本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)中的故障點(diǎn)定位方法，具體地說是一種高壓直流輸電線路雷擊點(diǎn)與短路故障點(diǎn)的定位方法。
背景技術(shù)：
高壓直流輸電具有線路造價(jià)低、能量損耗小、不存在功角穩(wěn)定問題等優(yōu)點(diǎn)，在遠(yuǎn)距離、大容量輸送和電網(wǎng)互聯(lián)方面起到越來越重要的作用。但由于輸電線路長且沿線地理環(huán)境復(fù)雜多變，存在著線路故障率高、故障點(diǎn)難以查找等問題。在實(shí)際運(yùn)行中，雷擊是導(dǎo)致線路短路故障的主要原因之一。當(dāng)雷繞擊導(dǎo)線(雷繞過桿塔的避雷線直接擊在導(dǎo)線上)，雷擊電流幅值大時(shí)，會(huì)在雷擊點(diǎn)發(fā)生短路故障，此時(shí)雷擊點(diǎn)與短路故障點(diǎn)一致；雷擊電流幅值小時(shí)，在雷擊點(diǎn)并不發(fā)生短路故障，但是雷擊電流行波在沿輸電線路傳輸過程中，會(huì)在一定距離內(nèi)的絕緣薄弱處發(fā)生閃絡(luò)，導(dǎo)致短路故障，出現(xiàn)雷擊點(diǎn)與短路故障點(diǎn)不一致的情況。通常的行波測(cè)距方法只能測(cè)出雷擊點(diǎn)而不能測(cè)出短路故障點(diǎn)，導(dǎo)致無法快速、準(zhǔn)確的對(duì)輸電線路短路故障進(jìn)行修復(fù)。
針對(duì)雷擊點(diǎn)與短路故障點(diǎn)不一致的情況，目前主要的測(cè)距方法有兩種，均為時(shí)域方法。第一種方法的基本原理是，在一定的時(shí)窗內(nèi)，雷擊側(cè)采樣到的電流高頻分量占總能量的比值大于短路故障側(cè)采集到的故障電流高頻分量占總能量的比值，所以可利用線路兩側(cè)能量分布的差異確定雷擊點(diǎn)和短路故障點(diǎn)的相對(duì)位置，隨后采用單端測(cè)距的方法定位短路故障點(diǎn)。其識(shí)別的準(zhǔn)確性和可靠性受雷電流的相關(guān)參數(shù)和線路物理邊界元件等因素影響較大。第二種方法的基本原理是，根據(jù)雙端采集到的后續(xù)波頭中與首波頭極性相同的第一個(gè)波頭含有的時(shí)域故障信息，先對(duì)雷擊點(diǎn)和短路故障點(diǎn)一致性進(jìn)行判定，再定位故障點(diǎn)。但是在雷擊點(diǎn)與故障點(diǎn)不一致時(shí)，雷電行波和短路故障行波在線路上反復(fù)折射、反射并交替反映在測(cè)量端的時(shí)域信息，將增大后續(xù)波頭識(shí)別的難度，會(huì)導(dǎo)致算法復(fù)雜度高、測(cè)距誤差大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種高壓直流輸電線路雷擊點(diǎn)與短路故障點(diǎn)定位方法，該方法對(duì)高壓直流輸電線路短路故障點(diǎn)的定位精度高，定位運(yùn)算量小，定位速度快。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為，一種高壓直流輸電線路雷擊點(diǎn)與短路故障點(diǎn)的定位方法，其步驟為：
a、數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理
高壓直流輸電線路的測(cè)控系統(tǒng)檢測(cè)到發(fā)生了雷擊及短路故障時(shí)，安裝于輸電線路整流側(cè)的錄波裝置和逆變側(cè)的錄波裝置分別獲取得到整流側(cè)電流行波信號(hào)和逆變側(cè)電流行波信號(hào)，并傳送至故障定位裝置；故障定位裝置對(duì)收到的兩個(gè)電流行波信號(hào)進(jìn)行克拉克相模變換，分別得到整流側(cè)電流行波模信號(hào)ir(t)和逆變側(cè)電流行波模信號(hào)ii(t)，其中t表示采樣時(shí)刻；
b、雷擊點(diǎn)的定位
故障定位裝置利用小波變換計(jì)算出整流側(cè)電流行波模信號(hào)ir(t)的第一個(gè)模極大值對(duì)應(yīng)的時(shí)間tr和逆變側(cè)電流行波模信號(hào)ii(t)的第一個(gè)模極大值對(duì)應(yīng)的時(shí)間ti；進(jìn)而得到雷擊點(diǎn)與輸電線路整流側(cè)的距離xr，
c、短路故障點(diǎn)的定位
當(dāng)|xr-xi|≤β時(shí)，其中β為線路中段區(qū)的長度，取值為50～100km；采用多信號(hào)分類的譜估計(jì)方法分別提取出整流側(cè)電流行波模信號(hào)ir(t)的固有頻率的主成分fr和逆變側(cè)電流行波模信號(hào)ii(t)的固有頻率的主成分fi；再由整流側(cè)電流行波模信號(hào)ir(t)的固有頻率的主成分fr和逆變側(cè)電流行波模信號(hào)ii(t)的固有頻率的主成分fi，利用基于固有頻率的單端故障測(cè)距方法分別得出短路故障點(diǎn)與整流側(cè)的初算距離dr和短路故障點(diǎn)與逆變側(cè)的初算距離di；最后得出短路故障點(diǎn)與整流側(cè)的距離df，
