本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)傳輸線路故障測距領(lǐng)域,尤其涉及一種分布式行波測距方法。
背景技術(shù):
目前高壓輸電線路發(fā)生故障時多采用行波測距的方法,行波測距裝置安裝在輸電線路的變電站內(nèi)。發(fā)生線路故障時,行波會沿輸電線路分別向前后兩側(cè)傳播,站端的行波測距裝置采集故障行波電流,然后通過檢測故障暫態(tài)電流行波在故障點與母線之間的傳播時間來定位故障點。
對于輸電距離幾百到上千公里的高壓輸電系統(tǒng),由于線路超長,在經(jīng)過平原、水網(wǎng)和高山等不同地形的時候,行波波阻抗變化很大,行波波速也隨之波動,信號衰減顯著。傳統(tǒng)的測距定位方法采用近似的恒定波速來計算故障點的位置,增大了故障定位的誤差?;谡径藱z測的傳統(tǒng)行波測距方法在發(fā)生故障時,測距誤差經(jīng)常會超過1%,對于1000km線路,誤差有時達到10km,考慮到輸電線路途經(jīng)的多樣化的地形和氣候,發(fā)生故障時查找和維修的難度非常大;特別是高阻接地時,由于故障信號小,遠距離傳輸?shù)秸径说墓收闲盘査p顯著,站端行波測距系統(tǒng)經(jīng)常無法實現(xiàn)測距,導致故障后要對上千公里線路進行排查,造成了長時間停電,經(jīng)濟損失巨大。
傳統(tǒng)的雙端行波測距法原理如下:
測距裝置安裝在相鄰的兩個變電站a和b中,變電站之間的距離已知為lmn;
某時刻輸電線路在兩個變電中間c點發(fā)生了故障,故障初始行波波頭到達兩側(cè)變電站中母線的時間分別為tm和tn;
行波波速近似為固定值v,則故障距離可以由以下公式計算:
lm=(lmn+v·(tm-tn))/2(1)
ln=(lmn-v·(tm-tn))/2(2)
由于遠距離波速變化較大,傳統(tǒng)行波測距時測距精度不能滿足測距要求。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明為了解決上述問題,提出了一種分布式行波測距方法,本發(fā)明采用非接觸行波采集與分布式行波測距算法相結(jié)合,能夠及時準確地測出故障距離,使電力系統(tǒng)盡快恢復正常運行。監(jiān)測終端不再限定安裝于變電站內(nèi),而是采用分布式安裝、沿輸電線路的桿塔按照一定距離分布,行波波速動態(tài)計算,更接近真實值,解決目前輸電中行波監(jiān)測存在的問題,保證高阻接地等各種復雜情況下的測距精度。
為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種分布式行波測距方法,包括以下步驟:
(1)按照設(shè)定距離多測點采集行波故障電壓、電流數(shù)據(jù),同時對采集時間進行計時和校正;
(2)根據(jù)故障點外側(cè)2個檢測點行波到達時間和檢測點距離,確定初始行波速度;
(3)根據(jù)初始行波速度、相鄰兩個測點的距離和故障傳播到測點的時間,根據(jù)雙端測距確定故障點的位置。
所述步驟(1)中,測距裝置按一定距離分布安裝于桿塔,行波測距裝置攜帶非接觸式傳感器進行行波電壓、電流數(shù)據(jù)的采集。
所述步驟(1)中,利用gps同步時鐘接收裝置進行校時,保證所有測距裝置的時鐘都同步。
所述步驟(1)中,輸電系統(tǒng)發(fā)生故障時,故障點兩側(cè)的測距終端把采集到的電流電壓信息和時間進行上傳。
所述步驟(2)中,各測點測距裝置的安裝位置和之間的距離是已知固定的,傳輸線路發(fā)生故障時,故障點產(chǎn)生的初始行波以速度x沿輸電線路向兩端變電站傳輸,到達故障點兩側(cè)m端和n端測點的時刻分別為tm、tn,繼續(xù)向兩側(cè)傳輸,tx、ty時刻分別到達次級相鄰的監(jiān)測終端x和y處,以此往外延續(xù)經(jīng)過nnum個檢測裝置,可以分別計算各個測點之間行波速度,使用靠近故障點的兩組測點來確定故障點處的平均波速。
所述步驟(2)中,取距離故障點距離最近的兩組測點的數(shù)據(jù),求取平均波速。
所述步驟(3)中,初始行波速度確定以后,由故障點c相鄰兩個監(jiān)測終端的距離lmn和故障傳播到檢測終端的時間tm、tn由雙端測距計算出故障點的位置。
一種分布式行波測距系統(tǒng),包括多個行波測距終端和中心主站,所述行波測距終端被配置為實現(xiàn)行波數(shù)據(jù)采集和gps校時以及數(shù)據(jù)處理、錄波、存儲和遠傳,輸電線路上任何位置發(fā)生故障時,兩個行波測距終端的初始行波構(gòu)成雙端定位,根據(jù)故障點與相鄰兩個監(jiān)測終端的相對位置來計算出故障點的準確位置,行波測距終端采集故障時行波數(shù)據(jù)并上傳至中心主站,中心主站完成接收、數(shù)據(jù)存儲及數(shù)據(jù)統(tǒng)計,根據(jù)分布式行波算法定位故障點。
所述中心主站匯總各分布式監(jiān)測裝置故障數(shù)據(jù),對輸電系統(tǒng)發(fā)生的各種故障進行分析,實現(xiàn)故障的準確定位;同時對對分布式監(jiān)測裝置進行管理和運行狀態(tài)監(jiān)測。
所述行波測距終端包括采集行波電壓和電流信號的行波測距裝置和gps校時模塊。
