一种雷击接地极线路故障测距方法及系统

本发明涉及一种雷击接地极线路故障测距方法及系统，属于电力系统继电保护领域。

背景技术：

1、当前，特高压直流输电技术凭借其能够大容量、远距离传输等优势在我国得到迅速发展。接地极系统是特高压直流输电系统的重要一环，主要由导流系统、接地极线路、接地极等部分组成。接地极系统的主要任务是为直流输电系统提供不平衡直流电流通路和钳制中性点电位，接地极系统的正常运行与否直接影响直流输电系统安全稳定性运行。由于特高压直流输电系统的换流站一般建于发达地区，其重要电力设备较密集。为了不使接地极系统对特高压直流输电系统的重要电力设备产生干扰，接地极极址一般选于距离换流站数百里之外的偏僻地区，由架空接地极线路将换流站与接地极极址联系起来。架空接地极线路在经过地形较为复杂尤其是山林雷雨多发区时，经常会发生雷击接地极线路的事故。接地极线路发生故障时会对直流输电系统造成很大危害，且复杂的地形给电力工人维护检修接地极线路带来巨大的挑战。因此，为保证直流输电系统的安全稳定运行，应配置快捷有效的保护和故障测距系统，使接地极线路发生故障时，能够快速准确地测量出故障距离并执行相应的动作。故障测距常用的方法有行波法和故障分析法，而目前较为成熟的故障测距方法是行波法。传统的行波法又分为单端法和双端法。对于双端法，其测距精度较高且无测距死区，可靠性高，其缺点是需要双端采集装置的通信时钟同步，当长距离的接地极线路故障时，较小的时钟误差就会对测距结果造成巨大影响；对于单端法，装置简单，且无需考虑双端采集装置同步时钟的问题，其缺点是当故障发生在线路远端时存在测距死区。对于传统的行波法，其测距精度受过渡电阻、噪声等因素影响，还存在测量装置对行波波头标定识别不准确而导致测距失败的问题。因此，传统的测距方法应用在接地极线路上仍存在许多缺陷，迫切需要寻找另一种适合雷击接地极线路的故障测距方法。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种雷击接地极线路故障测距方法及系统，用以解决传统故障测距方法受各种过渡电阻、噪声等因素影响以及量测装置难以区分故障点反射波与对端母线反射波波头等问题。

2、根据本申请实施例的一个方面，提供了一种雷击接地极线路故障测距方法，所述雷击接地极线路故障测距方法包括：step1：利用信号采集装置采集雷击故障电压行波；step2：对所得雷击故障电压行波进行预处理；step3：将所述预处理的数据作为一个行向量p，根据该行向量构造两个计算矩阵；step4：将两个计算矩阵各个对应元素进行相乘形成过渡矩阵c；step5：对过渡矩阵c的每一行进行求和得到列向量d=[d1d2…dn]t；step6：标定所述列向量d中所有的突变点并记为集合{ei}，再通过求集合{|ei|}的最大值得到最大突变点emax，其中i对应列向量d的行数。step7：以最大突变点emax为自变量作sgn函数运算，确定故障距离。

3、所述step1包括：step1.1：在中性线母线附近接入行波信号采集装置；step1.2：利用信号采集装置采集雷击故障电压行波。

4、所述step2包括：step2.1：通过凯伦布尔变换将所述雷击故障电压行波解耦为接地极线路线模电压行波分量和接地极线路零模电压行波分量；step2.2：将接地极线路线模电压行波分量进行5次幂变换。

5、所述step3包括为：step3.1：将经过预处理的数据作为一个行向量p，所述经过预处理的数据为经过预处理的接地极线路线模电压行波分量的数据；step3.2：行向量p往左滑动n次形成计算矩阵a的第n个行向量，并记录下来；step3.3：行向量p往右滑动n次形成计算矩阵b的第n个行向量，并记录下来。

