专利名称：一种基于非接触式磁场测量的输电线路故障定位方法
技术领域：
本发明涉及一种输电线路故障定位，尤其是一种基于非接触式磁场测量的输电线路故障定位方法。
背景技术：
架空输电线路被广泛用于发电区域与受端电网之间的电能传输。近年来，随着电力系统的快速发展，输电线路也越来越多。这些线路由于雷击、短路、设备故障、误操作、过负载等原因容易发生故障。统计显示输电线路故障是电力系统中最为常见的故障。当输电线路发生故障时，检测并定位故障对于巡检人员对线路的维护和尽快的恢复系统供电具有重要意义。确定线路故障点的时间是评估电能传输的一项重要指标，因此也是影响全网性能的因素。这种认知越来越受到重视，由于电力和能源市场放松管制和自由化的新政策，可能导致更强调操作而减少传输系统的可靠性水平。长期以来，科研和工程人员致力于可靠 有效的故障定位方法的研究。目前，可用于实际故障定位的方法主要有两类基于行波测量的方法和基于阻抗测量的方法。在行波法中，捕获故障引起的瞬态脉冲信号或者在线路中注入脉冲信号，再捕获被反射回来的脉冲信号。通过分析行波信号在线路中的传输时间来实现故障定位。由于在输电线路一端获得的故障信号混有大量的噪声，一些现代信号处理的方法(如小波变换)也被引用到故障定位中。阻抗法是通过测量并分析故障前后线路的电压电流关系来进行故障定位的方法。线路参数可以通过计算线路模型得到，这样就能进行故障定位了。根据接收装置的分布情况，可以把这些模型分为单端、双端或者多端模型。随着继电保护的飞速发展，现在可以通过同步相量装置来获取故障定位所需的数据。并且已经证明该方法可以提高故障定位的精度。综上所述方法均可以得到合理的故障定位结果，但是，这些方法需要在高压输电线上直接连接测量设备，提高了故障定位的成本。例如，行波法的故障定位精度取决于高价的数据采集系统的性能。而且，这些方法都是建立在输电线路参数一致的假设条件下。考虑到实际中，由于输电线路分布在广阔的地理环境中，与假设模型存在差异。例如，导线在空间的不对称性将会影响电抗，温度的不同导致阻抗的差异，弧垂会影响到电容。实际应用表明这样的故障定位方法的误差一般是监控线路总长的1_2%。在一些情况下，误差会高达到5%或者更多。对于远距离输电来说，故障定位的准确性就变得尤其重要了，因为即使是较小的算法误差也将导致故障定位有几千米的出入，这就使得维修人员要花费更多的时间去查找故障点。特别是在一些山区(比如中国的凉山)，这种故障定位系统在500KV的输电线路中可能导致土 3km的误差，这样维护人员就不得不在山区中徒步6千米左右才能确定故障发生的具体位置。而且，对于一些非永久的故障来说，如由线路弧垂引起的飞弧等，由于该种故障具有瞬时性的特点，也就是说在故障发生后不久发生故障的位置又自动恢复到了正常状态，如果采用这种故障定位系统，维护人员将要花费更多的精力去确定故障的具体位置。
发明内容
本发明的目的在于在此提供一种低成本、高精度、高灵敏度的故障定位方法，通过在输电铁塔上安装传感器，然后将测量数据传送到数据处理单元通过故障分析软件确定故障所在的铁塔区间。其中由传感器采集到的磁场数据还可用于故障类型和故障点的进一步确定。本发明是这样实现的，构造一种基于非接触式磁场测量的输电线路故障定位方法，其特征在于包括有A :确定故障区间、B ;辨识故障类型、C :故障区间内定位；其中按照如下方式确定故障区间构建一个安装在输电铁塔上的远程终端，所述远程终端由微处理器CPU、传感器，信号调理模块、数据采集模块DAQ、存储模块、数据通信模块以及电源模块 组成，传感器用于测量磁场在三维空间的三维分量，该数据经过信号调理模块后送往DAQ模块，CPU用于控制整个系统并不断处理DAQ模块发送来的磁场数据，处理后的有用信号将存储在存储模块中，并通过通信模块将这些数据发送到中心站进行分析处理，根据被测磁场的方向变化能确定故障区间，磁场反向的相邻两个测量点区间为故障区间。根据本发明所述一种基于非接触式磁场测量的输电线路故障定位方法，所述传感器三维磁场分量输入计算为
5 = ζβ, + XyBy +ζ5, = K {B, +(B11+B；) cos Θ) +iy ((Ba-Bc)sm&)+isQ (I)
其中Ba, Bb, Be分别是三相电流ia ib ic对应产生的磁场分量，ix iy iz分别是x yz轴的单位向量；
根据毕奥一萨伐尔定理计算磁场，Ba Bb Be计算如下
—c — "0 ο — Wc …
Un 一 - U % — - Uj. — - I / )
a 1πτΑ ’ ' 2πτΒ ’ c 2mc ⑷。
