一种利用沿线单测点观测行波的输电线路故障测距方法

本发明涉及一种利用沿线单测点观测行波的输电线路故障测距方法，属于电力系统保护。

背景技术：

1、输电线路跨地域广，容易受到雷电、暴风雨、冰雹等外界环境因素干扰发生故障，因此故障概率比较大。且随着电力系统“双高”特征明显，系统对故障的耐受和抗扰性大幅减弱，高电压、远距离、大容量输电线路故障危害严重，巡线困难，造成输电线路阻塞导致严重损失。准确、及时地定位线路故障，快速排查故障、加速修复、缩短线路停运时间、减少输电通道阻塞提高电力系统稳定性和输电线路可靠持续供电，促进社会能源转型和碳减排，具有十分重要的意义。

2、输电线路沿线分布式测点必需成对部署、仅能执行严格依赖时钟同步的双端测距，时钟失步后无法单独独立工作。考虑到实际电力生产中存在跨局管辖、分界杆塔安装的分布式行波装置无法独立测距，往往需要成对配置的另一只分布式行波装置配合才能完成测距。因此，研发一种利用沿线单测点观测行波的输电线路故障测距方法，作为分布式测点时钟失步后的补充测距方法，对提高输电线路行波故障测距可靠性具有十分重要的价值。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种利用沿线单测点观测行波的输电线路故障测距方法，实现健全区段首次出射波的确定和故障区段的辨识，从而能够有效计算出故障到测点的相对距离，完成故障定位。

2、本发明的技术方案是：一种利用沿线单测点观测行波的输电线路故障测距方法，利用输电线路两端都为多回出线类型的拓扑所导致的故障行波极性特点，读取沿线电流行波测点采集的录波数据和测点安装位置，标定波头并提取故障初始行波的同极性波头；以故障初始行波为基准，基于固定时差反应唯一的健全区段长度特征，搜索满足时差条件的行波判定健全区段首次出射波，确定健全区段和故障区段；以辨识出的健全区段首次出射波为基准，取后续幅值最大波头为故障首次反射波计算故障到测点的相对距离；确定故障区段和相对故障距离基础上，换算故障距线路首端的绝对故障距离，实现输电线路故障测距。

3、具体包括：

4、step1：读取故障录波数据和测点安装位置，获取故障初始行波的各同极性波头。

5、step2：以故障初始行波为基准，基于固定时差反应唯一的健全区段长度特征，搜索故障初始行波之后满足特定时差和同极性极性条件的行波判定健全区段首次出射波，实现健全区段和故障区段的区分。

6、step3：以健全区段首次出射波为基准，提取后续同极性波头中幅值最大波头为故障首次反射波并计算故障距测点的相对故障距离。

7、step4：在求得故障区段和故障相对距离的基础上，将两者带入测距公式实现输电线路故障测距。

8、所述step1具体为：

9、step1.1：读取故障行波数据和测点安装位置，所述波数据包括故障电流行波数据和故障电压行波数据，测点安装位置按不等长安装，将线路划分成两个不等长区段la、lb。

10、step1.2：根据读取的故障行波数据，进行故障选线选相并标定波头，提取故障初始行波同极性波头到达时刻。

11、所述step2具体为：

12、step2.1：在故障初始行波的各同极性波头中遍历波头，遍历区间范围为(t0,t0+2l/v)。

13、其中，v为经验波速、l为线路全长。

14、根据遍历波头与故障初始行波的时差按式(1)匹配step1.1中读取的不等长线路区段反映的固定时差，判断初始行波之后是否存在满足固定时差和同极性极性条件的行波。

15、

16、式中，lk为线路区段长度，ε为波头匹配误差，ti为当前遍历波头达时刻，t0为故障初始行波达到时刻。

17、若存在，则停止遍历进入step2.2。

18、否则，退出测距。

19、step2.2：所述step2.1中满足固定时差条件的波头为健全区段首次出射波到达时刻t1，其匹配的线路区段为健全区段ls，则辨识出故障区段lf和方向系数k。

20、所述step3具体为：

21、step3.1：以健全区段首次出射波为基准，取后续长2lf/v的数据中幅值最大的波头为故障首次反射波，其中lf为故障区段长度，并标定其到达时刻t2。

22、step3.2：根据step3.1中所述故障首次反射波与健全区段首次出射波的时差获得故障到测点的相对距离如下：

23、δx＝(t2-t1)v/2 (2)

24、式中，t2为故障首次反射波头到达时刻，t1为健全区段首次出射波到达时刻。

25、所述step4具体为：

26、求得step2.2的故障区段和step3.2的故障相对距离，将两者带入测距公式实现输电线路故障测距，测距公式：

27、x＝la+kv(t2-t1)/2 (3)

28、其中，la为线路首区段长度；k为方向系数，故障被判定发生在沿线测点的前部区段，k＝-1，故障被判定发生在沿线测点的后部区段，k＝1；t2为故障首次反射波到达时刻，t1为健全区段首次出射波到达时刻。

29、本发明的有益效果是：本发明综合利用区段长度的确知性和输电网拓扑所决定的单端后续行波性质的可辨识性，测点安装位置灵活，单测点即能独立判定故障区间和测距，克服了传统沿线行波测距只能双端且必须依赖时钟同步的不足，首末端无死区。相对传统站端行波，沿线行波受互感器和二次电缆影响小，波形质量高，且更临近故障点，对弱故障观测能力更强，能够作为现有行波测距的补充，还能独立作为线路故障分界指示器，亦有向配电线路应用的潜力。

技术特征：

1.一种利用沿线单测点观测行波的输电线路故障测距方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的利用沿线单测点观测行波的输电线路故障测距方法，其特征在于，所述step1具体为：

3.根据权利要求1所述的利用沿线单测点观测行波的输电线路故障测距方法，其特征在于，所述step2具体为：

4.根据权利要求1所述的利用沿线单测点观测行波的输电线路故障测距方法，其特征在于，所述step3具体为：

5.根据权利要求1所述的利用沿线单测点观测行波的输电线路故障测距方法，其特征在于，所述step4具体为：

技术总结
本发明涉及一种利用沿线单测点观测行波的输电线路故障测距方法，属于电力系统保护技术领域。本发明利用输电线路两端都为多回出线类型的拓扑所导致的故障行波极性特点，读取沿线电流行波测点采集的录波数据和测点安装位置，标定波头并提取故障初始行波的同极性波头；以故障初始行波为基准，基于固定时差反应唯一的健全区段长度特征，搜索满足时差条件的行波判定健全区段首次出射波，确定健全区段和故障区段；以辨识出的健全区段首次出射波为基准，取后续幅值最大波头为故障首次反射波计算故障到测点的相对距离；确定故障区段和相对故障距离基础上，换算故障距线路首端的绝对故障距离，实现输电线路故障测距。

技术研发人员：张广斌,舒帮贵,束洪春,王杰,施书城
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：2024/3/24