專利名稱：模型自適應(yīng)輸電線路故障測距方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模型自適應(yīng)輸電線路故障測距方法，屬電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
電力是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，電力輸電線路的暢通是保障電力供應(yīng)的關(guān)鍵，電力輸電 線路的故障主要由電力線路測距設(shè)備來解決。目前，傳統(tǒng)的電力輸電線路故障測距系統(tǒng)主 要存在以下問題1)測距結(jié)果缺乏優(yōu)化和綜合。故障發(fā)生時現(xiàn)場2套保護(hù)裝置、故障錄波 器和行波測距裝置給出的四種測距結(jié)果可能相差較大，導(dǎo)致運行人員不知采用那個測距結(jié) 果，從而使測距結(jié)果失去價值。幻對于復(fù)雜的電網(wǎng)情況，目前任一種測距算法均不能全部達(dá) 到最佳效果。行波故障測距需要雙端通信，對于通信失敗或未接入雙端行波測距系統(tǒng)的線 路，雙端測距會失效；而且，單端行波故障測距可靠性不高，單獨使用單端行波測距的成功 率較低。總體而言，目前的行波測距精度離散性很大，在某些情況下很精確，而某些情況下 測距失效，可靠性還有待于提高。而基于工頻電氣量的故障錄波器只能采用單端數(shù)據(jù)實現(xiàn) 故障定位，從原理上就不存在優(yōu)勢。3)目前各種測距算法均未充分考慮每條線路的結(jié)構(gòu)性 差異，如保護(hù)裝置的測距算法未考慮同桿并架雙回線路情況；行波測距裝置未考慮災(zāi)變情 況下，通道中斷后的單端行波測距算法，以及行波測距失敗后的測距方式。4)目前測距算法 對故障測距過程中影響因素缺乏綜合分析。故障時刻的過渡電阻或線路分布電容和其他因 素的影響，可能導(dǎo)致基于行波或阻抗的故障定位算法的不準(zhǔn)確；目前各種測距系統(tǒng)或裝置 僅僅實現(xiàn)了電氣距離的測量，未能綜合考慮輸電線路弧垂、轉(zhuǎn)角等因素影響?；贸咚倮^電 保護(hù)和斷路器的應(yīng)用，可用于故障定位的數(shù)據(jù)窗越來越短，使得傳統(tǒng)的基于頻域的故障定 位方法失效。因而對于具體的輸電線路和故障狀況，研究魯棒性較好的故障測距算法，并最 終給出唯一可信、精確的測距結(jié)果將十分必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對傳統(tǒng)測距系統(tǒng)存在的問題，提供一種模型自適應(yīng)輸電線路 故障測距方法，在不增加投資的基礎(chǔ)上，通過獲取現(xiàn)有的單端或雙端故障錄波數(shù)據(jù)和行波 故障定位系統(tǒng)的錄波數(shù)據(jù)，根據(jù)具體線路和具體故障情況，自適應(yīng)選擇最優(yōu)的故障測距算 法；并且對故障錄波、繼電保護(hù)和行波測距等四種測距結(jié)果進(jìn)行綜合分析判斷，給出唯一精 確的故障測距結(jié)果。本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下步驟(1)建立實際電網(wǎng)輸電線路模型通過現(xiàn)場試驗獲得的數(shù)據(jù)，計算實際電網(wǎng)線路參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)，包括系統(tǒng)阻抗，線 路阻抗，線路波阻抗和傳播系數(shù)，對地電導(dǎo)和分布電容等參數(shù)，建立與實際電網(wǎng)輸電線路對 應(yīng)的物理模型和分布參數(shù)模型，據(jù)此得出各線路在不同頻帶下的等值模型，為模型自適應(yīng) 輸電線路故障測距提供線路參數(shù)庫。