根据本发明所述基于非接触式磁场测量的输电线路故障定位方法其特征在于按照如下方式辨识故障类型为根据毕奥一萨伐尔定理可知，由于电流较大时，该电流所激发的总磁场较强，当电流较小时，该电流所激发的总磁场较弱，故根据总磁场的大小来辨识故障类型；具体为
当单相短路时，总磁场最弱；当单相短路故障时，测量点处磁场分量具有如下特点
= 身目接地故障
Bt cosΘ
<By O,B相接地故障(3)
辱妙C相接地故障
Br cosΘ
K. Λ
当三相短路时总磁场最强；两相短路时，总磁场介于两者之间；
其中两相短路又分为两相接地短路和相间短路，相间短路时，由式(I)可知测量点处磁场分量具有如下特点
权利要求
1.一种基于非接触式磁场测量的输电线路故障定位方法，其特征在于包括有A :确定故障区间、B ;辨识故障类型、C :故障区间内定位；其中按照如下方式确定故障区间构建一个安装在输电铁塔上的远程终端，所述远程终端由微处理器CPU、传感器，信号调理模块、数据采集模块DAQ、存储模块、数据通信模块以及电源模块组成，传感器用于测量磁场在三维空间的三维分量，该数据经过信号调理模块后送往DAQ模块，CPU用于控制整个系统并不断处理DAQ模块发送来的磁场数据，处理后的有用信号将存储在存储模块中，并通过通信模块将这些数据发送到中心站进行分析处理，根据被测磁场的方向变化能确定故障区间，磁场反向的相邻两个测量点区间为故障区间。
2.根据权利要求I所述一种基于非接触式磁场测量的输电线路故障定位方法，其特征在于所述传感器三维磁场分量输入计算为 S = ζΒχ + iyBy +isBs 二 ,(Bi + (Ba +B；)cos&) +iy((Bll -5,)sin θ) + ΣO (I) 其中Ba, Bb, Be分别是三相电流ia ib ic对应产生的磁场分量，ix iy iz分别是x yz轴的单位向量； 根据毕奥一萨伐尔定理计算磁场，Ba Bb Be计算如下 Bi=叛 Bi=^- Be = ^ (2)。
27TrA， TJirz， Inrcj
3.根据权利要求I所述基于非接触式磁场测量的输电线路故障定位方法其特征在于按照如下方式辨识故障类型为根据毕奥一萨伐尔定理可知，当电流较大时，该电流所激发的总磁场较强，当电流较小时，该电流所激发的总磁场较弱，故根据总磁场的大小来辨识故障类型；具体为 当单相短路时，总磁场最弱；当单相短路故障时，测量点处磁场分量具有如下特点 ^ ^ =砂 J相接地故障 Βτ cosΘ <By^O,B相接地故障(3) =c相接地故障Bv cos B L当三相短路时总磁场最强；两相短路时，总磁场介于两者之间； 其中两相短路又分为两相接地短路和相间短路，相间短路时，由式(I)可知测量点处磁场分量具有如下特点 「 I . Λ ——smtf ——,AB相间短路故障 ^ 4^0,ACffi间短路故障(4) -— sm 5 ——,BC相间短路故障 JPI , I^r :___—COS & rE rC两相接地故障时， AB接地故障时，根据式(I)可知测量点处磁场分量具有如下特点
4.根据权利要求I所述基于非接触式磁场测量的输电线路故障定位方法其特征在于进一步确定故障点的位置如下 具体步骤如下 a、根据输电线路上的测量终端的数据，确定故障区间； b、根据所得的故障区间，得出故障线路长度，从而计算短路电流大小； C、比较磁场测量值与理论值，确定故障类型为单相短路、两相短路，三相短路； d、根据式(3)(4)进一步确定故障类型，比如单相短路时，得出是具体哪一项出现故障；而两相短路时指的判断出是哪两相出现接地或是相间短路故障； e、在得出具体故障类型之后进一步确定故障点的位置，具体为假设传感器安装在距离故障导线为a处导线中的电流i (t)，根据毕奥-萨伐尔定理有如下关系
全文摘要
本发明公开了一种基于非接触式磁场测量的输电线路故障定位方法，其特征在于包括有A确定故障区间、B；辨识故障类型、C故障区间内定位；其中按照如下方式确定故障区间构建一个安装在输电铁塔上的远程终端，所述远程终端由微处理器CPU、传感器，信号调理模块、数据采集模块DAQ、存储模块、数据通信模块以及电源模块组成，传感器用于测量磁场在三维空间的三维分量，该数据经过信号调理模块后送往DAQ模块。本发明所提供的一种基于非接触式磁场测量的故障定位新方法。通过由高灵敏度、高带宽、低成本的磁阻式磁场传感器测量的输电线路附近磁场数据定位故障区间。
文档编号G01R31/08GK102645613SQ20121012357
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者丁理杰, 井实, 卢有亮, 姚若婷, 张昌华, 易建波, 甄威, 黄琦 申请人:四川电力科学研究院, 电子科技大学