浅谈110kv输电线路稳态故障测距方法

长期以来,110kv输电线路的故障测距受到普遍重视,尤其是近年来,随着电子、通信技术和计算机技术的发展,基于微机或微处理装置的故障测距方法研究已成为国内外的热门问题之一。大量科研人员提出了许多故障测距原理和方法,归结起来主要分为两大类:一是行波法;一是故障分析法。本文首先从110kv输电线路故障精确测距的意义着手,对现有110kv输电线路故障测距方法进行了综合评述,在此基础上对各种测距方法各有其优缺点进行了总结归纳。

基于波形群灵敏角特征的输电线路故障单端行波辨识与测距

针对输电线路单端行波测距难以可靠、有效辨识第二个波头的不足,该文提出基于波形群灵敏角检测的单端行波辨识与测距方法。首先,对线路故障波过程的解析和规律分析,发现波头局部波形呈现灵敏角和非轴对称性的特点。进而提出利用Radon变换变角度投影检测最灵敏角并判别最灵敏角两侧非轴对称特性,实现单端故障初始行波及多次同极性行波群的可靠辨识。最后,基于多次同极性行波到达时差构造多测距算式,输出最合理测距结果。所提方法将时域波头辨识转化为波形图像空间域最灵敏变化方向和几何轴对称性的检测,抗干扰能力强,大幅提升检测可靠性和后续波头的识别能力,提升单端测距算式冗余性。大量实测和仿真数据测试表明,算法有效、可靠、直观,适用范围广,为单端行波分析故障测距及扩展应用提供了新思路。

不依赖GNSS的输电线路双端行波故障测距

双端行波故障测距技术是实现输电线路快速故障恢复的有效手段。传统双端行波测距方法依赖全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)同步线路两侧采样数据,存在信号误差、丢失等风险。基于行波的传播时延和时移不变性,该文提出一种不依赖GNSS的双端行波故障测距方案。理论层面,定量分析时间同步误差及其对故障前工频方向行波相角关系的影响,推导证明通过本地计算方向行波相量进行双端故障测距的可行性。算法层面,首先,通过小波变换检测故障初始行波到达时间;其次,通过对故障前工频方向行波的傅里叶变换求解附加相角差,进而完成双端测距。仿真结果表明,在考虑电压互感器传变特性的条件下,所提方案在不同故障情况、采样频率和噪声干扰等影响下均保持了良好的测距性能。由于无须增设GNSS、硬件时间戳等辅助硬件设备,所提方案便于现存设备的技术更新与工程应用。

基于双数据源的直流输电线路故障测距方法

介绍了针对直流输电线路的双端行波法、单端行波法和时域故障分析法等故障测距方法的原理、特点及应用现状。针对实际工程应用中出现的行波测距法数据来源可靠性相对较低以及时域故障分析法故障测距精度低等问题,提出了时域故障分析法与行波法相结合的直流输电线路综合故障测距方法。利用双数据源,包括高速数据及低速数据,通过单端行波法/时域法分别计算可能故障点,并利用小波变换模极大值的幅值、极性特征筛选确定故障点,将单端行波测距法的精度优势和时域法测距数据的可靠性优势相结合。最后通过PSCAD仿真对该方法的有效性进行了验证。

基于精细积分法的输电线路故障测距研究

为了研究精细积分法在电力线路故障测距中的应用效果,本文先介绍了该方法的基本原理,建立了用于描述传输线路数学模型的电报方程,再将二者相结合,形成基于精细积分法的电报方程,用于测量线路故障。在效果检测环节,利用MATLAB分别建立单相线路和三相线路的故障模型,将龙格库塔法作为对照组,运用2种测距方法进行仿真试验。结果显示,基于精细积分法的故障测距方法在精确性和工作效率方面均优于龙格库塔法,证明其在输电线路故障测距中具有较好的实用价值。

一种基于频率选择的输电线路故障行波测距方法

为解决行波测距法中行波频率过高使测距所需波头幅值降低,进而导致测距失败的问题,本文通过分析频率对行波波头幅值的影响规律,提出一种基于频率选择的故障行波测距方法。首先对故障行波信号做经验模态分解(EMD),获得不同频率段的固有模态函数(IMF)分量,同时对IMF分量做Hilbert变换和一阶微分处理,提取并绘制不同高频IMF分量对应的幅值-时间曲线,通过选择波头幅值较大且频率相对低的高频IMF分量对行波波头进行检测,在保证波头检测精度的前提下,减少因行波频率过高导致信号衰减加剧的影响,最后结合三端行波测距算法完成故障测距。仿真结果表明,本文所提方法的相对误差在±0.3%以内,绝对误差在±0.9km以内,与传统的瞬时频率定位方法相比,具有更高测距精度。