當(dāng)xr-xi＞β時(shí)，采用多信號(hào)分類的譜估計(jì)方法分別提取出逆變側(cè)電流行波模信號(hào)ii(t)的固有頻率的主成分fi；再由逆變側(cè)電流行波模信號(hào)ii(t)的固有頻率的主成分fi，利用基于固有頻率的單端故障測(cè)距方法分別得出短路故障點(diǎn)與逆變側(cè)的初算距離di；最后得出短路故障點(diǎn)與整流側(cè)的距離df，df＝l-di；
當(dāng)xr-xi＜-β時(shí)，采用多信號(hào)分類的譜估計(jì)方法分別提取出整流側(cè)電流行波模信號(hào)ir(t)的固有頻率的主成分fr；再由整流側(cè)電流行波模信號(hào)ir(t)的固有頻率的主成分fr，利用基于固有頻率的單端故障測(cè)距方法分別得出短路故障點(diǎn)與整流側(cè)的初算距離dr，最后得出短路故障點(diǎn)與整流側(cè)的距離df，df＝dr。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
一、本方法利用小波變換計(jì)算電流行波模信號(hào)第一個(gè)模極大值對(duì)應(yīng)的時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)定位雷擊點(diǎn)的初步定位，即利用時(shí)域信號(hào)的簡單運(yùn)算初步定位出雷擊點(diǎn)。如初步定位出的雷擊點(diǎn)靠近整流側(cè)或逆變側(cè)，則采用整流側(cè)或逆變側(cè)的電流行波信號(hào)進(jìn)行精確的頻域運(yùn)算定位出故障點(diǎn)的位置；而不再進(jìn)行離雷擊點(diǎn)更遠(yuǎn)、干擾更大、準(zhǔn)確度低的另一側(cè)電流行波信號(hào)的頻域定位運(yùn)算；只是在雷擊點(diǎn)位于中部即|xr-xi|≤β時(shí)，才同時(shí)進(jìn)行兩側(cè)的頻域定位運(yùn)算，以兩側(cè)定位結(jié)果的平均值作為故障點(diǎn)定位結(jié)果，該種情況發(fā)生概率很小。因此本發(fā)明減少約一倍的頻域定位運(yùn)算量，其定位運(yùn)算量小、定位速度快。
二、本發(fā)明定位運(yùn)算主要利用的是離雷擊點(diǎn)更近、故障信息含量更豐富、干擾更小、準(zhǔn)確度更高的雷擊側(cè)的行波頻域信息，故其定位精度高。
三、現(xiàn)有時(shí)域定位方法需要先行判斷雷擊點(diǎn)與故障點(diǎn)是否一致，因此需要提取多個(gè)行波波頭，而電流行波在線路發(fā)復(fù)折射、反射，使得多個(gè)行波波頭難以提取，導(dǎo)致其計(jì)算過程復(fù)雜，定位精度低。而本發(fā)明無需對(duì)雷擊點(diǎn)進(jìn)行精確定位，只需定位出雷擊點(diǎn)是位于線路的中段、整流側(cè)或逆變側(cè)的大致位置即可(短路故障點(diǎn)的精確定位由后續(xù)的頻域算法實(shí)現(xiàn))。因此雷擊點(diǎn)判斷位置步驟只需提取第一個(gè)行波波頭(模極大值)，其計(jì)算過程簡單、快速、可靠。
進(jìn)一步，本發(fā)明的步驟c中得出短路故障點(diǎn)與整流側(cè)的距離df后，還進(jìn)行雷擊點(diǎn)與故障點(diǎn)是否一致的判斷，雷擊點(diǎn)與故障點(diǎn)是否一致的判斷方法是：
若|xr-df|≤1km，則判定雷擊點(diǎn)與故障點(diǎn)一致；否則，判定雷擊點(diǎn)與故障點(diǎn)不一致。
當(dāng)二者一致時(shí)，只需對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行故障修復(fù)；二者不一致時(shí)，既要對(duì)雷擊點(diǎn)進(jìn)行預(yù)防性修護(hù)，又要對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行故障修復(fù)。從而能對(duì)高壓直流輸電線路的故障維修提供更加可靠、準(zhǔn)確的維修指導(dǎo)。
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例
本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式是，一種高壓直流輸電線路雷擊點(diǎn)與短路故障點(diǎn)的定位方法，其步驟為：
a、數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理
