专利名称：模型自适应输电线路故障测距方法
技术领域：
本发明涉及一种模型自适应输电线路故障测距方法，属电力系统继电保护技术领 域。
背景技术：
电力是国民经济的基础，电力输电线路的畅通是保障电力供应的关键，电力输电 线路的故障主要由电力线路测距设备来解决。目前，传统的电力输电线路故障测距系统主 要存在以下问题1)测距结果缺乏优化和综合。故障发生时现场2套保护装置、故障录波 器和行波测距装置给出的四种测距结果可能相差较大，导致运行人员不知采用那个测距结 果，从而使测距结果失去价值。幻对于复杂的电网情况，目前任一种测距算法均不能全部达 到最佳效果。行波故障测距需要双端通信，对于通信失败或未接入双端行波测距系统的线 路，双端测距会失效；而且，单端行波故障测距可靠性不高，单独使用单端行波测距的成功 率较低。总体而言，目前的行波测距精度离散性很大，在某些情况下很精确，而某些情况下 测距失效，可靠性还有待于提高。而基于工频电气量的故障录波器只能采用单端数据实现 故障定位，从原理上就不存在优势。3)目前各种测距算法均未充分考虑每条线路的结构性 差异，如保护装置的测距算法未考虑同杆并架双回线路情况；行波测距装置未考虑灾变情 况下，通道中断后的单端行波测距算法，以及行波测距失败后的测距方式。4)目前测距算法 对故障测距过程中影响因素缺乏综合分析。故障时刻的过渡电阻或线路分布电容和其他因 素的影响，可能导致基于行波或阻抗的故障定位算法的不准确；目前各种测距系统或装置 仅仅实现了电气距离的测量，未能综合考虑输电线路弧垂、转角等因素影响。幻超高速继电 保护和断路器的应用，可用于故障定位的数据窗越来越短，使得传统的基于频域的故障定 位方法失效。因而对于具体的输电线路和故障状况，研究鲁棒性较好的故障测距算法，并最 终给出唯一可信、精确的测距结果将十分必要。
发明内容
本发明的目的是，针对传统测距系统存在的问题，提供一种模型自适应输电线路 故障测距方法，在不增加投资的基础上，通过获取现有的单端或双端故障录波数据和行波 故障定位系统的录波数据，根据具体线路和具体故障情况，自适应选择最优的故障测距算 法；并且对故障录波、继电保护和行波测距等四种测距结果进行综合分析判断，给出唯一精 确的故障测距结果。本发明的技术方案包括以下步骤(1)建立实际电网输电线路模型通过现场试验获得的数据，计算实际电网线路参数和系统参数，包括系统阻抗，线 路阻抗，线路波阻抗和传播系数，对地电导和分布电容等参数，建立与实际电网输电线路对 应的物理模型和分布参数模型，据此得出各线路在不同频带下的等值模型，为模型自适应 输电线路故障测距提供线路参数库。
(2)构建故障监测数据平台在故障测距主站实现各类监测数据的上传，为实现多种自适应综合测距方法提供 数据平台。在主站可以利用故障线路两端录波器上传的监测数据，实现基于工频电气量的 双端测距，填补了利用电气量测距的理论缺陷。在主站获取行波故障测距、保护测距结果并 在主站获取录波器双端测距的基础上，结合测距子站对两类测距结果的初步综合利用和比 对，在测距主站层面实现更可靠更多样的综合测距方法，如在测距主站利用多端信息解决 行波波速的不确定、线路弧垂和杆塔转角影响测距精度等问题的优化测距方法。(3)综合四种测距结果的优化测距方法在不增加投资的基础上，通过获取现有的单端或双端故障录波数据和行波故障定 位系统的录波数据，根据具体线路和具体故障情况，自适应选择最优的故障测距算法。双端行波故障测距是目前行波故障测距应用最广泛的方法，可靠性和测距精度都 相对较高，同时双端行波法测距受双端同步采集及双端通信等因素影响其精度具有一定的 离散性，即测距成功时精度较高，而测距失败时则无法给出测距结果或者结果偏差较大；故 障录波器与继电保护装置均利用基于工频电气量的测距方法，若利用单端电气量测距，其 本身从原理上就存在缺陷。