[发明专利]基于线模电压行波幅值衰减特性的半波长输电线路非同步故障定位方法

权利要求书

1.一种基于线模电压行波幅值衰减特性的半波长输电线路非同步故障定位方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)以A、B和C点分别表示半波长输电线路首末两端及中点的测量点，F表示故障点；半波长输电线路发生故障后，分别提取首端A点、末端B点和中点C点原始电压行波信号，然后对其进行相模变换，获得原始线模电压行波信号，分别记做其中下标表示A点、B点和C点，上标(1)表示线模；

(2)获取A点、B点和C点测得的各原始线模电压行波信号不同数据窗长度的首波头信号中多个不同频率分量的信号分量的幅值；同时，利用下式求取任意频率f_n下线模电压行波幅值衰减常数α_n：

其中，Z_n＝R_n+jω_nL和Y_n＝G_n+jω_nC分别为频率f_n下线路的线模阻抗和导纳；j为虚数单位；R_n和G_n分别为频率f_n下线路的线模电阻和电导；L和C分别为线路的工频线模电感和电容；ω_n＝2πf_n为相应的角频率；下标n代表所有电气量都在频率f_n下取得；

(3)利用A点和B点测得的线模电压行波信号在信号数据窗长度为82的首波头信号中角频率为ω_i＝22.727kHz的信号幅值和带入下式计算其幅值比K_AB：

其中，x代表距离变量，i表示在角频率ω_i下；

(4)判断K_AB与1的大小，确定故障区段：若K_AB>1，则故障发生在前半段线路上，转至步骤(5)；若K_AB<1，则故障发生在后半段线路上，转至步骤(10)；若K_AB＝1，故障发生在线路中点；

(5)利用A点原始线模电压行波信号通过Teager能量算子法，找到其中对应于到达A点前两个行波波头的Teager能量，记其值为E_1A和E_2A，并带入下两式计算行波Teager能量衰减因子η_1A和η_2A：

且η_2A＝E_2A

其中，下标A、1和2分别表示A点、A点第一个行波波头、A点第二个行波波头；

(6)将步骤(5)计算得到的η_1A和η_2A带入下面判据，确定后续故障精确定位的方法：

(a)如果η_1A>0.4‰且η_2A>1100，则利用首端A点的行波信息，采用单端测距确定故障位置，转至步骤(7)；

(b)如果η_1A≤0.4‰或η_2A≤1100，则利用首端A点和中点C点的行波信息，采用双端幅值比法确定故障位置，转至步骤(8)；

(7)利用Teager能量算子法，标定A点原始线模电压行波信号前两个波头到达时刻分别为T1和T2，带入如下的单端行波测距公式计算出距离首端A点故障距离x：

其中v为行波波速，取值为2.95×10⁸m/s；

(8)将步骤(2)中A点和C点不同长度数据窗的线模电压行波首波头信号中频率分量落在20kHz～50kHz的所有信号对应的幅值选择出来，并求解对应频率分量信号幅值之比；对于每一个幅值比K_AC，带入如下的双端幅值比测距公式计算出一个距离首端A点的故障距离x：

上式中，L代表线路总长；为频率f_i下的线模电压行波幅值衰减常数；上标(1)表示线模，下标i表示在频率f_i下；

(9)计算出步骤(8)中所有故障距离的算术平均值，该值即为最终距离首端A点的故障距离，至此，故障定位结束；

(10)利用B点原始线模电压行波信号通过Teager能量算子法，找到其中对应于到达B点前两个行波波头的Teager能量，记其值为E_1B和E_2B，并带入下两式计算行波Teager能量衰减因子η_1B和η_2B：

且η_2B＝E_2B

式中，下标B、1和2分别表示B点、B点第一个行波波头、B点第二个行波波头；

(11)将步骤(10)计算得到的η_1B和η_2B带入下面判据，确定后续故障精确定位的方法：

(a)如果η_1B>0.4‰且η_2B>1100，则利用末端B点的行波信息，采用单端测距确定故障位置，转至步骤(12)；

(b)如果η_1B≤0.4‰或η_2B≤1100，则利用末端B点和中点C点的行波信息，采用双端幅值比法确定故障位置，转至步骤(13)；

(12)利用Teager能量算子法，标定B点原始线模电压行波信号前两个波头到达时刻分别为T1和T2，带入如下的单端行波测距公式计算出距离末端B点故障距离x1：

其中，v为行波波速，取值为2.95×10⁸m/s；

(13)将步骤(2)中B点和C点不同长度数据窗的线模电压行波首波头信号中频率分量落在20kHz～50kHz的所有信号对应的幅值选择出来，并求解对应频率分量信号幅值之比；对于每一个幅值比K_BC，带入如下的双端幅值比测距公式计算出一个距离末端B点的故障距离x1：

其中，L代表线路总长；为频率f_i下的线模电压行波幅值衰减常数；上标(1)表示线模，下标i表示在频率f_i下；

(14)计算出步骤(13)中所有故障距离的算术平均值，该值即为最终距离线模末端B点的故障距离；至此，故障定位结束。

2.根据权利要求1所述的基于线模电压行波幅值衰减特性的半波长输电线路非同步故障定位方法，其特征在于：步骤(2)中，按照计算数据窗确定方法、线模行波高频分量幅值提取方法、变数据窗扫频法获取A点、B点和C点测得的各原始线模电压行波信号不同数据窗长度的首波头信号中多个不同频率分量的信号分量的幅值。