一种输电架空线路的故障高精度定位方法与流程

本发明涉及线路故障定位，具体为一种输电架空线路的故障高精度定位方法。

背景技术：

1、输电架空线路作为电力系统的重要组成部分，承担着电能传输的关键任务，其运行状态的稳定性和安全性直接关系到整个电力系统的可靠运行，随着电力系统的不断发展和电网规模的日益扩大，输电架空线路的故障定位技术显得尤为重要，准确、快速地定位故障点，不仅能够迅速恢复供电，减少停电损失，还能有效保障运维人员的安全，提高电力系统的整体运行效率。

2、传统输电架空线路故障定位方法主要依赖于人工巡检和简单的电气量测量，这些方法在面对复杂工况、线路参数动态变化以及多种物理场相互影响等问题时，存在诸多不足，具体而言，人工巡检不仅效率低下，而且难以在第一时间发现隐蔽性故障，而简单的电气量测量则容易受到环境噪声、线路老化等因素的影响，导致定位精度不高，稳定性差，此外，传统方法还缺乏有效的预警与远程监控手段，使得运维人员在故障发生后往往需要较长时间才能赶到现场，进一步延长了故障恢复时间，对电力系统的稳定运行构成了潜在威胁。

3、针对上述问题，有必要对现有的输电架空线路的故障高精度定位方法进行优化，通过定制高精度传感元件、构建数据处理与传输链路，实现自供能保障与稳定运行，以及综合运用多场融合分析、动态误差补偿、智能优化与自适应调整等技术手段，提高故障定位的精度和稳定性，因此，开发一种能够综合实现上述特点的一种输电架空线路的故障高精度定位方法具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种输电架空线路的故障高精度定位方法，它能够通过融合多种先进技术，实现对输电架空线路故障的精确定位和及时预警，具体而言，采用非侵入型电压电流一体式传感器，结合坡莫合金磁芯技术，提高电流测量的精度，通过构建多物理场耦合模型和动态误差补偿模型，全面考虑了故障时的复杂物理现象和线路参数的动态变化，同时引入智能预警和远程监控技术，实现了对线路运行状态的实时监测和高效管理，显著提升了输电架空线路故障定位的准确性和及时性，为电力系统的稳定运行提供了有力保障。

2、本发明为解决上述技术问题，提供如下技术方案：一种输电架空线路的故障高精度定位方法，该方法包括以下具体步骤：

3、精准传感与数据采集：采用非侵入型电压电流一体式传感技术，在220kv及以下输电架空线路上安装传感器，对于电流测量，传感器采用坡莫合金磁芯技术测量，对于电压测量，通过特殊电场耦合结构测量电压，传感器实时采集电压和电流数据，并通过“窄带+宽带”组网通信技术进行数据传输；

4、自供能保障与稳定运行步骤：通过磁感应取电装置从输电线路磁场取能，该装置由磁芯线圈、能量转换电路和功率调节电路组成，当线路中有电流通过时，根据电磁感应原理产生感应电动势，感应电动势经能量转换电路将交流电能转换为直流电能，为后续设备供电，功率调节电路采用自适应控制技术，实时监测输电线路电流大小，并根据电流变化自动调整取电参数；

5、多场融合分析与误差校正：基于电磁学、热力学和固体力学原理，构建输电架空线路故障时的电磁场、温度场和应力场物理场耦合模型，对于电磁场，考虑故障点电流瞬间增大导致的电磁场畸变，利用麦克斯韦方程组描述电磁场分布，对于温度场，根据电流热效应计算线路温度升高，遵循热传导方程构建温度场模型，对于应力场，考虑温度变化引起的材料热膨胀和电磁力作用，依据弹性力学理论建立应力场模型，同时，建立各物理场之间的相互作用关系，通过实验数据采集和理论分析，确定温度变化、线路老化和不同季节环境影响因素与线路电阻、电感和电容参数变化之间的关系，并建立动态误差补偿模型，模型输入为实时监测的线路环境数据和运行时间信息，输出为相应的线路参数修正值，综合多物理场耦合分析结果和修正后的线路参数，通过故障定位算法计算故障位置；

