一种T型输电线路故障定位方法和系统与流程

本发明实施例涉及电力系统输电线路保护领域，特别涉及T型输电线路故障定位方法和系统。

背景技术：

高压输电线路传输距离远、输送电能大，在电力系统中担任电能输送的重要任务。T型输电线路在高压输电网中广泛应用，一旦T型输电线路发生故障，将造成电网大面积的停电事故，后果十分严重。因此快速、准确的进行T型输电线路故障定位不但可以减少故障线路的检修和供电恢复时间，还能减少因停电事故导致的经济损失，对电力系统的可靠和安全运行具有重要意义。T型输电线路由于在结构上存在一定的特殊性，如果只是仅利用单端测量数据，将很难完成故障点的定位。目前，T型输电线路一般都是利用三端数据进行故障定位，包括两种方法：故障分析法和行波法。

在故障分析法中，论文《束洪春，高峰，陈学允，等.T型输电系统故障测距算法研究.中国电机工程学报，1998，18(6)：416-420.》基于分布参数模型，分别比较由三端电气量计算得到的T节点电压值，如果由一端计算的值与另外两端的不同，则由此可判定此端所在的支路为故障支路，然后利用双端电源线路的故障定位方案对故障支路求解，得到故障距离。论文《Yang-Hong Lin,Chih-Wen Liu,Chi-Shan Yu.A New Fault Locator for Three-Terminal Transmission Lines-Using Two-Terminal Synchronized Voltage and Current Phasors[J].IEEE Transaction Power Delivery.2002,17(2):452-459.》需要先假定某一条支路不存在，把T型线路等效为双端线路。运用双端线路的故障定位方法，求得故障距离，然后将故障距离的实部与T节点的实际距离相比较，如果故障距离的实部比实际距离小则在本侧支路，如果故障距离的实部比实际距离大则在对侧支路，如果相等就在第三条支路，但该方法不能准确判断T节点附近或在第三条支路上发生故障时的故障支路。

在行波法中，现有方法通过波速检测两个故障初始行波波头分别到达线路两端的时间和波速来求得故障位置，然后识别故障支路。但在不同的输电线路结构中波速是不同的，对于同一线路，在不同时刻线路的参数也不尽相同，从而导致错误计算故障距离，难以进行故障精确定位。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种简单方便、具有实用性强且故障定位精度高的T型输电线路故障定位方法和系统。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了如下的技术方案：

一种T型输电线路故障定位方法，其包括：

分别获取故障行波的零模分量和线模分量到达T型输电线路的第一端、第二端和第三端的时间；

利用与波速无关的预设算法模型，分别基于故障行波的零模分量到达第一端、第二端和第三端的时间确定故障点到达所述第一端、第二端和第三端的第一距离，以及分别基于故障行波的分量到达第一端、第二端和第三端的时间确定故障点到达所述第一端、第二端和第三端的第二距离；

分别计算各所述第一距离和第二距离的差值；

基于所述差值和预设阈值的比较结果定位故障点。

其中，所述与波速无关的预设算法模型的表达式包括：

其中，dAB为利用故障行波到达线路A端和B端时间计算得到故障点距A端的距离，dAC为利用故障行波到达线路A端和C端时间计算得到故障点距A端的距离，dBA为利用故障行波到达线路B端和A端时间计算得到故障点距B端的距离，dBC为利用故障行波到达线路B端和C端时间计算得到故障点距B端的距离，dCA为利用故障行波到达线路C端和A端时间计算得到故障点距C端的距离，dCB为利用故障行波到达线路C端和B端时间计算得到故障点距C端的距离，tA0为故障行波零模分量到达线路A端的时间，tA1为故障行波线模分量到达线路A端的时间，tB0为故障行波零模分量到达线路B端的时间，tB1为故障行波线模分量到达线路B端的时间，tC0为故障行波零模分量达到C端时间，tC1为故障行波线模分量达到C端时间，lATB为线路AB的长度，lATC为线路AC的长度，lBTC为线路BC的长度。