高壓直流輸電線路的測(cè)控系統(tǒng)檢測(cè)到發(fā)生了雷擊及短路故障時(shí)，安裝于輸電線路整流側(cè)的錄波裝置和逆變側(cè)的錄波裝置分別獲取得到整流側(cè)電流行波信號(hào)和逆變側(cè)電流行波信號(hào)，并傳送至故障定位裝置；故障定位裝置對(duì)收到的兩個(gè)電流行波信號(hào)進(jìn)行克拉克相模變換，分別得到整流側(cè)電流行波模信號(hào)ir(t)和逆變側(cè)電流行波模信號(hào)ii(t)，其中t表示采樣時(shí)刻；
b、雷擊點(diǎn)的定位
故障定位裝置利用小波變換計(jì)算出整流側(cè)電流行波模信號(hào)ir(t)的第一個(gè)模極大值對(duì)應(yīng)的時(shí)間tr和逆變側(cè)電流行波模信號(hào)ii(t)的第一個(gè)模極大值對(duì)應(yīng)的時(shí)間ti；進(jìn)而得到雷擊點(diǎn)與輸電線路整流側(cè)的距離xr，
c、短路故障點(diǎn)的定位
當(dāng)|xr-xi|≤β時(shí)，其中β為線路中段區(qū)的長度、取值為50～100km；采用多信號(hào)分類的譜估計(jì)方法分別提取出整流側(cè)電流行波模信號(hào)ir(t)的固有頻率的主成分fr和逆變側(cè)電流行波模信號(hào)ii(t)的固有頻率的主成分fi；再由整流側(cè)電流行波模信號(hào)ir(t)的固有頻率的主成分fr和逆變側(cè)電流行波模信號(hào)ii(t)的固有頻率的主成分fi，利用基于固有頻率的單端故障測(cè)距方法分別得出短路故障點(diǎn)與整流側(cè)的初算距離dr和短路故障點(diǎn)與逆變側(cè)的初算距離di；最后得出短路故障點(diǎn)與整流側(cè)的距離df，
當(dāng)xr-xi＞β時(shí)，采用多信號(hào)分類的譜估計(jì)方法分別提取出逆變側(cè)電流行波模信號(hào)ii(t)的固有頻率的主成分fi；再由逆變側(cè)電流行波模信號(hào)ii(t)的固有頻率的主成分fi，利用基于固有頻率的單端故障測(cè)距方法分別得出短路故障點(diǎn)與逆變側(cè)的初算距離di；最后得出短路故障點(diǎn)與整流側(cè)的距離df，df＝l-di；
當(dāng)xr-xi＜-β時(shí)，采用多信號(hào)分類的譜估計(jì)方法分別提取出整流側(cè)電流行波模信號(hào)ir(t)的固有頻率的主成分fr；再由整流側(cè)電流行波模信號(hào)ir(t)的固有頻率的主成分fr，利用基于固有頻率的單端故障測(cè)距方法分別得出短路故障點(diǎn)與整流側(cè)的初算距離dr，最后得出短路故障點(diǎn)與整流側(cè)的距離df，df＝dr。
2、如權(quán)利要求1所述的一種高壓直流輸電線路雷擊點(diǎn)與短路故障點(diǎn)的定位方法，其特征在于：所述的步驟c中得出短路故障點(diǎn)與整流側(cè)的距離df后，還進(jìn)行雷擊點(diǎn)與故障點(diǎn)是否一致的判斷，雷擊點(diǎn)與故障點(diǎn)是否一致的判斷方法是：
若|xr-df|≤1km，則判定雷擊點(diǎn)與故障點(diǎn)一致；否則，判定雷擊點(diǎn)與故障點(diǎn)不一致。
以下通過仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)本發(fā)明方法進(jìn)行驗(yàn)證。
仿真實(shí)驗(yàn)
建立一個(gè)長800km的800kv高壓直流輸電線路的仿真模型，其直流輸電線路為六分裂導(dǎo)線，采用j.r.marti頻率相關(guān)模型，桿塔為多波阻抗模型。線路兩側(cè)裝有40mh的平波電抗器和直流濾波器，其中直流濾波器為12/24/36三調(diào)諧濾波器。雷電流模型采用雙指數(shù)模型，雷電放電為負(fù)極性脈沖波，雷擊電流幅值為30ka，波頭時(shí)間常數(shù)t1的取值為1μs，波尾時(shí)間常數(shù)t2的取值為50μs。設(shè)線路在距離整流側(cè)100km處發(fā)生雷繞擊，導(dǎo)致在距離整流側(cè)150km處發(fā)生短路故障，雷擊點(diǎn)和短路故障點(diǎn)相距50km。采用本例的方法對(duì)進(jìn)行雷擊點(diǎn)和短路故障點(diǎn)定位，定位時(shí)故障錄波裝置的采樣率fs為1mhz，小波分析時(shí)采用三次b樣條小波，中段區(qū)的長度β的取值為50。
定位出的雷擊點(diǎn)距整流側(cè)的距離為99.875km，定位出的短路故障點(diǎn)距整流側(cè)的距離為149.863km，相對(duì)誤差為0.137％，并判斷得到雷擊點(diǎn)與短路故障點(diǎn)不一致。其可定位的相對(duì)誤差僅為0.137％，可見，本發(fā)明方法的定位結(jié)果誤差小，定位精度高。