一种基于行波突变距离标定的直配架空线故障测距方法
【技术领域】
[0001] 本发明为一种基于行波突变距离标定的直配架空线故障测距方法，属电力系统继 电保护技术领域。
【背景技术】
[0002] 在确定的电网中性点接地方式、电网拓扑和母线出线接线形式下，保护安装处测 点的时域行波波到时刻、波头（突变）幅值和极性反映行波属性，含有故障位置信息，它与 故障位置有相应的关系，可以利用单端观测的时域暂态初始行波、故障点反射波或者对端 反射波波到时差进行单端行波测距，可利用双端观测的故障初始行波行波达到双侧绝对时 刻之差，进行双端行波测距。单端行波测距方法中故障点反射波辨识和甄别较复杂，对行波 幅值、陡度要求较高。双端行波测距毋需对故障点反射波进行辨识，较适宜形成行波测距的 机器实现和自动化，但双端行波测距要求线路两端时钟精确同步、要求参与故障距离计算 的线路长度工程呼称值1接近其"真值"，不可避免存在客观的测距误差。无论怎样，目前的 行波测距方法大多是基于故障行波时域特征并于时间轴上对行波进行观测、刻画和波头标 定，以及故障距离的计算。因此，急需提出一种新的故障测距方法，不受故障行波波头有效 辨识和测距时钟精确同步对故障定位准确性的影响。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是克服传统时域行波测距要求故障行波有效辨识和测距时钟精确 同步的局限性，提出一种基于行波突变距离标定的直配架空线故障测距方法，用以解决上 述问题。
[0004] 本发明的技术方案是：一种基于行波突变距离标定的直配架空线故障测距方法， 直配线路发生单相接地故障时，在采样率IMHz下，对故障馈线和相邻最长健全馈线起始端 的故障相电流进行采样，借助相邻最长健全馈线起始端电流行波及其波阻抗获取母线端电 压行波，而利用相邻最长健全馈线起端电流行波和故障馈线量测端获取的电流行波来计算 构造电流行波。应用得到的电压行波和电流行波求取量测端的电压行波沿线分布和电流行 波沿线分布，然后对行波沿线分布进行方向分解，获得沿线分布的方向行波，并提取沿线分 布的正向行波突变和反向行波突变，最后将二者相乘再于行波观测时窗内进行积分来构造 测距函数实现故障测距。
[0005] 具体步骤是：
[0006] (1)直配线路发生单相接地故障时，在采样率IMHz下，对故障馈线的故障相电流 和相邻最长健全馈线起始端故障相电流进行采样，分别得到故障相电流采样值序列，记为： i(k)、i' (k)，其中k表示采样点，k=l，2，…。
[0007] (2)根据式⑴和式⑵分别求出母线端电压和构造电流行波的离散序列uM(k) 和 iM(k):
[0008] uM(k) = i ' （k) XZc (1)
[0009] iM(k) = i (k)-i' (k) (2)
[0010] 式中，uM(k)为母线M的端电压，iM(k)故障馈线的构造电流行波，Z。为馈线波阻抗。
[0011] ⑶沿线分布的计算：利用式⑶和式⑷分别计算故障馈线的沿线电压分布和 沿线电流分布。
[0014] 式中，X为沿线任意一点到量测端的距离；V为线路的波速度；Z。为馈线波阻抗； &为线路单位长度电阻；uM(k)为母线M的端电压；iM(k)为故障馈线的构造电流行波； uM,x(x，k)为k时刻距量测端X处的电压；iM,x(x，k)为k时刻距量测端X处的电流。
[0015] (4)计算沿线分布的正向行波和反向行波：根据式（5)和式（6)分别计算故障馈 线沿线分布的正向电压行波、沿线分布的反向电压行波，即
[0016] U+Mix= (uMjX+ZciMjX)/2 (5)
[0017] uM，x= (uM，x-ZciM，x)/2 (6)
[0018] (5)沿线分布的正向行波梯度和反向行波梯度的计算：利用沿线分布的正向电压 行波相邻两个采样值之差构造沿线分布的正向电压梯度，即
[0019] c+Midlf_u(k) = u+kjX(k)-u+kjX(k-l) (7)
[0020] 利用沿线分布的反向电压行波相邻两个采样值之差构造沿线分布的反向电压梯 度，即
[0021] C M，dlf-u(k) = u k，x(k)-u k，x(k-l) (8)
[0022] (6)计算沿线分布的正向行波突变和反向行波突变：根据式（9)提取故障线路沿 线分布的正向电压行波突变，即
[0026] 式中，R取为3。
[0027] (7)测距函数的构造：采用式（11)和式（12)，将步骤（6)得到的正向行波突变和 反向行波突变相乘并分别于行波观测时窗[k。，k。+" (2v)]和[k。+" (2v)，h+1/v]内进行积 分，得到测距函数f,,T(x)和f,,TT(x)的沿线行波突变。
[0030] 式中，k。表示量测端M检测到的故障初始行波到达时刻；1为故障馈线线长。
[0031 ] (8)故障定位判据的构造：根据步骤（7)计算得到[k。，k。+V (2v)]和[kQ+l/ (2ν)，1^+1/ν]两个相继时窗内，测距函数ful(x)和fUII(x)的沿线分布突变点，其对应距 离分别记为[X11, X12,......]和[Xm, X112,......]。若[X", X12,......]中的突变距离X*[和
[xm, X112,……]中的突变距离A1满足式（13)所示的线长约束条件，且Λ的突变点极性为 负，A1的突变点极性为负，Xi1的突变点幅值小于Xi11的突变点幅值，则故障位于半线长之 内，故障点距离量测端的距离为若[x"，X12,……]中的突变距离A和[xm，Χ"2,……] 中的突变距离A1满足式（13)所示的线长约束条件，且X、的突变点极性为负，Xi11的突变 点极性为负，A的突变点幅值大于X \的突变点幅值，则故障位于半线长之外，故障点距离 量测端的距离为？"。
[0032] X*!+X*! J= 1 (13)。
[0033] 本发明的有益效果是：
[0034] 本发明针对直配架空线路进行故障定位，其原理简单，毋需标定故障行波波波头， 且不受故障瞬时性、故障过渡电阻变化等因素的影响，测距结果准确可靠。
【附图说明】
[0035] 图1为实施例1、实施例2的直配架空系统结构图；
[0036] 图2为半线长之内故障下，[k。，kQ+!V(2v)]时窗内测距函数f u(x)的突变分布结 果；
[0037] 图3为半线长之内故障下，[W(2v), Wv]时窗内测距函数fu(X)突变分布 结果；
[0038] 图4为半线长之外故障下，[kQ，kQ+lV(2v)]时窗内测距函数f u(x)的突变分布结 果；
[0039] 图5为半线长之外故障下，[W(2v), Wv]时窗内测距函数fu(X)突变分布 结果。
【具体实施方式】
[0040] 以下结合附图和【具体实施方式】，对本发明作进一步说明。
[0041] 直配线路发生单相接地故障时，在采样率IMHz下，对故障馈线和相邻最长健全馈 线起始端的故障相电流进行采样，借助相邻最长健全馈线起始端电流行波及其波阻抗获取 母线端电压行波，而利用相邻最长健全馈线起端电流行波和故障馈线量测端获取的电流行 波来计算构造电流行波。应用得到的电压行波和电流行波求取量测端的电压行波沿线分布 和电流行波沿线分布，然后对行波沿线分布进行方向分解，获得沿线分布的方向行波，并提 取沿线分布的正向行波突变和反向行波突变，最后将二者相乘再于行波观测时窗内进行积 分来构造测距函数实现故障测距。
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