一种输电线路短路故障定位方法及系统

1.本发明属于输电线路故障定位技术领域，特别涉及一种输电线路短路故障定位方法及系统。


背景技术：

2.架空输电线路的裸导线长期暴露在空气当中，当遇到恶劣天气环境时(如低温、雨雪等)，可能会出现线路覆冰或雷击、绝缘子湿闪、污闪等情况而引起线路故障。要保证输电线路的安全运行，就要对线路故障发生的位置实现快速定位，以尽可能缩短停电时间，避免故障造成的影响和损失进一步扩大。
3.目前常见的输电线路的短路故障定位方法主要有阻抗法、行波法以及电磁时域反演(electromagnetic time reversal,emtr)故障定位方法等。其中，阻抗法对故障点定位的实现高度依赖线路阻抗、线路负荷与电源参数等正常工况的精准测量，不适用于如高阻接地、断线故障、多电源线路等情况。行波法定位精度受行波信号检测精度影响较大。
4.然而，上述故障定位方法的应用都需要假定线路拥有稳定的波阻抗与波速，即传输线参数模型需为常数。对于实际线路而言，由于土壤电阻率和趋肤效应等问题的存在，线路的电感与电容参数是频变的，也即不同的频率分量会对应不同的波阻抗与波速，从而上述几种故障定位方法都会带来一定的误差。
5.研究发现，参数的频变特性影响不同频率下的波速，导致单端行波定位方法估计的故障点位置比真实故障点位置靠前，且定位误差随故障点到测量点的距离而基本呈线性增加，另外，土壤电阻率越大，参数的频变特性影响更加明显，定位误差也越大。
6.因此，需要设计一种输电线路短路故障定位方法及系统，以解决上述技术问题。


