專利名稱：一種提高單端行波測(cè)距可靠性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種自然頻率測(cè)距與單端行波測(cè)距相結(jié)合提高單端行波測(cè)距可靠性的方法。
背景技術(shù)：
單端行波測(cè)距是利用故障點(diǎn)初始行波波頭和故障點(diǎn)反射行波波頭到達(dá)測(cè)量端的時(shí)刻差進(jìn)行故障測(cè)距的。其測(cè)距公式為:
,式中;Tf為故障距離 力行波傳播速度、和^分別為故障初始行波和故
障點(diǎn)反射行波到達(dá)測(cè)量端的時(shí)刻。由公式可以看出:正確辨識(shí)行波是否來自故障點(diǎn)、精確標(biāo)定故障點(diǎn)行波到達(dá)測(cè)量端的時(shí)刻和準(zhǔn)確確定行波傳播速度是該方法的關(guān)鍵。然而，由于噪聲和干擾的影響，使得測(cè)量端得到的電流行波具有奇異性，采用小波變換求模極大值時(shí)，時(shí)間軸上會(huì)出現(xiàn)一系列不同性質(zhì)的行波波頭，給來自于故障點(diǎn)行波波頭的辨識(shí)帶來了一定困難，特別容易造成對(duì)故障點(diǎn)反射波波頭的誤判。從故障行波產(chǎn)生和傳播的過程來講，當(dāng)輸電線路的某一點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，故障點(diǎn)產(chǎn)生的電流或電壓行波分別向故障點(diǎn)兩側(cè)進(jìn)行傳播，當(dāng)行波遇到波阻抗不連續(xù)的點(diǎn)時(shí)，行波在該點(diǎn)發(fā)生折反射，并在測(cè)量端上得以反映。故障行波在故障點(diǎn)和測(cè)量端多次折反射形成反映故障位置的自然頻率，故障行波在測(cè)量端和對(duì)端多次折反射形成反映線路全長(zhǎng)的自然頻率。通常情況下，故障行波形成的自然頻率分布中最低次頻率幅值最大，其他頻率分量隨頻率增高而降低。由此看出，自然頻率測(cè)距是利用測(cè)量端得到的故障行波波頭多次折反射形成的高頻分量進(jìn)行故障測(cè)距的，該方法不依賴于某一兩個(gè)行波波頭的精確檢測(cè)和時(shí)刻標(biāo)定，但與故障行波過程持續(xù)的時(shí)間有密切關(guān)系。對(duì)于母線為多出線結(jié)構(gòu)且故障類型為單相
接地故障的情況，自然 頻率測(cè)距的計(jì)算公式為< =v/2/q ;式中為主自然頻率且滿足/0 = I/2τ、τ為故障行波從故障點(diǎn)傳播至測(cè)量端的時(shí)間，為行波傳播速度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種提高輸電線路單端行波測(cè)距可靠性的方法，借助自然頻率法對(duì)單端行波法求得的若干個(gè)疑似故障距離進(jìn)行辨識(shí)，確定有效的計(jì)算值，解決單純利用單端行波法測(cè)距時(shí)噪聲和干擾的影響增加故障點(diǎn)反射波波頭的辨識(shí)難度、降低測(cè)距可靠性的缺點(diǎn)，提高單端行波法故障測(cè)距的可靠性。本發(fā)明提高輸電線路單端行波測(cè)距可靠性的方法是:首先利用單端行波測(cè)距求出若干個(gè)疑似故障距離、 /2…h(huán) U = 1,2,3……)，然后利用自然頻率法求出故障距離&
，再將&與171、~2 ".Xjk進(jìn)行逐一比較，若& ,則為故障距離的計(jì)算值。具體按以下步驟實(shí)施:
Α、輸電線路發(fā)生單相接地故障后，測(cè)量端檢測(cè)并記錄故障電流行波，對(duì)故障電流行波進(jìn)行小波變換并求模極大值，對(duì)故障電流初始行波波頭和疑似故障點(diǎn)反射波波頭及其到達(dá)測(cè)量端的時(shí)刻進(jìn)行標(biāo)定；
B、利用單端行波測(cè)距公式&"^)/2 ,計(jì)算疑似故障距離，記為、,Tf2…、
U = 1,2,3……)；式中分為故障距離、V為行波傳播速度、 2和，分別為故障初始行波和故
障點(diǎn)反射行波到達(dá)測(cè)量端的時(shí)刻；
C、對(duì)故障電流行波進(jìn)行FFT變換(FastFourier Transformation快速傅里葉變換)，得到故障線路的自然頻率分布，將其中的主要成分確定為反映故障電流行波頻率特征的主自然頻率Λ ;
D、利用自然頻率測(cè)距公式<=v/2/Q ,計(jì)算故障距離~ ;式中叉為主自然頻率且滿足/Cl =1/2τ、τ為故障行波從·故障點(diǎn)傳播至測(cè)量端的時(shí)間，V為行波傳播速度；