对于光纤差动保护可获得双端电气量测距结果，但其采样频率 相对较低，因此在主站利用采样频率较高的录波器数据实现双端电气量测距，从根本上对 测距原理的应用进行了提升，其鲁棒性和精度将有一定的提高，并将该结果作为电气量测 距的主要参考结果。因此，在四种测距方法中录波器双端测距结果鲁棒性最高，在测距成功 的前提下行波故障测距的精度最高。对故障发生时现场2套保护装置、故障录波器和行波测距装置给出的四种测距结 果进行综合分析判断，给出唯一精确的故障测距结果。(4)基于多端行波数据的故障测距结果优化输电线路的行波波速跟线路实际参数有关，不同线路结构和自然条件下，波速数 值不一样。此外，输电线路参数是随频率变化的，对同一线路在不同时刻线路参数也在变 化，波速数值也在波动。因此行波故障测距装置中，取一定范围内的波速数值来代替实际波 速带有主观性。实际系统中输电线路的长度是杆塔间的实测间距之和而没有考虑弧垂的影 响，测距过程中弧垂和转角都会对测距精度有一定的影响。在测距主站通过各子站监测数 据上传，可得到故障线路及其相邻线路对端子站的行波数据，实现基于多端行波数据的故 障测距结果优化。(5)参数自适应测距算法在常规双端测距算法当中，线路参数都是作为已知量参与运算的，由于测距算法 对线路参数精度有较高的要求，当线路参数不准确时，会给测距结果带来较大误差。高压输 电线路的参数一般通过实测获得，但在运行过程中要受到沿线地质、气候、大地电阻率分布 不均等因素的影响，甚至线路的长度L在不同的季节也是变化的。特别是气候恶劣的雨雪 天气往往容易发生故障，当线路被冰雪覆盖时，将会使线路参数明显偏离给定值，例如对线 路长度变化的研究范围为0. 9L 1. IL(分别对应于寒冷的冬天和炎热的夏天)，仅此一项 就使线路分布参数中线路的正序传播系数变化达到10%，从而造成测距误差。为了消除线 路参数不准确或变化对测距精度的影响，利用故障录波器提供的冗余测量信息，在线路参 数在线估计的同时计算故障距离的故障测距最小二乘算法，消除因线路参数不准确造成的测距误差，实现在准确线路参数未知的情况下精确测距。本发明与现有技术相比较的有益效果是，①能将测距结果进行优化和综合；②能 充分考虑每条线路的结构性差异，自适应选用最佳的测距算法；③能在线估计输电线路参 数；④综合考虑故障时刻的过渡电阻、线路分布电容及双端数据非同步采样等影响故障测 距的因素。本发明方法适用于110 500kV输电线路的故障测距。
图1为本发明的输电线路自适应测距处理流程示意图；图2为本发明的测距结果综合优化算法流程示意图；图3为本发明的基于多端行波数据的故障测距结果优化示意图；图4为本发明的具体实现方案示意图；图中图号表示为1是测距信息子站；2是测距信息子站；11是测距信息子站；11是 保护1 ；12是通信单元；13是行波故障测距；14是故障录波器；15是保护2。
具体实施例方式本发明的具体实施方式
如图1至图4所示。图1为本发明的输电线路自适应测距处理流程示意图。如图1所示，当测距主站 获取到所测输电线路双端故障录波数据时，优先采用双端故障测距算法。如果双端数据不 同步，采用基于幅值的频域法。对于双回线和多回线故障测距，由于受到另外回线的互感和 互容的影响，线路参数不精确时，则采用基于在线参数估计的测距算法；或者基于反序网的 同杆双回线单端、双端故障定位实用算法(只利用单端或双端电流量，而不需要电压量)。 