一种基于波形相似性的高压输电线路故障位置判定方法与流程

一种基于波形相似性的高压输电线路故障位置判定方法，属于电力自动化技术领域。

背景技术：

输电线路行波测距技术中，由于通讯条件、管辖区域划分以及装置故障等原因，造成在线路故障时，只有单端故障行波数据，不能实现自动测距功能。

目前有技术人员研发基于单端行波原理的智能自动测距技术，也有部分软件投入现场使用，但由于接地故障的复杂性，现有的单端自动测距技术可靠性差，测距误差大，不能够满足线路运行维护要求。因此对于单端测距，目前还是依赖于人工利用计算机软件辅助判断，精确度满足现场要求，但可靠性相对差。

随着电力系统运行管理水平及对供电可靠性要求的提高，单端测距技术的人工判断已不能很好的满足输电线路故障后的快速智能化测距要求，因此需要由计算机来自动实现基于单端的线路智能故障测距。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种利用故障初始波形和反射波形以及对端透射波形的相似性，对故障点与本端测量点之间的距离进行多次计算和验证，大大提高了计算得到的故障距离的可靠性的基于波形相似性的高压输电线路故障位置判定方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该基于波形相似性的高压输电线路故障位置判定方法，包括本端测量点和对端测量点，在本端测量点和对端测量点之间连接有输电线路，在输电线路中发生故障形成故障点，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1001，本端测量点根据能量突变得到故障点的故障初始波形；

步骤1002，利用故障波形判定依据在本端测量点处得到故障点的故障一次反射波形以及故障一次反射波形之后的故障多次反射波形；

步骤1003，利用故障对端透射波形判定依据在本端测量点处得到对端测量点传播过来的对端透射波形；

步骤1004，根据步骤1002得到的故障多次反射波形，对应得到多个故障点与本端测量点之间的距离值；

步骤1005，将步骤1004中得到的多个距离值中的无效值进行剔除，并通过有效值得到故障点与本端测量点之间的距离值；

步骤1006，得到故障点与对端测量点之间的距离值；

步骤1007，将步骤1005中得到的故障点与本端测量点的距离值以及步骤1006中得到的故障点与对端测量点之间的距离值相加然后与已知的本端测量点与对端测量点之间的距离进行相减，如果差值的绝对值小于本端测量点与对端测量点之间距离的5%，则按照步骤1005中得到的故障点与本端测量点的距离值进行故障的处理。

优选的，步骤1002中所述的故障波形判定依据为：故障初始波形与之后的故障一次反射波形以及之后任意相邻的两次故障反射波幅值及宽度依次递减且时间差相同。

优选的，步骤1003中所述的故障对端透射波形判定依据为：故障初始波形与故障对端透射波形的波形形状相同且波形的极性相反。

优选的，步骤1004中所述的故障点与本端测量点之间距离值xl的计算公式：

其中：v表示波形在输电线路中的传播速度，t表示本端测量点得到的故障波形的时刻，n大于等于1。

优选的，步骤1006中所述的故障点与对端测量点之间距离值xs的计算公式：

其中：v表示波形在输电线路中的传播速度，tt表示本端测量点得到的故障对端透射波形的时刻。

优选的，在步骤1005中，对所述的无效值进行剔除的方法为：将步骤1004中得到的多个距离值进行两两相减，如果某一个距离值与其他距离值的差值大于等于预设定的阈值，则表示该距离值为无效值，并将该无效值剔除。

优选的，所述的阈值的取值范围为1~4，阈值单位为千米。

优选的，在步骤1005中，所述的通过有效值得到个故障点与本端测量点之间距离值的方法为：将距离值的有效值求取平均值。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

在本基于波形相似性的高压输电线路故障位置判定方法中，利用故障初始波形和反射波形以及对端透射波形的相似性，分别得到故障初始波形和多次故障反射波形，并分别得到各个波形的到达之间，从而可以求得多个故障点的距离值，并可以对其中的无效值进行剔除，大大提高了计算的可靠性。同时通过计算对端测量点与故障点的距离，结合计算得到的本端测量点与故障点的距离以及已知的本端测量点与对端故障点之间的距离对故障点的计算值进行验证，进一步提高了计算的可靠性。

附图说明

图1为基于波形相似性的高压输电线路故障位置判定方法示意图。

图2为基于波形相似性的高压输电线路故障位置判定方法流程图。

图3为基于波形相似性的高压输电线路故障位置判定方法故障波形图。

其中：1、本端测量点2、故障点3、对端测量点。

具体实施方式

图1~3是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~3对本发明做进一步说明。

如图1所示，在输电线路两端分别设置有两个测量点：本端测量点1和对端测量点3，当输电线路中发生故障之后，故障波形会沿输电线路自故障点2分别向本端测量点1和对端测量点3传播，分别在本端测量点1和对端测量点3形成各自的初始波形，然后故障波形会沿输电线路在本端测量点1和对端测量点3之间往复传播。