E、將4與Xf1、Xf2…'ft進(jìn)行逐一對(duì)比，當(dāng)；4s 時(shí)，確定%為故障距離的計(jì)算值。本發(fā)明的原理是:在輸電線路行波測(cè)距中，可以采用單端行波測(cè)距或自然頻率測(cè)距方法，對(duì)比單端行波測(cè)距公式分=岣2和自然頻率測(cè)距公式X;.: vn/t>發(fā)現(xiàn)，兩
套公式均需對(duì)行波傳播速度 進(jìn)行選定，從該變量的選取來講，兩套公式存在相同的誤差風(fēng)險(xiǎn)。但對(duì)于單端行波測(cè)距而言，若能在測(cè)量端時(shí)間軸上準(zhǔn)確辨識(shí)故障初始行波和故障點(diǎn)反射行波的波頭，其對(duì)應(yīng)到達(dá)測(cè)量端的時(shí)刻4和&就很容易進(jìn)行標(biāo)定。而自然頻率法測(cè)距
公式4 =VfZJl中，還需對(duì)主自然頻率進(jìn)行精確計(jì)算，其精確度直接影響到測(cè)距精度。
因此，從確定4、h和Zd兩組變量來講，、h的確定依賴于波頭性質(zhì)的辨識(shí)，影響的是可靠
性；而/0的確定依賴于計(jì)算方法，計(jì)算方法影響的是精確度。因此，將兩種方法相結(jié)合，選定單端行波法作為測(cè)距的主要方法，自然頻率法作為增強(qiáng)單端行波法故障測(cè)距可靠性的有效工具，將自然頻率法計(jì)算求得的故障距離'f,與單端行波測(cè)距公式計(jì)算的疑似故障距離
、^/2 進(jìn)行逐一對(duì)比，進(jìn)而確定故障距離的計(jì)算值，可以大大提高故障測(cè)距的可靠性。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、本方法本質(zhì)上還是單端行波測(cè)距法，只需要安裝一組檢測(cè)設(shè)備，建設(shè)成本低。2、本方法在對(duì)故障點(diǎn)反射波波頭進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，需要標(biāo)定的是一組疑似故障點(diǎn)反射波波頭，比精確標(biāo)定波頭的難度低。3、本方法借助自然頻率法對(duì)單端行波法求得的若干個(gè)疑似故障距離進(jìn)行辨識(shí)，較單純利用單端行波法進(jìn)行故障測(cè)距可靠性更高。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例線路模型；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1虹沾I回線發(fā)生單相接地故障時(shí)，測(cè)量端檢測(cè)到的實(shí)測(cè)電流行波波形；圖3為本發(fā)明實(shí)施例圖1實(shí)測(cè)波形經(jīng)小波消噪后的電流行波波形；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例1電流行波的小波變換模極大值；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例1電流行波經(jīng)FFT變換得到的自然頻率分布；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例2某輸電線路發(fā)生C相雷擊故障時(shí)，測(cè)量端檢測(cè)到的實(shí)測(cè)電流行波波形；
圖7為本發(fā)明實(shí)施例2電流行波的小波變換模極大值；
圖8為本發(fā)明實(shí)施例2電流行波經(jīng)FFT變換得到的自然頻率分布。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1:虹沾輸電線路的結(jié)構(gòu)模型如圖1所示，為母線多出線結(jié)構(gòu)。2008年5月29日20時(shí)43分25秒，虹沾I回線距虹橋變電站24.3km發(fā)生A相接地故障,測(cè)量端檢測(cè)并記錄的電流行波波形如圖2所示。圖2所示的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)受干擾影響較大，對(duì)其進(jìn)行小波消噪，得如圖3所示的電流行波波形。對(duì)消噪后的電流行波 進(jìn)行小波變換求模極大值，如圖4所示。容易判定波頭①為故障初始行波波頭，波頭⑤為對(duì)端母線反射波波頭，波頭②、③和④為疑似故障點(diǎn)反射波波頭，對(duì)故障初始行波波頭和疑似故障點(diǎn)反射波波頭到達(dá)測(cè)量端的時(shí)刻進(jìn)行標(biāo)定，取行波傳播速度V為298000km/s，利用測(cè)距公式= ν( 2-^)/2 ,求得疑似故障距離為Xfl
