一种输电线故障综合定位方法技术

本发明专利技术涉及一种输电线故障综合定位方法，首先，当检测到输电系统发生单相接地故障后，对各检测点故障后T/4内的零序电流进行Prony拟合，提取暂态零序电流Prony主导分量，将主导分量的幅值、相位、频率和衰减因子四个参数值上传至系统主站；然后，求取相邻检测点的相对熵值，依据故障点同侧两点零序电流波形相似度高，而故障点两侧两点相似度低的特点，定位出故障区段；最后，在已经定位出的故障区段内，利用注入法进行故障距离测定。既能减少上传的数据量，又不会丢失电流信号的主要特征，减轻了通信压力，提高了故障定位的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力系统故障诊断技术，特别涉及一种输电线故障综合定位方 法。
技术介绍
我国3~35kV配电网系统中广泛采用小电流接地运行方式，发生单相接地故障时 暂态特征不明显，使得定位出故障发生的位置或区间变得异常较为困难。现有的故障定位 方法可分为故障测距法和故障区段定位法。 故障测距法通过向系统注入信号（S注入法），或者利用故障点产生的暂态行波 (行波法）最终定位出故障发生在输电线上的具体位置，但当输电线距离较长或者波阻抗 变化时，其定位的精度不高。故障区段定位法利用安装在线路上的多个馈线终端（feeder terminal unit，FTU)检测线路的暂态电气量，系统主站再对FTU上传的各检测点的暂态电 气量进行分析，最终确定故障发生的检测点区间。根据利用的暂态电气量的不同，故障区段 定位法又可分为零序功率法、零序电流法等。零序功率法需要在线路上加装零序电压互感 器，而大量的零序电压互感器同时工作，易产生铁磁谐振。现有的零序电流法，需要将各检 测点的零序电流采样值上传至系统主站，数据传输量大，且要保持时间同步，对通信系统要 求较高。
技术实现思路
本专利技术是针对现有的输电线故障定位方法存在的问题，提出了一种输电线故障综 合定位方法，既能减少上传的数据量，又不会丢失电流信号的主要特征，减轻了通信压力， 提尚了故障定位的精度。 本专利技术的技术方案为：，首先，当检测到输电系统发 生单相接地故障后，对各检测点故障后T/4内的零序电流进行Prony拟合，提取暂态零序 电流Prony主导分量，将主导分量的幅值、相位、频率和衰减因子四个参数值上传至系统主 站；然后，求取相邻检测点的相对熵值，依据故障点同侧两点零序电流波形相似度高，而故 障点两侧两点相似度低的特点，定位出故障区段；最后，在已经定位出的故障区段内，利用 注入法进行故障距离测定。 所述定位出故障区段具体步骤如下： 1)设零序电流互感器的采样周期为Δ t，当系统零序电压队⑴大于0. 15倍的母 线额定电压时，即可认为系统发生了单相接地故障，设N为采样数据点数，在T/4时间内零 序电流互感器采集了 N次数据，每个检测点都进行采集，在故障发生后T/4内得到N个采样 数据，则有：NAt = T/4 ; 2)采用Prony算法分别拟合m检测点的暂态零序电流，遴选出各检测点的暂态零 序电流主导分量I k (k = 1，2,…m)，馈线终端FTU将Ik的幅值、相位、频率和衰减因子4个 参数值上传至系统主站； 3)系统主站根据FTU上传的m个检测点的主导分量参数，求取相邻检测点的相对 熵，具体计算过程如下： 每个检测点都有N个采样数据，第η个数据采样点对应时刻t = η Δ t (η = 1，2,… Ν)，①对于第k(k = 1，2,…m)个检测点，计算时刻t = ηΔ t(n = 1，2,…Ν)时的暂态主导 分量Iklt占整个系统Q t的比重q k, t: 其中，t时刻馈线上m个检测点的零序电流主导分量之和，也即 ②计算检测点k相对于检测点k+Ι的Prony相对熵为： 式中，t = η Δ t (η = 1，2,…N); 4)找出Mk,k+1 (k = 1，2,…m-1)中的最大值，则故障就在对应的检测点k和k+1之 间。 所述利用注入法进行故障距离测定，计算故障点与母线侧的距离，具体步骤如 下： A:利用电压互感器判断出故障相，并在母线处将故障相切除； B:利用故障区段上游检测点k的电压互感器向故障相注入220Hz的电压信号； C:测量信号注入点的稳态电压、电流值0、?,根据下式计算故障点到信号注入 点的距离L : 式中，R。