6、智能优化与自适应调整步骤：实时监测定位计算过程中的误差波动状况，通过对比计算结果与预设的误差阈值，判断误差波动是否超出正常范围，同时，结合实时采集的线路运行数据以及气象数据，运用分析算法识别当前线路工况，并根据预先建立的不同工况下的误差补偿策略，自适应调整定位计算中的相关参数；

7、智能预警与远程管控集成步骤：实时收集和深度分析传感器采集的电压电流数据、多物理场监测数据以及故障定位结果，通过故障预测模型判断潜在风险，并建立远程监控平台，通过通信网络连接故障定位主机与监控中心，接收存储数据，同时具备可视化功能，运维人员可远程登录交互操作。

8、进一步地，所述精准传感与数据采集步骤中，对于电流测量，传感器采用坡莫合金磁芯技术测量，通过公式计算测量所得电流值，其中，imeasured是通过传感器及后续处理所测量得到的电流值，itrue是输电架空线路中的真实电流值，即实际存在的电流大小，μ0:真空磁导率，μp是坡莫合金磁芯的磁导率，δbnoise是电流测量过程中受到的外界磁场噪声干扰导致的磁感应强度变化量，δbsignal是由真实电流产生且被坡莫合金磁芯有效感应到的磁感应强度变化量。

9、更进一步地，所述自供能保障与稳定运行步骤中，对于电压测量，通过特殊电场耦合结构测量电压，其计算公式为：其中，pout是取电设备的输出功率，η是能量转换效率，μπ是磁芯线圈的相对磁导率，n1是磁芯线圈的初级匝数，s是磁芯线圈的横截面积，l是磁芯线圈的平均长度，iline是输电线路中的电流大小，n2是磁芯线圈的次级匝数，cr是谐振电容值，lr是磁芯线圈的等效电感，ω是输电线路电流的角频率。

10、更进一步地，所述多场融合分析与误差校正步骤中，对于电磁场，考虑故障点电流瞬间增大导致的电磁场畸变，利用麦克斯韦方程组描述电磁场分布，其计算公式为：其中，是电场强度矢量，是磁感应强度矢量，是磁场强度矢量，是输电线路中的电流密度矢量，是电位移矢量，ρline是输电线路的电荷密度，∈0是真空介电常数，c0是真空中的光速，该公式通过将电学和磁学相关参数进行关联，从而描述电磁场分布。

11、更进一步地，所述多场融合分析与误差校正步骤中，对于温度场，根据电流热效应计算线路温度升高，遵循热传导方程构建温度场模型，其计算公式为：其中，ρm是线路材料的密度，cm是线路材料的比热容，t是线路的温度，km是线路材料的热导率，iline是输电线路中的电流大小，rline是输电线路的电阻，sline是输电线路的横截面积。

12、更进一步地，所述多场融合分析与误差校正步骤中，对于应力场，考虑温度变化引起的材料热膨胀和电磁力作用，依据弹性力学理论建立应力场模型，其模型公式为：其中，σij是应力张量，cijkl是弹性常数张量，εkl是应变张量，μ0是真空磁导率，μr是线路材料的相对磁导率，是输电线路中的电流密度矢量，sline是输电线路的横截面积，cm是线路材料的比热容。

13、更进一步地，所述多场融合分析与误差校正步骤中，建立各物理场之间的相互作用关系，通过实验数据采集和理论分析，确定温度变化、线路老化和不同季节环境影响因素与线路电阻、电感和电容参数变化之间的关系，其公式表达为：δrt＝a1×δt+a2×δtr+a3×δse+a4×δiline，δlt＝b1×δt+b2×δtr+b3×δse+b4×δiline，δct＝c1×δt+c2×δtr+c3×δse+c4×δiline，其中，δrt是线路电阻在考虑温度变化、运行时间和环境影响因素后的修正值，a1、a2、a3、a4分别是温度变化、运行时间、季节环境影响、输电线路电流变化对电阻修正值的影响系数，δt是实时监测的线路环境温度与初始温度的差值，δtr是输电线路的运行时长与初始运行时长的差值，δse季节环境影响导致的环境因素与初始环境因素的差值，δiline是输电线路电流大小与初始电流大小的差值，δlt:线路电感在考虑上述因素后的修正值，b1、b2、b3、b4:分别是温度变化、运行时间、季节环境影响、输电线路电流变化对电感修正值的影响系数，δct:线路电容在考虑上述因素后的修正值，c1、c2、c3、c4:分别是温度变化、运行时间、季节环境影响、输电线路电流变化对电容修正值的影响系数。

