[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

摘要

本发明公开了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，基于线模电压行波在半波长输电线路上传播时高频分量的幅值衰减规律，提出将单端行波测距与行波衰减特性相结合的半波长输电线路非同步故障定位方案，其核心思想为：故障发生后，首先粗略估计故障位置，然后根据线模电压行波幅值衰减程度，选择相应的故障测距方法进行定位。本发明将基于线模电压行波传播时幅值的衰减特性测距原理和单端测距原理相结合进行半波长输电线路故障定位，充分发挥了两种测距方法的优势。本发明无需各测量点精确同步，具有较高的工程实践意义。

主权项

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，Zn＝Rn+jωnL和Yn＝Gn+jωnC分别为频率fn下线路的线模阻抗和导纳；j为虚数单位；Rn和Gn分别为频率fn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；ωn＝2πfn为相应的角频率；下标n代表所有电气量都在频率fn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ωi下；(4)判断KAB与1的大小，确定故障区段：若KAB>1，则故障发生在前半段线路上，转至步骤(5)；若KAB<1，则故障发生在后半段线路上，转至步骤(10)；若KAB＝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η1A和η2A带入下面判据，确定后续故障精确定位的方法：(a)如果η1A>0.4‰且η2A>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η1A≤0.4‰或η2A≤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KAC，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η1B和η2B带入下面判据，确定后续故障精确定位的方法：(a)如果η1B>0.4‰且η2B>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η1B≤0.4‰或η2B≤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KBC，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。