基于数据中台的输电线路故障状态自动检测方法

为实现对输电线路故障的及时感知,引进数据中台,设计了一种针对输电线路的故障状态自动检测方法。首先,自动巡检与在线监控输电线路;然后,利用数据中台中的空间向量模型进行集成数据的向量化处理,以实现输电线路巡检采样数据的分类;最后,计算线路输电过程中的多端暂态行波,以此为依据,完成输电线路故障状态的辨识与故障点测距。结果表明,该设计方法可精准检测输电线路存在的故障点,实现对线路故障状态的自动检测。

基于PSCAD/EMTDC仿真软件的弱电强磁输电线路接地故障测距分析

传统接地故障测距方法在弱电强磁输电线路接地故障测距中存在定位不准、计算精度低等问题,为提高故障测距水平,本文提出基于PSCAD/EMTDC仿真软件的测距方法。通过对基础概念的了解,研究六序分量初步解耦及独立零序互感阻抗深度解耦方法,建立PSCAD/EMTDC仿真模型,检验模型在弱电强磁输电线路故障接地测距中的应用效果。基于本文方法的接地故障测距结果对电力系统安全管理具有指导意义,有助于技术人员精准锁定故障,准确处理故障,保障电力系统安全运行。

基于无人机巡检的高压架空输电线路故障测距方法

为了提升高压架空输电线路故障测距精度,提出基于无人机巡检的高压架空输电线路故障测距方法。通过无人机部署和准备、起飞与巡检开始、图像与数据收集、数据处理与分析等进行无人机巡检数据采集,对测量点初始波头进行标定。结合初始波头标定结果和图像数据识别出故障点通过标定结果、无人机位置数据和故障点位置信息,计算故障与测量点之间的距离,从而实现高压架空输电线路故障测距。实验结果表明,使用该方法测得的高压架空输电线路故障测距精度更高,可以广泛应用在高压架空输电线路巡检领域。

基于人工神经网络和网络迁移的双端输电线路非同步故障测距算法

现有双端输电线路故障测距方法或依赖于线路模型和线路参数,亦或依赖于大量历史故障数据。为了解决上述问题,该文首先分析总结了分布参数模型和Π型线路模型的测距原理,根据线路故障前后的两端正序电压和正序电流构造了双端输电线路的测距函数;然后在此基础上提出了一种基于人工神经网络与网络迁移的双端输电线路非同步故障测距算法,所提算法不依赖于线路模型和线路参数;最后在Matlab/Simulink平台上搭建了500kV输电线路仿真模型,验证了所提算法的正确性和可靠性。理论分析和仿真结果表明,所提算法测距精度高,且不受故障位置、故障类型、过渡电阻、故障初相角、负荷电流以及非同步数据等因素的影响。此外,所提算法基于网络迁移思想充分利用了线路的大量正常数据和少量故障数据,在线路参数变化不超过±1%时仍有较高的测距精度。

基于复频率信号注入的直流接地极线路故障测距方法

在直流输电系统接地极线路配备阻抗监视系统的背景下,可利用高频测量阻抗特性实现故障距离的精确计算。然而,分析发现直流系统接地极线路在不同故障条件下可能产生相同的高频测量阻抗,这意味着测量阻抗与故障距离间不是一一映射关系,由单一测量阻抗难以得到准确的故障距离。文中分析了高频测量阻抗的重合特性随注入信号变化的特征,提出了基于复频率信号注入的故障测距方法,并给出了复频率的选定策略。该方法改进了基于高频测量阻抗幅相特性的接地极线路故障测距方法,实现了故障位置的准确计算。最后,通过仿真算例充分验证了所提测距方法的可行性和精确性。

基于零空间追踪的混合三端直流输电线路故障测距方法

针对目前行波测距法波头检测算法存在的缺陷,提出了一种基于零空间追踪算法的混合三端直流输电线路故障测距方法。首先,用能改善模态混叠的零空间追踪算法对故障信号进行分解,再与Teager能量算子结合标定行波波头,获取行波到达测量点的时刻;其次,利用两端行波到达的时间差判断故障分支。最后,依据行波测距的机理,提出一种不受波速影响的故障测距法。仿真结果表明,该方法具有较高的准确度,基本不受故障位置、过渡电阻和故障类型等因素的影响。

Elman-Adaboost集成人工神经网络高压交流输电线路单相接地初始电压行波模量幅值比单端故障测距

针对现有单端行波故障测距方法对高阻接地故障不灵敏、反射波波头识别不准等问题,提出了一种Elman-Adaboost集成人工神经网络高压交流输电线路单相接地初始电压行波模量幅值比单端故障测距的方法。首先,基于行波衰减原理,通过推导高压交流输电线路故障距离与线路首端初始暂态电压行波线模分量与零模分量幅值比之间的计算公式,发现两者存在与过渡电阻无关的非线性关系;其次,利用Elman-Adaboost集成人工神经网络拟合初始暂态电压行波线模分量与零模分量小波能量比和故障距离之间的关系,构建集成人工神经网络故障定位模型,通过该模型可直接得到高压交流输电线路故障位置。实验结果表明,方法精度不受过渡电阻影响,测距精度较高。

