优化录波装置布点的单端融合多端混合配电网故障定位法

本发明属于配电网继电保护领域，尤其涉及优化录波装置布点的单端融合多端混合配电网故障定位法。

背景技术：

1、配电线相较于输电线的垂直高度较低，且通常位于用电人群区附近，其结构复杂、设备较多以及负荷变化较大，因此故障频发。在我国6～60kv的中压配电网中，单相接地故障占所有故障类型的80％左右。当配电网出现三相短路、两相短路或两相短路接地故障时，线路上的分界开关会立即自动断开故障线路，并根据断开的分界开关确定故障馈线。然而，当配电网线路发生单相接地故障时，短路电流相对较小，对系统稳定性影响较小，分界开关并未立即断开故障线路，同时线路上安装的故障指示器也未指示故障。由于故障发生后，电力系统仍可维持2-3小时的运行，因此在这段时间内需要快速而准确地找出故障位置。

2、随着故障选线和定位方法的不断进步，目前配电网主要采用阻抗法、信号注入法、基于配电网自动化系统的方法和行波法等。相较于其他方法，行波法在故障定位方面更精确，且不受中性点接地方式、故障类型和过渡电阻等因素影响。该方法主要利用故障点产生的行波在配电网线路上传输至行波检测装置的时间差来计算故障距离。虽然行波法已在输电网中得到广泛应用，但针对配电网的研究主要集中在纯架空线或纯电缆线的单一简单配电网结构上。而实际配电网多为分支多、区段短、节点多的架空线-电缆混联的复杂放射型线路结构，行波在电缆或架空线上传输的波速不同。在这种配电网中进行故障定位面临诸多挑战，包括线路结构受定位方法局限、定位结果精度不够高、定位范围存在死区、行波装置布点过多等问题。此外，故障行波在阻抗不连续点的频繁折反射会导致检测到的故障点的反射波到达特征不明显、信号混叠。

3、现有的行波法研究大多要求在配电网电源端及各末端分支安装行波检测装置，从而导致成本过高、增加电网投入，忽略了工程经济实用性。而在对配电网中行波故障定位装置进行布点优化后，可能存在定位范围有死区和定位结果误差大等问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了优化录波装置布点的单端融合多端混合配电网故障定位法，在降低配电网成本的前提下，解决了配电网行波故障定位范围有死区和定位结果误差大的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了优化录波装置布点的单端融合多端混合配电网故障定位法，包括：

3、步骤a：在配电网电源端以及线路上接有分支线路的支路末端安装行波检测装置，获取各检测点采集到的初始线模行波到达时刻t1和第二次反射波到达时刻t2，以首个检测到初始波头的检测点作为参考检测点，获取参考检测点采集到的初始零模行波到达时刻t0；

4、步骤b：基于波速归一法，获取经过归一化处理后线路长度全等效为架空线的配电网拓扑结构；

5、步骤c：基于所述参考检测点采集到的所述初始线模行波到达时刻t1和所述初始零模行波到达时刻t0，确定距离参考检测点i的参考故障距离li；

6、步骤d：根据各测点采集到的初始线模电压行波到达时刻，用双端定位法确定参考检测点与其余检测点为组合的最短路径上的距离参考检测点的各个可能故障距离lij，选择与参考故障距离的值相差最小的可能故障距离，在归一化后的线路结构下，判断该可能故障距离是否为真实故障距离；

7、步骤e：根据步骤d确定故障点位于无检测点的末端分支上，基于各个检测点采集到的初始线模行波到达时刻t1和第二次反射波到达时刻t2结合归一化后的网络拓扑结构和架空线行波波速v1h，获取最大定位结果，并判断其有效性。若有效，则进行步骤f；若无效，则选择参考故障距离作为无检测点的末端分支故障的最终定位结果；

8、步骤f：根据实际的参考故障距离li*，利用步骤e选出的有效初步定位结果，确定故障点在无检测点的故障末端分支的精确位置。

9、可选的，其特征在于：

10、将电源端和所有支路末端进行编号，配电网线路电源端编号为1，分支线路末端设置有行波检测装置的位置依次编号为2、3、4、……、k，未设置行波检测装置的末端分支的线路末端依次编号为i、ii、iii、……、n，该分支连接网络的分支节点依次标为bi、bii、biii、……、bn。

11、可选的，所述波速归一法为：在线路结构为架空线-电缆混联的配电网中，将故障行波在架空线和电缆传输的不同波速，全等效为架空线的波速，即将配电网拓扑结构图中的所有电缆长度等效为架空线长度，所述电缆长度等效成架空线的长度为：

12、

13、式中，leq为电缆长度等效成架空线的长度，v1h、v1c分别为线模行波在架空线、电缆中的波速，lc为原始电缆长度。

14、可选的，所述参考故障距离为：

15、

16、其中,li为等效成架空线的参考故障距离，t1为参考检测点采集到的初始线模行波到达时刻，t0为参考检测点采集到的初始零模行波到达时刻，v1h为线模行波在架空线中的波速，v0h为零模行波在架空线中的波速，其零模和线模波速己统一按照架空线的零模和线模波速计算，参考故障距离中电缆部分等效成架空线的长度与原始电缆长度满足如下关系：

17、

18、其中，leq为参考故障距离中电缆部分的长度进行归一化后等效成架空线长度的结果，lc为参考故障距离中电缆部分的原始长度，v1c、v0c分别为线模、零模行波在电缆中的波速。

19、可选的，所述双端定位法确定各个组合路径上的距离参考检测点i的可能故障距离为：

20、

21、其中，lij为参考检测点i与其他检测点j为组合的最短路径上距离参考检测点i的可能故障距离，dij为在归一化后的线路结构下参考检测点i与其他检测点j为组合的最短路径，v1h为线模行波在架空线中的波速，ti为参考检测点i提取的初始线模行波时刻，tj为其余检测点j提取的初始线模行波时刻。

