输电线路异常状态诊断方法与流程

本发明属于输电线路，具体涉及输电线路异常状态诊断方法。

背景技术：

1、随着输电容量及电压等级的不断提高、输电距离的不断增长，高压输电线路的故障将对电力系统的稳定运行、国民经济建设及人民日常生活带来更为严重的危害与影响；近几年来，国内外便出现了多起因输电线路故障而诱发的大停电事故，快速、准确的输电线路故障分类是故障定位与快速恢复电网供电的前提，也是电力系统故障分析的一个重要部分，因此，对高压输电线路故障分类方法的研究对保障系统的安全性与经济性具有重要意义，另一方面，高压输电走廊的地理环境较恶劣，而线路故障又常发生在天气环境比较恶劣的情况下；同时，继电保护装置的快速动作使得大部分故障线路没有明显的损坏痕迹，这些使得对输电线路故障的查找变得极其困难；因此，提供一种故障定位准确快速、缩短故障修复时间、减少停电损失、减轻工作强度的输电线路异常状态诊断方法是非常有必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种故障定位准确快速、缩短故障修复时间、减少停电损失、减轻工作强度的输电线路异常状态诊断方法。

2、本发明的目的是这样实现的：输电线路异常状态诊断方法，所述的方法包括以下步骤：

3、步骤1：行波特性分析；

4、步骤2：单端行波测距；

5、步骤3：双端行波测距；

6、步骤4：测距方法比较；

7、步骤5：采用gps授时和对时理论；

8、步骤6：采用罗氏线圈采样理论测量架空线路的短路故障电流或者雷击电流。

9、所述的步骤1具体为：输电线路如果忽略传输损耗即忽略分布电阻以及对地电导，则可以认为是由大量的分布电感和电容组成的，假设一段线路始端为m，末端为n，在线路中间某一点p发生对地故障，则相当于在p点接入一个等效电源，其电压与此点故障前电压大小相等，方向相反；在导线周围建立电场并相邻电容充电，线路的分布电容被依次充电，这一过程如同一个电压波在按照一定的速度沿线传播，同时随着电容的充放电，将有电流流过线路分布电感，也会有一个电流波沿线传播，因此通过以上分析，线路故障后，会从故障点开始有电压行波和电流行波向线路两端传播。

10、所述的步骤1中行波的波速与线路本身的特性有关，行波的波速计算公式为：式中，其中l和c分别为线路单位长度的电感与电容；线路行波的波速只与其绝缘介质的性质有关，与导体的材料和截面积无关；例如架空线路的行波速度为294km/ms，纸绝缘电缆线路的行波速度为160km/ms，交联聚乙烯电缆的行波速度为170km/ms。

11、所述的步骤1中的行波在波阻抗发生变化的分界点处会发生反射和折射，例如n如果为母线，n有几条出线，则在n处会发生反射和折射。

12、所述的步骤2具体为：单端行波测距是在线路的一端安装测量设备，利用线路故障时测量到的第一个行波与反射的第二个行波的时间差计算测量点和故障点之间的距离，例如在m点安装行波测量设备，m点测量到的第一个行波为i1，i1在m点和故障点f发生两次反射，再次被m点测量到，那么这个时间差为两倍mf距离，即：式中，v为波速度；此时考虑的是故障点距离m点比较近的情况，实际上如果f点距离n点比较近，那么测量到的第二个行波应该是i5；假设mn的距离为l，则可以计算出如果f点距离m点小于l/2时，第二个行波为i3，否则第二个行波为i5；如果m上端还有线路，则i1会透射，透射的行波在远端还会反射回来形成i4，i4可能比i3早被m段装置测量到。

13、所述的步骤3具体为：双端行波测距是在线路两端都安装行波测距设备，通过检测第一个行波到达两端的时间差来计算故障点位置，如线路中k点发生故障，第一个行波从k点分别运动到m端和n端，在m和n安装两台行波测距设备，分别记录接收到第一个行波的时间点，通过下面公式可以计算出故障点位置：式中，l为线路mn的长度。

14、所述的步骤4具体为：通过两种方法的原理分析，对两种方法的优缺点进行总结如下：

15、单端行波测距法：优点是成本比较低，一条线路只需要一台测距装置，且装置只需要高稳定度的实时时钟，不需要gps对时，如果能够识别出两个行波，则误差只受时钟的精度影响，容易控制；缺点是原理上存在缺陷，一些情况下无法识别第二个行波，测距错误；

16、双端行波测距法：优点是原理简单，测距精度高，一般误差小于500m，适应范围广；缺点是成本高，两端装置都需要gps对时；要求两个装置采样通道以及ct的幅频和相频特性一致性要求比较高，这个会直接影响测量误差，且两个装置都需要通讯。