(2)構(gòu)建故障監(jiān)測數(shù)據(jù)平臺在故障測距主站實現(xiàn)各類監(jiān)測數(shù)據(jù)的上傳，為實現(xiàn)多種自適應(yīng)綜合測距方法提供 數(shù)據(jù)平臺。在主站可以利用故障線路兩端錄波器上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)基于工頻電氣量的 雙端測距，填補了利用電氣量測距的理論缺陷。在主站獲取行波故障測距、保護(hù)測距結(jié)果并 在主站獲取錄波器雙端測距的基礎(chǔ)上，結(jié)合測距子站對兩類測距結(jié)果的初步綜合利用和比 對，在測距主站層面實現(xiàn)更可靠更多樣的綜合測距方法，如在測距主站利用多端信息解決 行波波速的不確定、線路弧垂和桿塔轉(zhuǎn)角影響測距精度等問題的優(yōu)化測距方法。(3)綜合四種測距結(jié)果的優(yōu)化測距方法在不增加投資的基礎(chǔ)上，通過獲取現(xiàn)有的單端或雙端故障錄波數(shù)據(jù)和行波故障定 位系統(tǒng)的錄波數(shù)據(jù)，根據(jù)具體線路和具體故障情況，自適應(yīng)選擇最優(yōu)的故障測距算法。雙端行波故障測距是目前行波故障測距應(yīng)用最廣泛的方法，可靠性和測距精度都 相對較高，同時雙端行波法測距受雙端同步采集及雙端通信等因素影響其精度具有一定的 離散性，即測距成功時精度較高，而測距失敗時則無法給出測距結(jié)果或者結(jié)果偏差較大；故 障錄波器與繼電保護(hù)裝置均利用基于工頻電氣量的測距方法，若利用單端電氣量測距，其 本身從原理上就存在缺陷。對于光纖差動保護(hù)可獲得雙端電氣量測距結(jié)果，但其采樣頻率 相對較低，因此在主站利用采樣頻率較高的錄波器數(shù)據(jù)實現(xiàn)雙端電氣量測距，從根本上對 測距原理的應(yīng)用進(jìn)行了提升，其魯棒性和精度將有一定的提高，并將該結(jié)果作為電氣量測 距的主要參考結(jié)果。因此，在四種測距方法中錄波器雙端測距結(jié)果魯棒性最高，在測距成功 的前提下行波故障測距的精度最高。對故障發(fā)生時現(xiàn)場2套保護(hù)裝置、故障錄波器和行波測距裝置給出的四種測距結(jié) 果進(jìn)行綜合分析判斷，給出唯一精確的故障測距結(jié)果。(4)基于多端行波數(shù)據(jù)的故障測距結(jié)果優(yōu)化輸電線路的行波波速跟線路實際參數(shù)有關(guān)，不同線路結(jié)構(gòu)和自然條件下，波速數(shù) 值不一樣。此外，輸電線路參數(shù)是隨頻率變化的，對同一線路在不同時刻線路參數(shù)也在變 化，波速數(shù)值也在波動。因此行波故障測距裝置中，取一定范圍內(nèi)的波速數(shù)值來代替實際波 速帶有主觀性。實際系統(tǒng)中輸電線路的長度是桿塔間的實測間距之和而沒有考慮弧垂的影 響，測距過程中弧垂和轉(zhuǎn)角都會對測距精度有一定的影響。在測距主站通過各子站監(jiān)測數(shù) 據(jù)上傳，可得到故障線路及其相鄰線路對端子站的行波數(shù)據(jù)，實現(xiàn)基于多端行波數(shù)據(jù)的故 障測距結(jié)果優(yōu)化。(5)參數(shù)自適應(yīng)測距算法在常規(guī)雙端測距算法當(dāng)中，線路參數(shù)都是作為已知量參與運算的，由于測距算法 對線路參數(shù)精度有較高的要求，當(dāng)線路參數(shù)不準(zhǔn)確時，會給測距結(jié)果帶來較大誤差。高壓輸 電線路的參數(shù)一般通過實測獲得，但在運行過程中要受到沿線地質(zhì)、氣候、大地電阻率分布 不均等因素的影響，甚至線路的長度L在不同的季節(jié)也是變化的。