其中，所述基于所述差值和预设阈值的比较结果定位故障点包括：

基于所述差值和预设阈值确定故障点所在的支路；

基于故障点到达故障点所在支路的两端的时间定为故障点。

其中，所述基于所述差值和预设阈值确定故障点所在的支路包括：

当所述第一端、第二端和第三端的差值都小于所述预设阈值时，确定故障发生在T型输电线路节点处；

当所述第一端、第二端和第三端的差值中只有一端的差值大于所述预设阈值时，比较剩下两端到故障点的距离与本端支路长度，并确定故障发生在小于本端支路长度的支路上；

当所述第一端、第二端和第三端的差值中只有一端的差值小所述预设阈值时，确定故障发生在该小于所述预设阈值的支路上。

其中，所述预设阈值的范围包括[100m,400m]。

本发明实施例还提供了一种T型输电线路故障定位系统，其应用如上述实施例所述的T型输电线路故障定位方法，并且包括：

故障行波采集装置，其被安装在所述T型输电线路的第一端、第二端和第三端上，并用于获取故障行波的零模分量和线模分量到达T型输电线路的第一端、第二端和第三端的时间；

数据处理器，其配置为利用与波速无关的预设算法模型，分别基于故障行波的零模分量到达第一端、第二端和第三端的时间确定故障点到达所述第一端、第二端和第三端的第一距离，以及分别基于故障行波的分量到达第一端、第二端和第三端的时间确定故障点到达所述第一端、第二端和第三端的第二距离；分别计算各所述第一距离和第二距离的差值；基于所述差值和预设阈值的比较结果定位故障点。

7、根据权利要求6所述的系统，其中，所述与波速无关的预设算法模型的表达式包括：

其中，dAB为利用故障行波到达线路A端和B端时间计算得到故障点距A端的距离，dAC为利用故障行波到达线路A端和C端时间计算得到故障点距A端的距离，dBA为利用故障行波到达线路B端和A端时间计算得到故障点距B端的距离，dBC为利用故障行波到达线路B端和C端时间计算得到故障点距B端的距离，dCA为利用故障行波到达线路C端和A端时间计算得到故障点距C端的距离，dCB为利用故障行波到达线路C端和B端时间计算得到故障点距C端的距离，tA0为故障行波零模分量到达线路A端的时间，tA1为故障行波线模分量到达线路A端的时间，tB0为故障行波零模分量到达线路B端的时间，tB1为故障行波线模分量到达线路B端的时间，tC0为故障行波零模分量达到C端时间，tC1为故障行波线模分量达到C端时间，lATB为线路AB的长度，lATC为线路AC的长度，lBTC为线路BC的长度。

其中，所述数据处理器还配置为基于所述差值和预设阈值确定故障点所在的支路，以及基于故障点到达故障点所在支路的两端的时间定为故障点。

其中，所述数据处理器还配置为当所述第一端、第二端和第三端的差值都小于所述预设阈值时，确定故障发生在T型输电线路节点处；

当所述第一端、第二端和第三端的差值中只有一端的差值大于所述预设阈值时，比较剩下两端到故障点的距离与本端支路长度，并确定故障发生在小于本端支路长度的支路上；

当所述第一端、第二端和第三端的差值中只有一端的差值小所述预设阈值时，确定故障发生在该小于所述预设阈值的支路上。

其中，所述预设阈值的范围包括[100m,400m]。

基于上述公开可以获知本发明实施例具备如下的有益效果：

本发明实施例利用T型输电线路故障行波零模分量和线模分量到达各端的时间和线路长度进行故障定位，消除波速对故障定位的影响，定位精度高，易于实现；

另外，本发明实施例的判别方法简单可靠，且操作简单、实用性强，不受故障接地电阻、故障类型以及运行方式限制，实现简便。

附图说明

图1为本发明实施例中的T型输电线路故障定位方法的原理流程图；

图2为本发明实施例中的T型输电线路故障行波传输图；

图3为本发明实施例中故障点在线路CT支路距C端40km发生故障时，A端测量的故障行波线模分量图；

图4为本发明实施例中故障点在线路CT支路距C端40km发生故障时，B端测量的故障行波线模分量图；

图5为本发明实施例中故障点在线路CT支路距C端40km发生故障时，C端测量的故障行波线模分量图；

图6为本发明实施例中故障点在线路CT支路距C端40km发生故障时，A端测量的故障行波零模分量图；

图7为本发明实施例中故障点在线路CT支路距C端40km发生故障时，B端测量的故障行波零模分量图；

图8为本发明实施例中故障点在线路CT支路距C端40km发生故障时，C端测量的故障行波零模分量图。

具体实施方式

下面，结合附图对本发明的具体实施例进行详细的描述，但不作为本发明的限定。

应理解的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本发明的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本发明进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本发明的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是本公开的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本公开模糊不清。因此，本文所公开的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。