本發(fā)明的有益效果為:
1、本發(fā)明采用分布式安裝方式,縮短監(jiān)測距離,解決信號衰減問題,可實現(xiàn)高阻接地時的故障定位;無線接收方式直接測量行波信號,避免二次回路對行波波形的影響。
2、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便,利用無線接收原理,測距終端安裝于桿塔上,與高壓部分無接觸,無需停電安裝。
3、本發(fā)明可靠性高、免維護,終端設(shè)計考慮復雜環(huán)境因素,只安裝于桿塔,運行無需人工干預,免維護,測距終端之間可以互為備用。
附圖說明
圖1為傳統(tǒng)的雙端行波測距法原理。
圖2為本發(fā)明的具體實施例的原理示意圖。
具體實施方式:
下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
為解決電力系統(tǒng)傳輸線路中采用傳統(tǒng)行波測距時測距精度不能滿足測距要求的問題,本發(fā)明提出一種新型分布式結(jié)構(gòu),采用非接觸行波采集與分布式行波測距算法相結(jié)合的新方法,能夠及時準確地測出故障距離,使電力系統(tǒng)盡快恢復正常運行。監(jiān)測終端不再限定安裝于變電站內(nèi),而是采用分布式安裝、沿輸電線路的桿塔按照一定距離分布,行波波速動態(tài)計算,更接近真實值,解決目前輸電中行波監(jiān)測存在的問題,保證高阻接地等各種復雜情況下的測距精度。
本發(fā)明由兩部分組成:
行波測距終端和中心主站。行波測距終端負責行波數(shù)據(jù)采集和gps校時以及數(shù)據(jù)處理、錄波、存儲和遠傳等功能。輸電線路上任何位置發(fā)生故障時,兩個監(jiān)測點的初始行波就能構(gòu)成雙端定位,可以根據(jù)故障點與相鄰兩個監(jiān)測終端的相對位置來計算出故障點的準確位置。行波測距終端采集故障時行波數(shù)據(jù)并上傳至中心主站,主站完成接收、數(shù)據(jù)存儲及數(shù)據(jù)統(tǒng)計,據(jù)分布式行波算法定位故障點;匯總各分布式監(jiān)測裝置故障數(shù)據(jù),對輸電系統(tǒng)發(fā)生的各種故障進行分析,實現(xiàn)故障的準確定位;同時對對分布式監(jiān)測裝置進行管理和運行狀態(tài)監(jiān)測。
測距方法具體包括:
步驟一:測距裝置按一定距離分布安裝于桿塔(100km~200km),行波測距裝置攜帶非接觸式傳感器進行行波電壓、電流數(shù)據(jù)的采集;cpu運算塊進行初步運算處理和錄波;gps同步時鐘接收裝置進行校時,保證所有裝置的時鐘都同步。
步驟二:分布式行波測距裝置采集電壓和電流兩路行波信號。輸電系統(tǒng)發(fā)生故障時,故障點兩側(cè)的測距終端把采集到的電流電壓信息和時間文件上傳至主站。
步驟三:數(shù)據(jù)上傳至主站之后,主站根據(jù)接收到的各終端數(shù)據(jù)進行分布式行波算法定位故障和綜合分析:
工頻數(shù)據(jù)采集單元實時采集線路的工頻電壓和工頻電流數(shù)據(jù)與故障發(fā)生的時刻。如下圖2所示,z、x、m、n、y、g點分別為裝有監(jiān)測終端的監(jiān)測點,故障發(fā)生在m和n之間的c點處。
步驟四:計算故障點處的初始行波速度。各監(jiān)測終端的安裝位置和之間的距離是已知固定的,傳輸線路發(fā)生故障時,故障點c產(chǎn)生的初始行波以速度v沿輸電線路向兩端變電站傳輸,到達兩側(cè)m端和n端的時刻分別為tm、tn,繼續(xù)向兩側(cè)傳輸,在tx、ty時刻分別到達次級相鄰的監(jiān)測終端x和y處,由于檢測終端之間的距離是已知的,所以初始行波傳輸?shù)乃俣瓤梢杂晒剑?/p>
vx=lmx/(tx-tm)(4)
vy=lny/(ty-tn)(5)
初始行波繼續(xù)傳播到達下一級相鄰的中斷,直至z和g處,計算相應的波速:
vz=lzx/(tz-tx)
vg=lgy/(tg-ty)
……
行波繼續(xù)沿著固定線路向兩側(cè)方向傳播,假定幾次經(jīng)過nnum個檢測裝置,計算故障點處的行波速度為:
v=(vx+vy+vz+vg……)/nnum(6)
取理論上距故障點最近的兩段和lnf,nnum=2lmn,則以波速v計算如下:
v=(vx+vy)/2=lmx/2(tx-tm)+lny/2(ty-tn)(7)
步驟四:初始行波速度確定以后,由故障點c相鄰兩個監(jiān)測終端的距離lmn和故障傳播到檢測終端的時間tm、tn由雙端測距的計算公式(1)和(2)可以計算出故障點的位置:
式中l(wèi)m、ln為故障點距離m點和n點的距離。
上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述,但并非對本發(fā)明保護范圍的限制,所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應該明白,在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上,本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。