17、所述的步骤5具体为：由于行波测距依赖于高精度的系统时钟，时钟精度需要达到纳秒级别，而这种授时精度必须依赖gps授时系统；gps授时是利用gps卫星搭载的高精度原子钟，产生基准信号和时间标准，提供覆盖全球的时间服务，其授时精度高达20亿分之一秒；gps授时系统主要利用gps精确对时的特点来实现装置系统的统一对时，gps接收器在任意时刻能同时接收其事业范围内的4～8颗卫星信号，经解码处理后从中提取并输出两种时间信号：a)时间间隔为1s的脉冲信号pps，其脉冲前沿与国际标准时间的同步误差不超过1us；b)经串行口输出的pps脉冲前沿对应的国际标准时间和日期代码。

18、所述的步骤5中的gps授时和对时理论目前主要有3种对时方式：硬对时即脉冲对时、软对时通讯报文来对时和编码对时即irig-b对时；其中硬对时一般用秒脉冲对时，此格式时间信号每秒或每分时输出一个脉冲，显然，时钟脉冲输出不含具体时间信息，但是它能最大程度的给装置一个稳定准确的时钟参考，是不受温度、磁场外界环境影响的，只要能接收到卫星信号，就能生效；

19、软对时采用通讯报文的方式、传输的是包括年、月、日、时、分、秒、毫秒在内的完整时间，此种方式存在固有的传播延时误差，所以在精度要求高的场合不能满足要求；

20、编码对时采用的是irig-b对时，分调制和非调制两种，irig-b实际是一种综合对时的方案，因为其报文中包含了秒、分、小时、日期时间信息，同时每一帧又可拆分为100个码元，相当于脉冲同步信号；

21、gps授时和对时理论是以各种形式给了装置的高精度的时间参考，系统时间和utc时间同步，是影响最终对时精度的一个重要环节；系统对时的流程可分为以下三个步骤：

22、①：装置获取卫星时钟数据,包括基本的时间信息和秒脉冲和的信号；

23、②：根据卫星数据，第一时间同步系统自有时钟；

24、③：根据秒脉冲信号与系统自有的一秒钟的脉冲信号进行比对，来对系统时钟进行实时补偿。

25、所述的步骤6具体为：架空线路行波波形和工频波形的采集需要最大程度的还原线路原始波形，这是波形分析的前提条件；而架空线路的短路故障电流或者雷击电流具有高频、大电流的特征，罗氏线圈测量电流的理论依据是法拉第电磁感应定律和安培环路定律，当被测电流沿轴线通过罗氏线圈中心时，在环形绕组所包围的体积内产生相应变化的磁场，强度为h,由安培环路定律得：由b＝μh,e(t)＝dφ/dt，φ＝n∫b·ds，e(t)＝m·di/dt，得：其截面为矩形时，互感系数m和自感系数l分别为：m＝μ0nhln(b/a)/2π，式中，h为线圈内部的磁场强度；b为线圈内部的磁感应强度；μ0为真空磁导率；n为线圈匝数；e(t)为线圈两端的感应电压；a、b分别为线圈横截面的内外径；h为截面高度；由此可见，线圈一定时，m为定值，线圈的输出电压与di/dt成正比，也就是说，罗氏线圈的输出电压与被测电流的微分成正比，只要将其输出经过积分器，即可得到与一次电流成正比的输出电压。

26、本发明的有益效果：本发明为输电线路异常状态诊断方法，在使用中，本发明通过基于高频采样和快速录波实现输电线路分布式故障精确定位方法，具有以下优点：一、快速、准确检测确定并记录单相接地故障距离、相间短路故障距离、断路故障距离、瞬间故障发生的距离，可靠性能够超过99％；二、准确确定输电线路故障位置，定位的误差能够在100米之内；三、有效检测最长30公里的线路长度；四、辨识雷击故障与非雷击故障，辨识的准确度能够在95％以上；五、辨识绕击故障与反击故障，辨识的准确度能够在90％以上；六、测距精度不受故障电阻、线路参数不对称、互感器误差、线路分布电容等因素的影响；七、不间断采集信息，消除暂态信号“记录死区”，有效防止雷电流干扰造成漏记故障数据；八、能够有助于及时修复故障线路，确保整个电网的安全稳定运行，减少因输电线路故障带来的经济损失，而且能大量节省巡线的人力和物理，减轻巡线人员繁重的体力劳动，能够从技术上保证电网的安全、稳定和经济的运行；九、项目产生的经济效益和社会效益：经济效益：能够大幅度提升输电线路故障监测工作的检测精度，能够有效降低人工工作量，减少人工成本投入，同时有助于提升输电线路运行的安全性和稳定性以及高效输送电能的能力，同时能够显著降低因输电线路故障监测工作不到位而造成的经济损失与电气事故，经济效益非常显著；社会效益：能够为输电线路故障监测工作提供全新、高效、极高准确度的故障监测定位方法，能够大幅度提升输电线路故障监测工作的质量，为输电线路的正常运行带来更多的保证，从而能够确保居民用电的满意度，对于提升供电公司服务质量和形象，以及确保整个电力系统正常、稳定的运行有着重要意义，社会效益非常显著；本发明具有故障定位准确快速、缩短故障修复时间、减少停电损失、减轻工作强度的优点。