22、可选的，在步骤d中，判断可能故障距离为真实故障距离，具体包括如下步骤：

23、步骤d-1，获取各个组合路径的可能故障距离；

24、步骤d-2，选择与参考故障距离的值li相差最小的可能故障距离lij；

25、步骤d-3，将步骤d-2选出的可能故障距离lij与其路径上与未设置行波检测点的末端分支相交的所有分支节点bh距检测点i的长度进行比较，建立如下故障定位判别式：

26、δl＝|lij-dib| (i、j＝1,2,3,4,…,k)，i≠j

27、其中，lij为最小的可能故障距离，dib为未设置行波检测点的末端分支相交的分支节点距检测点i的距离；

28、若δl≥τ时，lij即为最终故障距离，故障点在多端定位域中连接i、j两个检测点的最短路径上，进入步骤d-4；

29、若存在δl＜τ时，故障点在i-j路径上相交的无检测点的末端分支或分支节点bh上，进入步骤e；其中，τ为计算裕度。

30、步骤d-4，选择出的最终故障距离lij为线缆混合线路等效为架空线路的结果，需要结合实际配电网络拓扑结构图转换回实际故障距离lij*，即

31、

32、其中，lc*为故障点距离检测点i的最终故障距离lij中电缆部分的实际长度。

33、可选的，根据所述获取最大定位结果，并判断其有效性包括：

34、在步骤e中，计算出各个检测点的定位结果并判断最大初步定位结果的有效性，包括：

35、步骤e-1，确定故障点在无检测点的末端分支上或在该分支节点bh后，需要将等效成架空线的参考故障距离li结合实际配电网络拓扑结构图转换回实际参考故障距离；

36、步骤e-2，将各个检测点采集到的初始线模行波到达时刻t1和第二次反射波t2到达时刻结合归一化后的网络拓扑结构和架空线行波波速v1h利用单端定位法算出各个检测点的定位结果dm，包括：

37、

38、其中，m代表检测点编号，各个检测点的定位结果dm共有两种情况：⑴第二个反射波来自故障点或故障分支的远端终端，dm表示故障点到分支节点bh或故障点到故障分支远端终端的距离；⑵第二次反射波从故障点前往检测点的最短路径中反射了路径中的区段或连接该路径的区段，所以dm表示分支节点bh与检测点m的最短路径中包含与连接的所有区段中的最小区段长度，而非故障距离。

39、步骤e-3，选择定位结果中的最大值作为初步定位结果。

40、步骤e-4，假设dj为初步定位结果，通过结合归一化后的网络拓扑结构来分析dj是否属于情况⑴来判断其有效性，当dj为有效定位结果，进入步骤e-5；当dj为无效定位结果，则选择实际参考故障距离作为无检测点的末端分支故障的最终定位结果，计算终止。

41、步骤e-5，选择出的有效定位结果dj为等效为架空线的结果，若无检测点的故障末端分支为电缆线路，需要转换回实际有效定位结果dj*，即

42、

43、可选的，在步骤e-1中，将等效成架空线的参考故障距离li转换回实际参考故障距离包括：

44、基于所述参考故障距离和所述实际配电网络拓扑结构，获取实际参考故障距离li*，即

45、li*＝lc*+(li-lc*×l)

46、其中，lc*为参考故障距离li中电缆部分的实际长度；

47、li*由参考检测点i至故障分支节点bh与点bh至故障点k的路径距离组成，结合实际配电网络拓扑结构，可知具体如下：

48、

49、根据所述判断最大所述定位结果是否为有效定位结果，即将初步定位结果与在故障分支节点bh至检测点j的最短路径中包含与连接的最小区段进行比较，两者的差值δd满足：

50、若所有δd＜τ，则最大所述定位结果为无效定位结果；

51、若所有δd≥τ，则最大所述定位结果为有效定位结果，根据所述有效定位结果和所述实际参考故障距离，获取所述真实故障距离；

52、其中，δd为所述初步定位结果与在故障分支节点至检测点的最短路径中包含与连接的最小区段的差值。

53、可选的，在步骤e选出的dj*为有效定位结果的情况下，参考来判断故障点在故障末端分支的前半段或后半段，并计算故障点在前半段和后半段距离分支节点bh的最终定位结果l分别如下：

54、

55、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

56、(1)本发明通过对行波检测点的设置进行布点优化，成功解决了在电源端及末端分支都安装行波检测装置导致成本过高的问题。仅在配电网电源端以及支路上接有分支线路的支路末端安装行波检测装置，大大减少电网的成本投入，增强工程经济实用性。

57、(2)本发明首先根据零线模波速差单端定位法计算参考故障距离，接着运用多端定位法计算各个组合路径的可能故障距离，然后，选取与参考故障距离最为接近的可能故障距离，结合分支节点拓扑结构来确定故障点位置；其次，在故障位置位于无检测点的末端分支及其连接网络节点的情况下，判断初步定位结果的有效性，并借助参考故障距离来确定最终定位结果。本发明适用于所有分支多且短的架空线-电缆混联复杂结构的配电网络，具有较高的定位精度和极小的误差。既避免了由于混合配电网分支多且短、结构复杂导致的故障信息重叠现象，又避免了所有支路末端都安装行波测距装置导致的定位死区的存在。

58、(3)本发明对计算出来的参考故障距离、可能故障距离和单端定位结果均采用对应的波速归一化原则，因此，有效解决了行波在电缆或架空线上传输过程中波速不一致导致的运算复杂性问题，使得本发明适用于各种混合线路。