6、所述滑动次数n的取值范围为1，2，3…l/a；其中，l为接地极线路长度，a为滑动距离。

7、所述step7包括：step7.1：定义sgn函数，当自变量大于0时输出为1，自变量小于0时输出为-1；step7.2：以最大突变点emax为自变量作sgn函数运算；step7.3：当sgn函数输出为1时，故障距离x=i×a；当sgn函数输出为-1时，故障距离x=l-i×a，其中，l为接地极线路长度，a为滑动距离。

8、根据本申请实施例的一个方面，提供了一种雷击接地极线路故障测距系统，所述雷击接地极线路故障测距系统包括：信号采集模块，用于在量测端对雷击故障电压行波数据进行采集和存储；数值计算模块，用于对雷击故障电压行波进行预处理，并将所得的数据经过数学处理得到计算矩阵与过渡矩阵，对过渡矩阵c的每一行进行求和得到列向量d=[d1d2…dn]t；故障测距模块，用于标定列向量d最大突变点及其所对应的行数，并利用sgn函数进行判断测距结果。

9、所述信号采集模块包括：数据采集单元，用于在量测端采集互感器二次侧电气模拟信号；模数转换单元，用于将互感器二次侧的电气模拟信号转换为数字信号；保护启动单元，用于在数字信号大于预设值时，启动保护装置。

10、所述数值计算模块包括：线模转换单元，用于获取接地极线路雷击故障电压行波的线模分量；幂数变换单元，用于将接地极线路雷击故障电压行波的线模分量进行5次幂变换；数值计算单元，用于构造计算矩阵和过渡矩阵，对过渡矩阵c的每一行进行求和得到列向量d=[d1d2…dn]t。

11、所述故障测距模块包括：突变点检测单元，用于标定列向量d最大突变点及其所对应的行数；故障位置判断单元，用于根据sgn函数判断故障发生点在接地极线路半线长内或半线长外；故障距离计算单元，用于根据最大变点对应的行数与滑动步长a确定测距结果。

12、本发明的有益效果是：

13、1、本发明无需区分故障点反射波与对端母线反射波波头，具有较高的效率。

14、2、本发明采用单端行波法对接地极线路进行故障测距，无需考虑同步时钟的问题。

15、3、本发明故障测距精度受各种因素影响较小，减小了维护人员检修的难度。

技术特征：

1.一种雷击接地极线路故障测距方法，其特征在于，所述雷击接地极线路故障测距方法包括：

2.根据权利要求1所述的雷击接地极线路故障测距方法，其特征在于，所述step1包括：

3.根据权利要求1所述的雷击接地极线路故障测距方法，其特征在于，所述step2包括：

4.根据权利要求1所述的雷击接地极线路故障测距方法，其特征在于，所述step3包括为：

5.根据权利要求4所述的雷击接地极线路故障测距方法，其特征在于：所述滑动次数n的取值范围为1，2，3…l/a；

6.根据权利要求1所述的雷击接地极线路故障测距方法，其特征在于，所述step7包括：

7.一种雷击接地极线路故障测距系统，其特征在于，所述雷击接地极线路故障测距系统包括：

8.根据权利要求7所述的雷击接地极线路故障测距系统，其特征在于，所述信号采集模块包括：

9.根据权利要求7所述的雷击接地极线路故障测距系统，其特征在于，所述数值计算模块包括：

10.根据权利要求7所述的雷击接地极线路故障测距系统，其特征在于，所述故障测距模块包括：

技术总结
本发明涉及一种雷击接地极线路故障测距方法及系统，属于电力系统继电保护技术领域。本发明利用信号采集装置采集雷击故障电压行波，经过预处理形成一个行向量并构造出两个计算矩阵，将两个计算矩阵各个对应元素相乘并对每一行进行求和得到一个列向量，获取列向量最大突变点的信息即可确定故障距离。与传统的接地极线路故障测距方法相比，本发明无需区分故障点反射波与对端母线反射波波头且不受故障距离、过渡电阻、噪声的影响，具有较高的稳定性和可靠性。

技术研发人员：束洪春,李聪,代月,曹耀仁,龚峰,管诚,龙宇,管普
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15