=10.71km，xf2 =13.09km =Z 3.88km。對(duì)消噪后的電流仃汲進(jìn)行FFT變換，求得自然頻率的分布如圖5所示。判斷1992Hz的頻率是反映線路全長(zhǎng)的自然頻率，6151Hz的頻率是反映故障位置的自然頻率。取行波傳
播速度￥為298000km/s，根據(jù)測(cè)距公式分=v/2/q ,求得故障距離;^ =24.22 km。將<=24.22 1^11與 V1 =10.71km、xf2 =13.09km和 x/3 =23.88km分別進(jìn)行對(duì)比，因
為=24.22 km與了巧飛=23.88km更為接近，于是判定43 =23.88km為故β早距尚的計(jì)算值。與實(shí)際值24.3km相比，誤差為1.7%。實(shí)施例2:如圖6所示的波形圖為2009年6月21日20時(shí)16分，某輸電線路距離始端變電站18.45km處發(fā)生C相雷擊故障后測(cè)量端檢測(cè)到的零序電流行波，該輸電線路為母線多出線結(jié)構(gòu)形式。對(duì)該零序電流行波進(jìn)行小波變換求模極大值，結(jié)果如圖7所示。容易判定波頭O)為故障初始行波波頭，波頭②、③和 為疑似故障點(diǎn)反射波波頭，對(duì)故障初始行波波頭和疑似故障點(diǎn)反射波波頭到達(dá)測(cè)量端的時(shí)刻進(jìn)行標(biāo)定，取行波傳播速度 力298000km/
S,利用測(cè)距公式I/=42-W2,求得疑似故障距離為H =19.37km =14.00km, a>3=18.87km。對(duì)如圖6所示的零序電流行波進(jìn)行FFT變換，求得自然頻率的分布如圖8所示。判斷8098Hz的頻率是反映故障位置的自然頻率，波傳播速度1力298000km/s，根據(jù)測(cè)距公式
權(quán)利要求
1.一種提高輸電線路單端行波測(cè)距可靠性的方法，其特征在于:首先利用單端行波測(cè)距求出若干個(gè)疑似故障距離、 /2…S ( = 1,2,3……)，然后利用自然頻率法求出故障距離再將分與Xp、Xp."Xftl進(jìn)行逐一比較，若分 為故障距離的計(jì)算值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高輸電線路單端行波測(cè)距可靠性的方法，其特征在于具體按以下步驟實(shí)施: Α、輸電線路發(fā)生單相接地故障后，測(cè)量端檢測(cè)并記錄故障電流行波，對(duì)故障電流行波進(jìn)行小波變換并求模極大值，對(duì)故障電流初始行波波頭和疑似故障點(diǎn)反射波波頭及其到達(dá)測(cè)量端的時(shí)刻進(jìn)行標(biāo)定； B、利用單端行波測(cè)距公式分=v(i2-^)/2,計(jì)算疑似故障距離，記為Xy1、Xf2…( = 1,2,3……)；式中為故障距離、V為行波傳播速度、&和&分別為故障初始行波和故障點(diǎn)反射行波到達(dá)測(cè)量端的時(shí)刻； C、對(duì)故障電流行波進(jìn)行FFT變換，得到故障線路的自然頻率分布，將其中的主要成分確定為反映故障電流行波頻率特征的主自然頻率/o ; D、利用自然頻率測(cè)距公式&=v/2/Q,計(jì)算故障距離;^ ;式中r為主自然頻率且滿足^ =l/2T、r為故障行波從故障點(diǎn)傳播至測(cè)量端的時(shí)間，^為行波傳播速度； E將與進(jìn)行逐一對(duì)比， 當(dāng)分0&時(shí)，確定\^為故障距離的計(jì)算值。
全文摘要
本發(fā)明是一種提高輸電線路單端行波測(cè)距可靠性的方法，屬電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。對(duì)故障電流行波進(jìn)行小波變換求模極大值，初步確定若干個(gè)可能的故障點(diǎn)反射波波頭并標(biāo)定其到達(dá)測(cè)量的時(shí)刻，計(jì)算出一組疑似故障距離；對(duì)故障電流行波進(jìn)行傅里葉換求其自然頻率分布，確定反映故障位置的自然頻率，計(jì)算出一個(gè)故障距離；逐一對(duì)該故障距離與所有疑似故障距離進(jìn)行比較，當(dāng)某一疑似故障距離與自然頻率法求得的故障距離約等時(shí)，確定該疑似故障距離為故障距離的計(jì)算值。實(shí)際情況和大量仿真表明，該方法能有效提高單端行波測(cè)距法的可靠性。
文檔編號(hào)G01R31/08GK103163428SQ20131009909
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者束洪春, 高利, 田鑫萃 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)