本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。

下面，结合附图详细的说明本发明实施例，本发明实施例提供了一种T型输电线路故障定位方法和系统，其中利用T型输电线路故障行波零模分量和线模分量到达各端的时间和线路长度进行故障定位，消除波速对故障定位的影响，定位精度高，易于实现；另外，本发明实施例的判别方法简单可靠，且操作简单、实用性强，不受故障接地电阻、故障类型以及运行方式限制，实现简便。

如图1所示，为本发明实施例中的T型输电线路故障定位方法的原理流程图，其中本发命实施例T型输电线路故障定位方法可以包括：

分别获取故障行波的零模分量和线模分量到达T型输电线路的第一端、第二端和第三端的时间；

利用与波速无关的预设算法模型，分别基于故障行波的零模分量到达第一端、第二端和第三端的时间确定故障点到达所述第一端、第二端和第三端的第一距离，以及分别基于故障行波的分量到达第一端、第二端和第三端的时间确定故障点到达所述第一端、第二端和第三端的第二距离；

分别计算各所述第一距离和第二距离的差值；

基于所述差值和预设阈值的比较结果定位故障点。

其中，所述基于所述差值和预设阈值的比较结果定位故障点可以包括：

基于所述差值和预设阈值确定故障点所在的支路；

基于故障点到达故障点所在支路的两端的时间定为故障点。

另外其中，所述基于所述差值和预设阈值确定故障点所在的支路包括：

当所述第一端、第二端和第三端的差值都小于所述预设阈值时，确定故障发生在T型输电线路节点处；

当所述第一端、第二端和第三端的差值中只有一端的差值大于所述预设阈值时，比较剩下两端到故障点的距离与本端支路长度，并确定故障发生在小于本端支路长度的支路上；

当所述第一端、第二端和第三端的差值中只有一端的差值小所述预设阈值时，确定故障发生在该小于所述预设阈值的支路上。

并且，其中所述预设阈值的范围包括[100m,400m]。

本发明实施例中，可以在T型输电线路三端分别安装故障行波高速采集装置，以实时的在线测量故障行波零模分量和线模分量到达各端的时间；并分别利用两端时间计算得到故障点到T型输电线路各端点距离的两个结果；比较两个结果差值与预设阈值的大小，判定故障点所在支路，并确定故障点位置。本发明的定位方法无需测量波速，只需测量零线模分量到达各端的时间，判别方法简单可靠，具有操作简单、实用性强、快速精准定位的特点。

具体的，本发明实施例以220kV的T型输电线路故障定位为例，线路AT、BT、CT的长度可以分别为70km、80km和100km，但本发明不限于此们也可以是其他距离的配置。同时可以分别在T型输电线路的三端A、B、C处安装故障行波高速采集装置，当输电线路上发生故障时，故障点产生行波信号，沿输电线路传向整个输电网，安装在T型输电线路A、B、C三端的故障行波高速采集装置均可检测到行波信号，并记录初始故障行波零模分量和线模分量的到达时间。

故障发生后利用T型输电线路各端初始故障行波零模分量和线模分量的到达时间，根据图1所示一种与波速无关的T型输电线路故障行波定位方法流程图进行故障定位计算，具体计算过程如下：

参见图2，t0时刻在T型输电线路CT支路处发生故障，根据故障行波双端定位公式可得故障点到C端的距离为：

利用故障行波零模分量和线模分量分别到达同一端的时间和线路长度的关系，可得：

lCTA＝v1(tC1-t0+tA1-t0)，lCTA＝v0(tC0-t0+tA0-t0)

lCTB＝v1(tC1-t0+tB1-t0)，lCTB＝v0(tC0-t0+tB0-t0)，v0(tC0-t0)＝v1(tC1-t0)