特別是氣候惡劣的雨雪 天氣往往容易發(fā)生故障，當(dāng)線路被冰雪覆蓋時，將會使線路參數(shù)明顯偏離給定值，例如對線 路長度變化的研究范圍為0. 9L 1. IL(分別對應(yīng)于寒冷的冬天和炎熱的夏天)，僅此一項 就使線路分布參數(shù)中線路的正序傳播系數(shù)變化達(dá)到10%，從而造成測距誤差。為了消除線 路參數(shù)不準(zhǔn)確或變化對測距精度的影響，利用故障錄波器提供的冗余測量信息，在線路參 數(shù)在線估計的同時計算故障距離的故障測距最小二乘算法，消除因線路參數(shù)不準(zhǔn)確造成的測距誤差，實現(xiàn)在準(zhǔn)確線路參數(shù)未知的情況下精確測距。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較的有益效果是，①能將測距結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化和綜合；②能 充分考慮每條線路的結(jié)構(gòu)性差異，自適應(yīng)選用最佳的測距算法；③能在線估計輸電線路參 數(shù)；④綜合考慮故障時刻的過渡電阻、線路分布電容及雙端數(shù)據(jù)非同步采樣等影響故障測 距的因素。本發(fā)明方法適用于110 500kV輸電線路的故障測距。


圖1為本發(fā)明的輸電線路自適應(yīng)測距處理流程示意圖；圖2為本發(fā)明的測距結(jié)果綜合優(yōu)化算法流程示意圖；圖3為本發(fā)明的基于多端行波數(shù)據(jù)的故障測距結(jié)果優(yōu)化示意圖；圖4為本發(fā)明的具體實現(xiàn)方案示意圖；圖中圖號表示為1是測距信息子站；2是測距信息子站；11是測距信息子站；11是 保護(hù)1 ；12是通信單元；13是行波故障測距；14是故障錄波器；15是保護(hù)2。
具體實施例方式本發(fā)明的具體實施方式
如圖1至圖4所示。圖1為本發(fā)明的輸電線路自適應(yīng)測距處理流程示意圖。如圖1所示，當(dāng)測距主站 獲取到所測輸電線路雙端故障錄波數(shù)據(jù)時，優(yōu)先采用雙端故障測距算法。如果雙端數(shù)據(jù)不 同步，采用基于幅值的頻域法。對于雙回線和多回線故障測距，由于受到另外回線的互感和 互容的影響，線路參數(shù)不精確時，則采用基于在線參數(shù)估計的測距算法；或者基于反序網(wǎng)的 同桿雙回線單端、雙端故障定位實用算法(只利用單端或雙端電流量，而不需要電壓量)。 如果測距主站只能獲取到所測輸電線路單端故障錄波數(shù)據(jù)時，則利用單端電氣量，考慮過 渡電阻和對端系統(tǒng)阻抗的影響，在時域中用最小二乘法求解故障距離；或者采用基于故障、 故障分間和重合間暫態(tài)行波的輸電線路單端故障測距實用算法。在現(xiàn)場數(shù)據(jù)缺乏或現(xiàn)場裝 置測距失效時，采用電磁暫態(tài)仿真軟件進(jìn)行故障模擬，得到暫態(tài)仿真波形，此時，采用基于 波形匹配的輸電線故障測距優(yōu)化算法，根據(jù)暫態(tài)仿真波形與實際故障暫態(tài)波形特征的匹配 程度，得到測距結(jié)果。圖2為測距結(jié)果綜合優(yōu)化算法流程示意圖。如圖2所示，當(dāng)故障發(fā)生時，行波測距 和故障錄波器、兩套保護(hù)同時啟動。設(shè)定四種測距方式均可得出測距結(jié)果，結(jié)合子站中對行 波測距結(jié)果和錄波器測距結(jié)果的初步綜合利用。下面，根據(jù)子站行波測距方式，對各類測距 結(jié)果的是否相近情況進(jìn)行具體分析。