[发明专利]一种适用于配电网线路的综合单端故障定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种判断配电网输电线路中故障点准确位置的方法，具体涉及一种适用于配电网线路的综合单端故障定位方法。

背景技术

上世纪90年代以来，基于行波原理的输电线路故障定位装置(也称行波故障测距装置)技术上基本成熟并在电力系统获得了广泛应用，多年的实际运行经验表明其具有较高的测距精度及可靠性，而将其应用于配电网精确定位的研究则处于起步阶段。目前，在配电网故障定位领域，主要研究方向是故障区段定位，按照原理的不同可分为：主动故障定位与被动故障定位两大类。

主动故障定位方法包括：注入法和中电阻法等，基本原理是在故障发生后，通过电压互感器(或其他类似设备)向接地线路注入特定频率信号，注入信号沿着故障线路经接地点注入大地，再用信号探测器探测注入信号流过的路径来确定故障线路。该类方法主要用于故障分支的定位，而无法做到故障点的精确定位，并且存在以下问题：设备复杂、成本较高，不适合长距离线路故障定位，特别是信号发生设备在运行中还存在一定的安全隐患。

被动故障定位方法包括：利用FTU或故障指示器等方法，其中FTU及故障指示器实际应用较多，但存在成本较高，维护工作量大等不足。

由于上述配电网区段定位方法均存在各种不足，尚未获得大规模推广应用。近年来，部分国内外研究单位提出将阻抗法、频域法及行波法等输电线路故障定位技术应用于配电网线路。实际工程验证表明，阻抗法应用于配电网线路时，受线路参数不一致的影响，效果难以令人满意。频域法具有较高可靠性，鲁棒性较好，但其测距精度低于行波法，也难以直接利用保护/录波装置数据。考虑到配电网故障测距对精度要求较高，行波法仍然是最为可行的技术方案之一。同时，相对主干输电网，配电网现场条件及成本限制更为严格，因此，配电网行波测距研究重点应是单端行波法。

但单端行波法在实际应用中存在的主要问题是反射波识别困难。金属性故障情况下应选择故障点反射波定位，在高阻故障情况下则选择对端母线反射波定位较为合适，而现有行波法缺乏过渡电阻估算手段，无法判断故障性质；并且若不能准确判断反射波时间窗，信号谐振等因素均会影响对反射波的识别。

针对单端行波法中反射波识别困难的问题，部分研究单位提出了阻抗法与行波法相结合的单端故障定位方法，但在配电网应用中存在以下两个问题：1)单端阻抗法受线路两端相角差影响较大，用于重负荷线路及配电网时效果不佳；2)单端阻抗法受过渡电阻影响较大，在高阻接地故障下测距误差较大，若用于长距离输电线路可为单端行波法提供参考，但用于短距离的配电网参考价值较低。

发明内容

本发明目的在于克服现有配电网输电线路故障测距法的不足，针对单端行波测距中的反射波识别困难问题，提供一种适用于配电网线路的综合单端故障定位方法。该方法将阻抗法、频域法与行波法融合，精确定位配电网线路故障点位置，提高配网故障定位的可靠性和精确性。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种适用于配电网线路的综合单端故障定位方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

步骤1：对三相电流/电压进行相模变换；

步骤2：通过希尔伯特-黄变换提取行波信号边际谱；

步骤3：通过频域法确定初始故障点位置；

步骤4：过渡电阻计算，并根据其结果决定时间窗类型；

步骤5：识别反射波并定位单端行波故障。

进一步地，所述步骤1中，当配电网线路故障时，提取配电网故障后的三相电压/电流，若为不对称故障，则将三相电流/电压变换为线模量后再进行分析，以消除模混杂现象影响。利用Clark变换作为相模变换矩阵，并选取α模量作为线模分量，其变换公式如下：

式中，i_A(k)、i_B(k)、i_C(k)分别为故障线路A、B、C三相电流，i_α(k)为变换后的α模量，k＝1、2、3、4…N，N为采样序列长度。

进一步地，所述步骤2中，配电网输电线路故障后，暂态行波在频域上表现为谐波形式，称为固有频率，暂态行波的固有频率与故障点位置相关，通过希尔伯特-黄(HHT)变换提取线模分量的信号边际谱，希尔伯特-黄HHT变换采用分解基固有模态函数(IMF)替代了传统分析所采用的正弦信号，通过经验模态分解(EMD)获取多个基固有模态函数IMF，希尔伯特-黄HHT变换结果如下式(2)所示：