消去v1、v0、t0得：

同理可得故障点到A端的距离：

同理可得故障点到B端的距离：

其中，dCA为利用故障行波到达线路C端和A端时间计算得到故障点距C端的距离，dCB为利用故障行波到达线路C端和B端时间计算得到故障点距C端的距离，dAB为利用故障行波到达线路A端和B端时间计算得到故障点距A端的距离，dAC为利用故障行波到达线路A端和C端时间计算得到故障点距A端的距离，dBA为利用故障行波到达线路B端和A端时间计算得到故障点距B端的距离，dBC为利用故障行波到达线路B端和C端时间计算得到故障点距B端的距离，tC0为故障行波零模分量达到C端时间，tC1为故障行波线模分量达到C端时间，tA0为故障行波零模分量到达线路A端的时间，tA1为故障行波线模分量到达线路A端的时间，tB0为故障行波零模分量到达线路B端的时间，tB1为故障行波线模分量到达线路B端的时间，v1为故障行波线模分量波速，v0为故障行波零模分量波速，lATB为线路AB的长度，lATC为线路AC的长度，lBTC为线路BC的长度。

假定T型输电线路T节点处零时刻发生故障。参见表1，故障行波零模分量和线模分量分别到达A、B、C三端的时间为tA0＝247.9μs、tB0＝282.6μs、tC0＝351.4μs、tA1＝238.9μs、tB1＝272.3μs、tC1＝338.5μs，根据与波速无关的双端定位公式可得故障点到T型输电线路各端点距离的两个结果：

表1故障时零线模分量到达各端的时间

表2故障定位结果

基于上述距离可以分别计算各端两个测量结果的差值，并与预设阈值比较：

dA＝|dAB-dAC|＝|69.948-69.863|＝0.085km<400m

dB＝|dBC-dBA|＝|79.914-80.052|＝0.138km<400m

dC＝|dCA-dCB|＝|100.137-100.086|＝0.051km<400m

比较三个差值与预设阈值的大小，其中三个差值都小于预设阈值，如表2所示，故障发生在T型输电线路的T节点处，故障支路判定准确，故障定位精确。

另外，假设T型输电线路CT支路距C端99.9km处零时刻发生故障。参见表1，故障行波零模分量和线模分量分别到达A、B、C三端的时间为tA0＝249.4μs、tB0＝284.5μs、tC0＝351.1μs、tA1＝337.4μs、tB1＝273.5μs、tC1＝239.7μs，根据与波速无关的双端定位公式可得故障点到T型输电线路各端点距离的两个结果：

分别计算各端两个测量结果的差值，并与预设阈值比较：

dA＝|dAB-dAC|＝|70.290-70.470|＝0.180km<400m

dB＝|dBC-dBA|＝|80.162-79.710|＝0.452km>400m

dC＝|dCA-dCB|＝|99.530-99.838|＝0.308km<400m

比较三个差值与预设阈值的大小，三个差值中只有一个大于预设阈值，计算剩下两端A、C到故障点的距离。取故障点到A端的距离dAB、dAC两组结果的平均值，得到故障点到A端的距离为线路AT支路的长度为70km，故障点到A端的距离大于线路AT支路的长度，排除故障点在线路AT支路。取故障点到C端的距离dCA、dCB两组结果的平均值，得到故障点到C端的距离为线路CT支路的长度为100km，故障点到C端的距离小于线路CT支路的长度，确定故障点在线路CT支路，故障支路判定准确。取故障后T型输电线路AC的计算长度与线路AC的实际长度差值Δd＝dA+dC-lATC＝70.380+99.684-170＝0.064km，得到故障点到C端的距离为实际故障点到C端的距离为99.9km，测距误差为152m，符合精确定位的标准。

另外，假设T型输电线路CT支路距C端40km处零时刻发生故障。其中参照图3-图8，其中图3为本发明实施例中故障点在线路CT支路距C端40km发生故障时，A端测量的故障行波线模分量图；图4为本发明实施例中故障点在线路CT支路距C端40km发生故障时，B端测量的故障行波线模分量图；图5为本发明实施例中故障点在线路CT支路距C端40km发生故障时，C端测量的故障行波线模分量图；图6为本发明实施例中故障点在线路CT支路距C端40km发生故障时，A端测量的故障行波零模分量图；图7为本发明实施例中故障点在线路CT支路距C端40km发生故障时，B端测量的故障行波零模分量图；图8为本发明实施例中故障点在线路CT支路距C端40km发生故障时，C端测量的故障行波零模分量图。

同时参见表1，故障行波零模分量和线模分量分别到达A、B、C三端的时间为tA0＝462.1μs、tB0＝497μs、tC0＝143.1μs、tA1＝440.9μs、tB1＝474.2μs、tC1＝136.6μs，根据与波速无关的双端定位公式可得故障点到T型输电线路各端点距离的两个结果：