技术实现要素：

7.针对上述问题，本发明提出一种输电线路短路故障定位方法，所述定位方法包括：
8.获取故障在输电线路一端产生的第一暂态电压信号以及故障在输电线路另一端产生的第二暂态电压信号；
9.根据第一暂态电压信号，获取初步的第一故障点与输电线路一端之间的第一距离；
10.根据第二暂态电压信号，获取初步的第二故障点与输电线路另一端之间的第二距离；
11.根据第一距离以及第二距离，对真实故障点的位置进行修正，以实现对真实故障点的最终定位。
12.进一步地，
13.通过如下公式对真实故障点的位置进行修正：
[0014][0015]
其中，x
f,1
为第一距离，x
f,2
为第二距离，l是输电线路的总长度，x
f,real
是修正后的真实故障点与输电线路一端之间的距离。
[0016]
进一步地，
[0017]
所述第一距离的获取包括：
[0018]
根据第一暂态电压信号，使用单端故障定位方法，获取初步的第一故障点与输电线路一端之间的第一距离。
[0019]
进一步地，
[0020]
所述第二距离的获取包括：
[0021]
根据第二暂态电压信号，使用单端故障定位方法，获取初步的第二故障点与输电线路另一端之间的第二距离。
[0022]
进一步地，
[0023]
所述单端故障定位方法为emtr线路短路故障定位方法。
[0024]
进一步地，
[0025]
所述单端故障定位方法为单端行波法。
[0026]
另一方面，本发明还提供一种输电线路短路故障定位系统，所述定位系统包括：
[0027]
信号获取模块，用于获取故障在输电线路一端产生的第一暂态电压信号以及故障在输电线路另一端产生的第二暂态电压信号；
[0028]
计算模块，用于根据第一暂态电压信号，获取初步的第一故障点与输电线路一端之间的第一距离；根据第二暂态电压信号，获取初步的第二故障点与输电线路另一端之间的第二距离；
[0029]
修正模块，用于根据第一距离以及第二距离，对真实故障点的位置进行修正，以实现对真实故障点的最终定位。
[0030]
进一步地，
[0031]
通过如下公式对真实故障点的位置进行修正：
[0032][0033]
其中，x
f,1
为第一距离，x
f,2
为第二距离，l是输电线路的总长度，x
f,real
是修正后的真实故障点与输电线路一端之间的距离。
[0034]
进一步地，
[0035]
所述计算模块包括：
[0036]
第一距离计算模块，用于根据第一暂态电压信号，使用单端故障定位方法，计算初步的第一故障点与输电线路一端之间的第一距离。
[0037]
进一步地，
[0038]
所述计算模块还包括：
[0039]
第二距离计算模块，用于根据第二暂态电压信号，使用单端故障定位方法，计算初
步的第二故障点与输电线路另一端之间的第二距离。
[0040]
本发明的一种输电线路短路故障定位方法及系统，通过测量出第一暂态电压信号以及第二暂态电压信号，利用两个单端定位结果(即第一距离和第二距离)进行修正，可以大大减小定位误差。
[0041]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0042]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0043]
图1示出了根据本发明实施例的定位方法的流程示意图；
[0044]
图2示出了根据本发明实施例的第一暂态电压信号的电压波形图；
[0045]
图3示出了根据本发明实施例的第二暂态电压信号的电压波形图。
[0046]
图4示出了现有技术中的单端emtr线路短路故障定位方法与本发明实施例中的线路短路故障定位方法之间的定位误差曲线图。
具体实施方式
[0047]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048]
另外，在发明中，术语“第一”、“第二”和其它类似词语并不意在暗示任何顺序、数量和重要性，而是仅仅用于对不同的元件进行区分。
[0049]
在传输线路(例如输电线路)中，由于波速和波阻抗对信号不同的频率分量不一致，各种现有的故障定位方法会产生随故障距离增大而增大的误差，因此，如图1所示的，本发明实施例提出一种输电线路短路故障定位方法，所述定位方法包括：
[0050]
获取故障在输电线路(以下简称为线路)一端产生的第一暂态电压信号以及故障在输电线路另一端产生的第二暂态电压信号；
[0051]
根据第一暂态电压信号，获取初步的第一故障点与线路一端之间的第一距离；
[0052]
根据第二暂态电压信号，获取初步的第二故障点与线路另一端之间的第二距离；
[0053]
根据第一距离以及第二距离，对真实故障点的位置进行修正，以实现对真实故障点的最终定位。
[0054]
其中，对于第一距离的获取包括：
[0055]
根据第一暂态电压信号，使用单端故障定位方法，获取初步的第一故障点与线路一端之间的第一距离。
[0056]
对于第二距离的获取包括：
[0057]
根据第二暂态电压信号，使用单端故障定位方法，获取初步的第二故障点与线路另一端之间的第二距离。
[0058]
上述获取第一距离以及第二距离的步骤中，所采取的单端故障定位方法可为emtr线路短路故障定位方法或单端行波法。在本实施例中，以emtr线路短路故障定位方法为例进行示例性的说明，其中，所述emtr线路短路故障定位方法可以为基于直接信号卷积的线路短路故障定位方法。
[0059]
本实施例使用基于emtr线路短路故障定位方法，以考虑频变参数的100km长三相传输线为例，在100km长三相传输线首端施加220kv工频电压，各端点(100km长三相传输线首端和尾端)处的电力变压器等效为100kω的大电阻，土壤电阻率设置为1000ωm，阐述使用双端信号修正频变参数影响的一种输电线路短路故障定位方法的步骤具体如下：
[0060]
对不同的短路故障位置，在待测线路双端(线路的两端)分别设置测量点，对应测量故障在线路两端产生的第一暂态电压信号u1(t)和第二暂态电压信号u2(t)。即：
[0061]
设线路(即待测的线路)的一端为a端，线路的另一端为b端，将a端和b端作为线路的两个测量点，在a端可测量出故障产生的第一暂态电压信号u1(t)，在b端可测量出故障产生的第二暂态电压信号u2(t)。
[0062]
以30km处的短路故障为例，第一暂态电压信号u1(t)的电压波形如图2所示，第二暂态电压信号u2(t)的电压波形如图3所示。
[0063]
对于某一组第一暂态电压信号u1(t)和第二暂态电压信号u2(t)，使用emtr线路短路故障定位方法，可得到初步的第一故障点x
f,1
和第二故障点x
f,2
，其中，x
f,1
为第一距离(即初步的第一故障点与a端的距离)，x
f,2
为第二距离(即初步的第二故障点与b端的距离)。
[0064]
因此，对于真实故障点的位置进行修正包括：
[0065]
获取输电线路的总长度；
[0066]
根据输电线路的总长度，计算输电线路的总长度与第一距离之间的乘积，作为第一计算值；
[0067]
计算第一距离与第二距离的和，作为第二计算值；
[0068]
计算第一计算值除以第二计算值得到的商，作为修正后的故障点位置。
[0069]
本实施例中，通过如下公式对故障点的位置进行修正：
[0070][0071]
其中，l是输电线路的总长度，x
f,real
是修正后的故障点与输电线路一端(a端)之间的距离。
[0072]
x
f,real
作为最终故障点位置。不同故障位置与x
f,1
和x
f,real
之间的误差如图4所示。可见考虑波速频变的情况下，单端emtr线路短路故障定位方法的误差与故障点和测量点间的距离基本呈正比。而经过修正后，定位误差大大减小，且与故障距离无关。
[0073]
通过上述的方法，减小了现有的各种故障定位方法的定位误差。
[0074]
另一方面，本实施例还提供一种输电线路短路故障定位系统，所述定位系统包括：
[0075]
信号获取模块，用于获取故障在输电线路一端产生的第一暂态电压信号以及故障在输电线路另一端产生的第二暂态电压信号；
[0076]
计算模块，用于根据第一暂态电压信号，获取初步的第一故障点与输电线路一端之间的第一距离；根据第二暂态电压信号，获取初步的第二故障点与输电线路另一端之间的第二距离；
[0077]
修正模块，用于根据第一距离以及第二距离，对真实故障点的位置进行修正，以实现对真实故障点的最终定位。
[0078]
其中，所述计算模块包括：
[0079]
第一距离计算模块，用于根据第一暂态电压信号，使用单端故障定位方法，计算初步的第一故障点与输电线路一端之间的第一距离。
[0080]
其中，所述计算模块包括：
[0081]
第二距离计算模块，用于根据第二暂态电压信号，使用单端故障定位方法，计算初步的第二故障点与输电线路另一端之间的第二距离。
[0082]
需要注意的是，在本实施例中，一种输电线路短路故障定位系统中，各模块的其他功能以及实现方式与一种输电线路短路故障定位方法的其他功能以及实现方式对应一致，因此，此处不再赘述。
[0083]
本发明通过在双端分别设置测量点，测量出第一暂态电压信号以及第二暂态电压信号，利用两个单端定位结果(第一距离以及第二距离)进行修正，可以大大减小定位误差。且本发明所提供的故障定位方法可以修正输电线路暂态行波速度频变对故障定位结果的影响，增强了故障定位方法的实用性。
[0084]
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。