14、更进一步地，所述多场融合分析与误差校正步骤中，综合多物理场耦合分析结果和修正后的线路参数，通过故障定位算法计算故障位置，其故障定位算法的公式为：其中，lf是故障位置距线路某一端点的距离，p是物理场类别数量，λk是各物理场类别权重系数，nk是各物理场类别下相关参数的数量，μki是各物理场类别下各参数的权重系数，δfki是各物理场类别下各参数的变化量，m是线路参数相关的数量，ξj是线路参数的权重系数，δpj是线路参数修正后的变化量，lt是输电线路的总长度，∈是修正项。

15、更进一步地，所述智能优化与自适应调整步骤中，实时监测定位计算过程中的误差波动状况，通过对比计算结果与预设的误差阈值，判断误差波动是否超出正常范围，其误差波动的计算公式为：同时，结合实时采集的线路运行数据以及气象数据，运用分析算法识别当前线路工况，当前线路工况的综合指标为：ic＝w1×vc+w2×ic+w3×tc+w4×sw+w5×sh+w6×δer，其中，er是误差波动率，是第i个维度的实际计算误差，是第i个维度的预设误差阈值，ic是用于智能识别当前线路工况的综合指标，w1、w2、w3、w4、w5、w6:分别是对应电压、电流、温度、风速、湿度和误差波动率的加权系数，并根据预先建立的不同工况下的误差补偿策略，自适应调整定位计算中的相关参数，其优化调整公式为：其中，pl是调整后的线路电感参数，是原始线路电感参数，k1是与电感参数调整相关的系数，δic是根据工况识别结果计算得出的线路工况变化量，是误差波动率与预设误差阈值的比值，ci是调整后的电流权重系数，是原始电流权重系数，k2是与电流权重系数调整相关的系数，δic是根据工况识别结果计算得出的线路工况变化量，是误差波动率与预设误差阈值的比值，用于衡量误差波动程度，以此来调整电流权重系数。

16、更进一步地，所述智能预警与远程管控集成步骤中，通过故障预测模型判断潜在风险，其模型公式为：其中，pf表示故障发生的预测概率，当该概率达到阈值pmax时，判定为潜在故障风险，α、β分别是与平方差项和对数项相关的权重系数，wi是第i个特征值的权重系数，fi表示实时监测数据中的第i个特征值，fi0是对应第i个特征值在正常运行状态下的参考值，σ是标准差。

17、与现有技术相比，该一种输电架空线路的故障高精度定位方法具备如下有益效果：

18、一、本发明通过综合多物理场耦合分析，能够更全面地考虑故障发生时线路中复杂的物理现象及其相互作用，使得定位过程不仅依赖于单一的电气量数据，而是结合了多种物理场的变化特征，从而显著提高了故障定位的精度，同时动态误差补偿机制能够实时修正因线路参数动态变化和环境因素引起的误差，进一步增强了定位的可靠性。

19、二、本发明通过多场融合分析与误差校正技术能够自适应不同的线路工况和环境条件，动态误差补偿模型能够学习和适应线路参数随温度、湿度、季节等因素的变化规律，从而在不同工况下提供精确的线路参数修正值，不仅提高了定位系统在各种复杂环境下的性能表现，还增强了其鲁棒性，并且通过不断优化模型参数和算法，能够持续适应线路状态的变化，为输电线路的安全可靠运行提供有力支持。

20、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。