分别计算各端两个测量结果的差值，并与预设阈值比较：

dA＝|dAB-dAC|＝|72.273-130.108|＝57.835km>400m

dB＝|dBC-dBA|＝|140.068-77.727|＝62.341km>400m

dC＝|dCA-dCB|＝|39.892-39.932|＝0.04km<400m

比较三个差值与预设阈值的大小可知，三个差值中只有一个小于预设阈值，所以故障发生在小于预设阈值的CT支路，故障支路判定准确。取故障点到C端的距离dCA、dCB两组结果的平均值，得到故障点到C端的距离为实际故障点到C端的距离为40km，测距误差为88m，符合精确定位的标准。

综上所述，本发明实施例利用T型输电线路故障行波零模分量和线模分量到达各端的时间和线路长度进行故障定位，消除波速对故障定位的影响，定位精度高，易于实现；另外，本发明实施例的判别方法简单可靠，且操作简单、实用性强，不受故障接地电阻、故障类型以及运行方式限制，实现简便。

另外，本发明实施例还提供了一种T型输电线路故障定位系统，其应用如上述实施例所述的T型输电线路故障定位方法，并且本发明实施例中的T型输电线路故障定位系统可以包括：三个故障行波采集装置以及与各故障行波采集装置通信连接的数据处理器。

其中，故障行波采集装置1被安装在所述T型输电线路的第一端、第二端和第三端上，并用于获取故障行波的零模分量和线模分量到达T型输电线路的第一端、第二端和第三端的时间。

数据处理器2可以利用与波速无关的预设算法模型，分别基于从故障行波采集装置1接收的故障行波的零模分量到达第一端、第二端和第三端的时间确定故障点到达所述第一端、第二端和第三端的第一距离，以及分别基于故障行波的分量到达第一端、第二端和第三端的时间确定故障点到达所述第一端、第二端和第三端的第二距离；分别计算各所述第一距离和第二距离的差值；基于所述差值和预设阈值的比较结果定位故障点。

其中，所述与波速无关的预设算法模型的表达式包括：

其中，dAB为利用故障行波到达线路A端和B端时间计算得到故障点距A端的距离，dAC为利用故障行波到达线路A端和C端时间计算得到故障点距A端的距离，dBA为利用故障行波到达线路B端和A端时间计算得到故障点距B端的距离，dBC为利用故障行波到达线路B端和C端时间计算得到故障点距B端的距离，dCA为利用故障行波到达线路C端和A端时间计算得到故障点距C端的距离，dCB为利用故障行波到达线路C端和B端时间计算得到故障点距C端的距离，tA0为故障行波零模分量到达线路A端的时间，tA1为故障行波线模分量到达线路A端的时间，tB0为故障行波零模分量到达线路B端的时间，tB1为故障行波线模分量到达线路B端的时间，tC0为故障行波零模分量达到C端时间，tC1为故障行波线模分量达到C端时间，lATB为线路AB的长度，lATC为线路AC的长度，lBTC为线路BC的长度。

另外，所述数据处理器2还配置为基于所述差值和预设阈值确定故障点所在的支路，以及基于故障点到达故障点所在支路的两端的时间定为故障点。

其中，所述数据处理器2还配置为当所述第一端、第二端和第三端的差值都小于所述预设阈值时，确定故障发生在T型输电线路节点处；

当所述第一端、第二端和第三端的差值中只有一端的差值大于所述预设阈值时，比较剩下两端到故障点的距离与本端支路长度，并确定故障发生在小于本端支路长度的支路上；

当所述第一端、第二端和第三端的差值中只有一端的差值小所述预设阈值时，确定故障发生在该小于所述预设阈值的支路上。

其中，所述预设阈值的范围包括[100m,400m]。

本发明实施例的T型输电线路故障定位系统采用与上述方法对应的配置，在此不再对系统重复进行说明。

综上所述，本发明实施例利用T型输电线路故障行波零模分量和线模分量到达各端的时间和线路长度进行故障定位，消除波速对故障定位的影响，定位精度高，易于实现；另外，本发明实施例的判别方法简单可靠，且操作简单、实用性强，不受故障接地电阻、故障类型以及运行方式限制，实现简便。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的数据处理方法所应用于的电子设备，可以参考前述产品实施例中的对应描述，在此不再赘述。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。