利用暂态电流行波的输电线路故障测距研究

高压输电线路发生故障后的暂态电流行波中包含故障距离信息，它可用于实现精确故障测距。利用电流行波实现测距存在的问题是：电流行波无方向性，可能造成测距失败。针对这个问题，提出了基于小波变换模极大值的波形比较法。同时提出了行波测距的新算法——小波变换法。ＥＭＴＰ仿真结果表明：文中所提理论和方法对于实现利用电流行波的故障测距是正确的和有效的。

一种利用暂态电流行波的输电线路故障测距方法

提出了一种利用暂态电流行波的输电线路故障测距新方法。以同母线上任一“有限长”非故障线路作为参考线路，通过比较由故障线路暂态电流与该参考线路暂态电流形成的反向行波浪涌和对应的正向行波浪涌的极性，识别来自故障方向的行波浪涌，消除了来自参考线路的暂态行波浪涌的影响。ＥＭＴＰ仿真表明这种方法是可行的。

输电线路双端行波测距算法研究

高压输电线路在我国广泛分布,准确定位线路故障点,对于保障电力供应的可靠性与稳定性,防止故障进一步扩大,并且减少运维、检修人员的工作量至关重要。提出了一种采用双端行波测距的算法定位故障点,首先将输电线路划分为几个区间,每一个区间节点处安装行波测距仪;然后根据每一个行波测距仪检测到的信号时间计算故障矩阵,最后对故障矩阵进行调零修正与行波速度修正,以提高故障距离计算的精度;最后搭建了仿真模型,验证了所提算法的有效性。

利用重合闸暂态行波的输电线路故障测距

系统地分析了输电线路重合闸暂态行波的产生机理和传播特性,在此基础上提出利用重合闸暂态行波的输电线路故障测距原理,即E型现代行波测距原理,并详细分析了这种原理的4种运行模式,即标准模式、扩展模式1、扩展模式2和综合模式。然后,对故障点反射波和对端断路器触头反射波的识别问题进行了初步探讨。EMTP仿真和实测暂态波形分析表明,利用重合闸暂态行波的输电线路故障测距原理是可行的,并且通过与其他行波测距原理配合使用,能够提高永久性故障的测距可靠性。

基于聚类经验模态分解和差分熵的输电线路故障测距研究

为提高输电线路的故障测距精度,提出了一种基于聚类经验模型分解(EEMD)和差分熵(DE)的输电线路故障行波测距方法。首先利用改进的差分熵信号处理方法对输电线路电流进行熵值计算,通过与正常电流熵值的对比,判断电流是否发生突变。然后采用EEMD分解对发生突变的故障电流进行处理,有效去除故障信号中的噪声,避免模态混叠,获取准确反映故障信息的IMF分量。随后对分量实行差分熵方法中的差分分析,将电流的变化幅度进行有效量化,并建立每个信号点的变化程度与时间的对应关系,从而解决波头位置难以确定的问题,获得故障初始行波到达每个监测点的准确时间。最后利用行波双端法,实现输电线路的故障测距。仿真结果表明,该方法能够较好地解决故障测距时存在的信号噪声和波头测量时间不准确的问题,有效提高故障测距的精度。

基于数学形态学的输电线路单端行波故障测距研究

提出了一种用于单端行波故障测距的多分辨相关函数算法和用于处理实际行波的形态滤波结构元素选择方案。该相关算法采用多时窗处理方式,着力解决宽时窗下相关算法容易出现极值点偏移问题。针对实际故障线路中行波相关法容易受行波波形畸变影响的问题,利用数学形态学设计了前置滤波器,该滤波器较好地抑制了行波波形的畸变,同时保持了行波的主要特征。在有效滤波的基础上采用具有多分辨能力的行波相关法,实现了单端行波故障测距可靠性和准确性的统一。通过对输电线路实测故障数据的处理,证明该方案能同时保证测距可靠性和准确性,具有很高的实用价值。

动态条件下的T形输电线路故障测距算法

当电力系统在功率低频振荡等动态情况下发生故障时,电力信号幅值和频率往往表现出一定的动态特性,影响了传统的T形输电线路故障测距算法的精度。因此,提出了动态条件下T形输电线路故障测距算法。该方法拓展了传统的静态信号模型,建立了时变的信号模型使其能正确表示信号的动态特性,并加入基于同步相量测量单元(PMU)的动态同步相量测量算法估计的信号相量值,从而可以在动态条件下正确判断出故障支路和估计线路参数。最后通过牛顿迭代算法得到准确的故障距离。应用PSCAD/EMTDC软件模拟各种工况对算法进行验证,仿真结果表明所提出的测距算法在动态条件下具有较高的故障测距精度,并且不受过渡电阻和故障类型的影响。