的浪涌阻抗:ZC=SOQ 行进波的传播速度:VC=ISOOOO比m/s] 线缆线路的全长CBL=30km 使用比利点阵图来计算理论故障点S3'的行进波脉冲Pr、P2'、P3'和运些脉冲到达测 量点S1的理论到达时间T1'、T2 '、T3 '，在图3和图4上对此进行解释。
[0019]根据图3中所呈现的附图，电流信号的向后行进波TWN具有负极性。相反，向前行进 波TWM具有正极性。在接近于结J的点S3在线路細L中引发故障之后，波TWN和波TWM两者都沿 着线路沿不同的方向W速度化传播。到达在