如图2所示，一种基于波形相似性的高压输电线路故障位置判定方法，包括如下步骤：

步骤1001，采集得到故障初始波形；

以本端测量点1为例，当输电线路中发生故障之后，故障波形自故障点2分别向本端测量点1和对端测量点3传播，在本端测量点1处利用暂态能量的突变在t1时刻得到在本端测量点1处的故障初始波形。其波形假设为图3中t1时刻所示的波形。

当输电线路发生故障后，在输电线路两端的测量点处可以监测到许多故障波形，包括初始故障波形、故障点一次及多次反射波形、对端透射波形等。初始故障波形受故障性质、高压输电线路参数影响，可以根据能量突变来进行确认。

步骤1002，得到故障点一次及多次故障反射波形；

利用故障波形判定依据在本端测量点1处得到故障点2的故障一次反射波形以及故障多次反射波形。故障初始波形与之后的故障一次反射波形、故障多次反射波形之间存在相似性和周期性特点，即故障的一次反射行波、故障多次反射行波和初始故障行波相比在波形上升沿和下降沿特性、波形宽度存在高度相似性，只是幅值依次降低，同时相邻两次反射波形之间时间差相同。故障波形的故障一次反射波形、二次反射波形和三次反射波形分别如图3中t2时刻、t3时刻以及t4时刻所示的波形。

步骤1003，得到故障点2的对端透射波形；

本端测量点1根据本端的故障初始波形与对端透射波形之间极性相反，波形的上升沿、下降沿特性以及波形宽度高度相同的特性，在本端测量点1处得到对端测量点3传播过来的对端透射波形，如图3中tt时刻所示的波形。

步骤1004，根据故障点故障反射波形得到多个故障点2与本端测量点1的距离值。

根据步骤1002得到的故障多次反射波形，对应得到多个故障点2与本端测量点1之间的距离值。

由上述可知，初始故障波形的采集时刻（t1时刻）和故障一次反射波形的采集时刻（t2时刻）之间的时间差与波速度的乘积的二分之一即为本端测量点1到故障点2的距离值；同时，相邻的两次反射波形采集时刻的时间差（如二次反射波形的采集时刻（t3时刻）和故障一次反射波形的采集时刻（t2时刻）、故障三次反射波形的采集时刻（t4时刻）和故障二次反射波形的采集时刻（t3时刻））和波速度的乘积的二分之一同样为本端测量点1到故障点2的距离。

因此得到本端测量点1到故障点2的距离xl的计算公式：

其中：v表示波形在输电线路中的传播速度，t表示本端测量点1得到的故障波形的时刻，n大于等于1。

步骤1005，剔除故障点2与本端测量点1距离中的无效值。

将步骤1004中得到的多个距离值进行两两相减，如果某一个距离值与其他距离值的差值大于等于3，则表示该距离值为无效值，并将该无效值剔除，将剩余所有距离值求取平均值得到本端测量点1到故障点2的距离。在实际运算中，故障点2与本端测量点1距离的单位为千米。

步骤1006，得到故障点2与对端测量点3之间的距离。

由上述可知，初始故障波形的采集时刻（t1时刻）和对端透射波形的采集时刻（tt时刻）之间的时间差与波速度的乘积的二分之一即为对端测量点3到故障点2的距离，因此得到对端测量点3到故障点2的距离xs的计算公式：

其中：v表示波形在输电线路中的传播速度，tt表示本端测量点1得到的故障对端透射波形的时刻。

步骤1007，验证故障点2与本端测量点1的距离。

将步骤1005和步骤1006中的得到的故障点2与本端测量点1的距离值以及故障点2与对端测量点3的距离进行相加，然后与已知的本端测量点1与对端测量点3之间的距离进行相减，如果差值的绝对值小于本端测量点1与对端测量点3之间距离的5%，则表示步骤1005中求得的故障点2与本端测量点1的距离为可靠值，并按照该距离进行故障点2的处理。

具体工作过程及工作原理如下：

在输电线路中发生故障之后，在本端测量点1处利用暂态能量的突变在t1时刻得到在本端测量点1处的故障初始波形。利用故障的一次反射行波、故障多次反射行波和初始故障行波相比在波形上升沿和下降沿特性、波形宽度存在高度相似性，只是幅值依次降低，同时相邻两次反射波形之间时间差相同的特点，在本端测量点1处得到故障点2的故障一次反射波形、故障多次反射波形。利用故障初始波形与对端透射波形之间极性相反的特点在本端测量点1处得到故障点2的对端透射波形。

根据得到的多个反射波形，对应得到多个故障点2与本端测量点1的距离值，然后将其中的无效值剔除后将剩余值求取平均值作为故障点2与本端测量点1的距离值。然后得到故障点2与对端测量点3之间的距离，并根据求得的故障点2与本端测量点1的距离值以及故障点2与对端测量点3之间的距离值之和与已知的本端测量点1与对端测量点3之间的距离作为比对，如果差值小于本端测量点1与对端测量点3之间距离的5%，则表示求得的故障点2与本端测量点1的距离为可靠值，并按照该距离进行故障点2的处理。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。