當(dāng)子站為單端行波測距方式時，行波裝置利用本地故障錄波器的測距結(jié)果判斷波 頭性質(zhì)并給出測距結(jié)果，在主站該測距結(jié)果與故障錄波器雙端電氣量測距結(jié)果比較，若結(jié) 果相近，則行波測距成功，且依此比對兩套保護(hù)測距結(jié)果，去除保護(hù)中的測距失敗者；若結(jié) 果不相近，則根據(jù)錄波器雙端電氣量的高魯棒性判定行波測距失敗，并根據(jù)雙端電氣量結(jié) 果比對兩套保護(hù)結(jié)果。當(dāng)判斷兩種測距結(jié)果是否相近時，其差值Δ 1滿足在一定數(shù)值域(0， k*L)時，并認(rèn)為其相近，反之為不相近，L為所監(jiān)測故障線路的長度，k為常數(shù)系數(shù)(如可選 擇5% )。將判定測距成功者的測距結(jié)果加權(quán)求和作為最終主站測距結(jié)果，如下式所示
權(quán)利要求
1.一種模型自適應(yīng)輸電線路故障測距方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)建立與實際電網(wǎng)輸電線路對應(yīng)的物理模型和分布參數(shù)模型，據(jù)此得出各線路在不 同頻帶下的等值模型，為模型自適應(yīng)輸電線路故障測距提供線路參數(shù)庫；(2)在故障測距主站實現(xiàn)各類監(jiān)測數(shù)據(jù)的上傳，為實現(xiàn)多種自適應(yīng)綜合測距方法提供 數(shù)據(jù)平臺；(3)在不增加投資的基礎(chǔ)上，通過獲取現(xiàn)有的單端或雙端故障錄波數(shù)據(jù)和行波故障定 位系統(tǒng)的錄波數(shù)據(jù)，根據(jù)具體線路和具體故障情況，自適應(yīng)選擇最優(yōu)的故障測距算法；對故 障發(fā)生時現(xiàn)場2套保護(hù)裝置、故障錄波器和行波測距裝置給出的四種測距結(jié)果進(jìn)行綜合分 析判斷，給出唯一精確的故障測距結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模型自適應(yīng)輸電線路故障測距方法，其特征是，在測距主站 通過各子站監(jiān)測行波數(shù)據(jù)的上傳，得到故障線路及其相鄰線路對端子站的行波數(shù)據(jù)，實現(xiàn) 基于多端行波數(shù)據(jù)的故障測距結(jié)果優(yōu)化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模型自適應(yīng)輸電線路故障測距方法，其特征是，利用故障錄 波器提供的冗余測量信息，在線路參數(shù)在線估計的同時計算故障距離的故障測距最小二乘 算法，消除因線路參數(shù)不準(zhǔn)確造成的測距誤差，實現(xiàn)在準(zhǔn)確線路參數(shù)未知的情況下精確測 距。
全文摘要
一種模型自適應(yīng)輸電線路故障測距方法，本發(fā)明在不增加投資的基礎(chǔ)上，通過獲取現(xiàn)有的單端或雙端故障錄波數(shù)據(jù)和行波故障定位系統(tǒng)的錄波數(shù)據(jù)，根據(jù)具體線路和具體故障情況，自適應(yīng)選擇最優(yōu)的故障測距算法；并且對故障錄波、繼電保護(hù)和行波測距等四種測距結(jié)果進(jìn)行綜合分析判斷，給出唯一精確的故障測距點。采用上述方法，可以實現(xiàn)準(zhǔn)確的故障測距，解決高阻接地情況下保護(hù)裝置和其它故障測距系統(tǒng)定位精度低的問題；解決高阻情況下對端行波記錄儀不起動、或者波頭不清晰等情況下，行波故障測距系統(tǒng)無法進(jìn)行故障定位時的故障定位問題，給出準(zhǔn)確的故障點、故障相別和巡線范圍。本發(fā)明方法適用于110～500kV輸電線路的故障測距。
文檔編號G01R31/08GK102074937SQ20101053369
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者毛鵬, 辛建波, 黃瑤 申請人:江西省電力科學(xué)研究院