如果测距主站只能获取到所测输电线路单端故障录波数据时，则利用单端电气量，考虑过 渡电阻和对端系统阻抗的影响，在时域中用最小二乘法求解故障距离；或者采用基于故障、 故障分间和重合间暂态行波的输电线路单端故障测距实用算法。在现场数据缺乏或现场装 置测距失效时，采用电磁暂态仿真软件进行故障模拟，得到暂态仿真波形，此时，采用基于 波形匹配的输电线故障测距优化算法，根据暂态仿真波形与实际故障暂态波形特征的匹配 程度，得到测距结果。图2为测距结果综合优化算法流程示意图。如图2所示，当故障发生时，行波测距 和故障录波器、两套保护同时启动。设定四种测距方式均可得出测距结果，结合子站中对行 波测距结果和录波器测距结果的初步综合利用。下面，根据子站行波测距方式，对各类测距 结果的是否相近情况进行具体分析。当子站为单端行波测距方式时，行波装置利用本地故障录波器的测距结果判断波 头性质并给出测距结果，在主站该测距结果与故障录波器双端电气量测距结果比较，若结 果相近，则行波测距成功，且依此比对两套保护测距结果，去除保护中的测距失败者；若结 果不相近，则根据录波器双端电气量的高鲁棒性判定行波测距失败，并根据双端电气量结 果比对两套保护结果。当判断两种测距结果是否相近时，其差值Δ 1满足在一定数值域(0， k*L)时，并认为其相近，反之为不相近，L为所监测故障线路的长度，k为常数系数(如可选 择5% )。将判定测距成功者的测距结果加权求和作为最终主站测距结果，如下式所示
权利要求
1.一种模型自适应输电线路故障测距方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤(1)建立与实际电网输电线路对应的物理模型和分布参数模型，据此得出各线路在不 同频带下的等值模型，为模型自适应输电线路故障测距提供线路参数库；(2)在故障测距主站实现各类监测数据的上传，为实现多种自适应综合测距方法提供 数据平台；(3)在不增加投资的基础上，通过获取现有的单端或双端故障录波数据和行波故障定 位系统的录波数据，根据具体线路和具体故障情况，自适应选择最优的故障测距算法；对故 障发生时现场2套保护装置、故障录波器和行波测距装置给出的四种测距结果进行综合分 析判断，给出唯一精确的故障测距结果。
2.根据权利要求1所述的模型自适应输电线路故障测距方法，其特征是，在测距主站 通过各子站监测行波数据的上传，得到故障线路及其相邻线路对端子站的行波数据，实现 基于多端行波数据的故障测距结果优化。
3.根据权利要求1所述的模型自适应输电线路故障测距方法，其特征是，利用故障录 波器提供的冗余测量信息，在线路参数在线估计的同时计算故障距离的故障测距最小二乘 算法，消除因线路参数不准确造成的测距误差，实现在准确线路参数未知的情况下精确测 距。
全文摘要
一种模型自适应输电线路故障测距方法，本发明在不增加投资的基础上，通过获取现有的单端或双端故障录波数据和行波故障定位系统的录波数据，根据具体线路和具体故障情况，自适应选择最优的故障测距算法；并且对故障录波、继电保护和行波测距等四种测距结果进行综合分析判断，给出唯一精确的故障测距点。采用上述方法，可以实现准确的故障测距，解决高阻接地情况下保护装置和其它故障测距系统定位精度低的问题；解决高阻情况下对端行波记录仪不起动、或者波头不清晰等情况下，行波故障测距系统无法进行故障定位时的故障定位问题，给出准确的故障点、故障相别和巡线范围。本发明方法适用于110～500kV输电线路的故障测距。
文档编号G01R31/08GK102074937SQ20101053369
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者毛鹏, 辛建波, 黄瑶 申请人:江西省电力科学研究院