为故障接地电阻，Rl为信号注入点到故障点的线路电阻，X 信号注入点 到故障点的故障相线路感抗，xj%线路单位长度感抗值，Up 1"为电压电流峰值，炉为注入 信号的电压电流相角差； 4)设第k个检测点与线路母线侧距离为Lk，则故障点与母线侧距离，即故障距离 Ltotal - L+L k〇 本专利技术的有益效果在于：本专利技术输电线故障综合定位方法，综合了故障区段定位 法和故障测距法各自的优点，既能准确定位出故障发生的区段，又能进一步测得故障点在 故障区段内的具体位置，提高了故障定位的精度，加快了数据传输速度。本专利技术第一阶段， 只需要测得检测点的零序电流信息，且每个FTU上传到系统主站的数据量仅为该点暂态零 序电流主导分量的4个参数值，通信负担小，且不需要严格保持同步；第二阶段，只有故障 区段上游检测点的电压互感器工作，向故障相注入信号，其他检测点的电压互感器不工作， 不会造成铁磁谐振。【附图说明】 图1为本专利技术一中性点经消弧线圈接地系统发生接地故障时的零序网络等效电 路图； 图2为本专利技术输电线故障综合定位流程图； 图3为本专利技术故障相等效电路图； 图4为本专利技术小电流接地系统仿真模型图； 图5为本专利技术检测点A零序电流主导分量和实测电流信号比较图。【具体实施方式】 暂态零序电流特征： 如图1所示一中性点经消弧线圈接地系统发生接地故障时的零序等效网络图，其 中消弧线圈开关处于断开状态。图中：L为消弧线圈，S为发电机绕组。A、B、C、D为线路S 1 上的4个电流检测点。i%、1。2、1。3分别为流经发电机、线路S 2、线路S3的零序电流瞬时值。 iQA、4、1。：>分别为流经A、B、C、D点的零序电流瞬时值。i "、ie2分别为AB段、CD段零序 对地电容电流。贝IJ : i〇A+i〇s+i〇2+i〇3= 〇 ⑴ Ioa= i ci+i〇B (2) 设故障发生在线路F点，故障瞬间，相当于在故障点附加一个零序虚拟电压 源UM，故障点到母线侧的实际电流流向为F - B - A，故障点到负荷侧的实际电流流向为 F - C - D，所以'和i M的极性相反，波形差异较大。式（1)中i #为非故障线路对地电容 电流总和，由于一般情况下两检测点的距离较近，相对于i ω而言所占比例很小，可忽略 不计，于是，式（2)可简化为i ，二者波形基本相同，同理可知&和i m波形也基本相 同。总之，故障点同侧两点（A、B或C、D)暂态零序电流波形相似度高，而故障点两侧两点 (B、C)相似度低，依据这一特征可进行故障区段定位。 零序电流的Prony主导分量： Prony算法是用一系列（p个）按指数规律衰减的正弦信号的线性叠加来拟合一时 间信号y(t)，每一个按指数规律衰减的正弦信号都有各自独立的幅值、相位、频率和衰减因 子，本专利技术称之为Prony基函数q(t)。用公式表示为： 式中，qjt)为基函数，A1为振幅，Θ i为初相位，α X0,为衰减因子，:^为频率。 Prony算法对实时信号的处理速度快，时延小，适合分析按指数规律衰减的信号， 能够准确地揭示信号中的主要特征。对各个检测点的暂态零序电流进行prony拟合后，信 号能量主要集中在低频分量上，高频分量所占比重极小，定义能量最大的基函数为零序电 流的Prony主导分量。仿真结果表明，主导分量和实测电流的峰值基本重合，且主要变化规 律相似，所以，用Prony主导分量代替实际电流信号，不会丢失电流信号的主要特征。相比 于直接将电流实测值上传到系统主站，各检测点只将主导分量的四个拟合参数上传，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输电线故障综合定位方法，其特征在于，首先，当检测到输电系统发生单相接地故障后，对各检测点故障后T/4内的零序电流进行Prony拟合，提取暂态零序电流Prony主导分量，将主导分量的幅值、相位、频率和衰减因子四个参数值上传至系统主站；然后，求取相邻检测点的相对熵值，依据故障点同侧两点零序电流波形相似度高，而故障点两侧两点相似度低的特点，定位出故障区段；最后，在已经定位出的故障区段内，利用注入法进行故障距离测定。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李然月，王朝立，王刚，宋晓明，王雪，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31