架空线配电网单相接地故障的测距方法及定位方法
架空线配电网单相接地故障的测距方法及定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及架空线配电网故障定位技术领域，特别涉及一种架空线配电网单相接 地故障的测距方法及定位方法。
【背景技术】
[0002] 我国架空线配电网普遍采用小电流接地方式运行，结构多为闭环设计、开环运行 的树形辐射状。由于架空线配电网的运行环境复杂，单相接地故障几率高，影响架空线配电 网的安全可靠运行。发生单相接地故障后，传统的处理方法是通过人工巡线查找故障点，此 方法费时费力。研宄准确有效的单相接地故障的测距方法及定位方法，对于提高架空线配 电网的供电可靠性、减少停电损失具有重要的意义。
[0003] 单相接地故障的测距方法及定位方法主要有阻抗法和行波法两种。阻抗法受故障 电阻、线路负荷、互感器误差以及电源参数等因素的影响较大，实际应用效果并不理想；行 波法原理简单、准确度高，在电力系统中应用较多。采用行波法对架空线配电网单相接地故 障进行测距和定位又主要分为两类：一类是在母线端注入诊断信号进行测距和定位；另一 类是利用故障行波的电气特征进行测距和定位。利用故障行波的电气特征进行测距和定位 受互感器饱和、故障初相角、故障电阻以及系统运行方式的影响较小，成为近年来研宄的热 点。
[0004] 利用故障行波的电气特征进行测距根据单端故障测距公式
'获得故障距 离，其中，S为故障距离，Vl为线模行波速度，V(l为零模行波速度，At为零模波头和线模波 头到达测量端的时间差。从所述单端故障测距公式可以看出，利用故障行波的电气特征进 行测距和定位是根据零模行波和线模行波的速度差以及零模波头和线模波头到达测量端 的时间差进行，只需要识别出故障行波的首波头，不需要反射波头，此方法的关键问题在于 零模行波速度的准确测定。由于架空线配电网具有分支较多、结构复杂等特点，多分枝配电 网的故障行波传播过程比常规线路有更加复杂的折射和反射现象，首端检测到的故障行波 包含了来自各个节点的反射波头，如何利用故障行波的电气特征对架空线配电网单相接地 故障进行准确地测距和定位仍是本领域一个亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的是利用故障行波的电气特征对多分枝架空线配电网单相接地 故障进行测距和定位准确性低的问题。
[0006] 为解决上述问题，本发明提供一种架空线配电网单相接地故障的测距方法，包括： 通过仿真或者现场试验获得故障点的零模行波速度随故障距离变化的函数解析式 V(l= f(s)，其中，V(l为故障点的零模行波速度，S为故障距离；将所述函数解析式代入单端故障 测距公式获得单端故障测距函数
，其中，Vl为故障点的线模行波速度，At 为故障点的零模波头和故障点的线模波头到达测量端的时间差；根据所述单端故障测距函 数获得迭代公式
其中，Sk+1为第k+1次迭代结果，S k为第k次迭代结 果，k为迭代次数；求解所述迭代公式以获得待测故障点的故障距离。
[0007] 本发明提供的架空线配电网单相接地故障的测距方法，通过仿真或者现场试验就 获得了不同故障距离对应的零模行波速度，因而采用此方法对架空线配电网单相接地故障 进行测距时不必再次测量待测故障点的零模行波速度，只需获得待测故障点的线模波头和 零模波头到达测量端的时间即可，提高了对多分枝架空线配电网单相接地故障进行测距的 准确性，并简化了测距步骤。
[0008] 可选的，所述通过仿真或者现场试验获得零模行波速度随故障距离变化的函数解 析式VQ= f (S)包括：
[0009] 步骤a :在进行仿真或者现场试验的架空线配电网中设置故障距离已知的试验故 障点，在测量端获得试验故障点的零模行波；
[0010] 步骤b:根据试验故障点的零模行波获得试验故障点的零模行波传输时间；
[0011] 步骤C :根据试验故障点的零模行波速度等于试验故障点的故障距离除以试验故 障点的零模行波传输时间获得试验故障点的零模行波速度；
[0012] 步骤d :改变试验故障点的位置，至少一次重复执行步骤a~步骤c，获得试验故障 点在不同故障距离时对应的零模行波速度；
[0013] 步骤e :根据试验故障点在不同故障距离时对应的零模行波速度进行数据拟合， 获得所述函数解析式。
[0014] 可选的，在步骤b中，根据小波的奇异性获得试验故障点的零模行波传输时间。
[0015] 可选的，所述单端故障测距公式为
[0016] 基于上述架空线配电网单相接地故障的测距方法，本发明还提供一种架空线配电 网单相接地故障的定位方法，包括：利用上述架空线配电网单相接地故障的测距方法获得 待测故障点的故障距离；根据待测故障点的故障距离和架空线配电网的拓扑结构获得可 能故障点；获得可能故障点与其末端反射节点之间的距离；根据At' = 2L/V获得可能故 障点的反射行波的首波头和可能故障点的故障行波的首波头到达测量端的时间差，其中， △ t'为可能故障点的反射行波的首波头和可能故障点的故障行波的首波头到达测量端的 时间差，L为可能故障点与其末端反射节点之间的距离，v为行波波速度；判断在待测故障 点的故障行波上与待测故障点的故障行波的首波头到达测量端的时间相差At'的位置处 是否存在波头；若存在波头，则判断可能故障点就是待测故障点，否则判断可能故障点不是 待测故障点。
[0017] 在获得待测故障点的故障距离之后，通过寻找来自待测故障点下游的末端反射节 点的反射行波的首波头，并根据反射行波的首波头出现位置排除非故障区段，从而实现了 多分枝架空线配电网单相接地故障的准确定位。
[0018] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0019] 本发明提供的架空线配电网单相接地故障的测距方法及定位方法，利用故障点的 零模行波速度与故障距离的单调关系获得故障点的零模行波速度随故障距离变化的函数 解析式。将此函数解析式与基于线模行波和零模行波的速度差的单端故障测距公式相结 合，提出了架空线配电网故障测距的迭代算法。在已知故障距离的前提下，通过寻找来自待 测故障点下游的末端反射节点的反射行波的首波头，并根据反射行波的首波头出现位置排 除非故障区段，从而实现了多分枝架空线配电网单相接地故障的准确定位。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明实施例的架空线配电网单相接地故障的测距方法的流程示意图；
[0021] 图2是本发明实施例的试验故障点的故障行波；
[0022] 图3是本发明实施例的试验故障点的零模行波和线模行波；
[0023] 图4是本发明实施例改变试验故障点的故障距离获得的零模行波传输时间以及 对应的零模行波速度；
[0024] 图5是本发明实施例进行数据拟合获得的试验故障点的零模行波速度随故障距 离变化的特性曲线；
[0025] 图6是本发明实施例进行仿真获得的数据；
[0026] 图7是本发明实施例的架空线配电网的拓扑结构示意图；
[0027] 图8是图7中的可能故障点Q1的故障行波和反射行波的传输路径示意图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式 不限于此。
[0029] 图1是本发明实施例的架空线配电网单相接地故障的测距方法的流程示意图，所 述架空线配电网单相接地故障的测距方法包括：
[0030] 步骤S11 :通过仿真或者现场试验获得故障点的零模行波速度随故障距离变化的 函数解析式。所述函数解析式为V(l= f (S)，其中，V 〇为故障点的零模行波速度，S为故障距 离。
[0031] 具体地，所述步骤S11包括以下步骤：
[0032] 步骤a :在进行仿真或者现场试验的架空线配电网中设置故障距离已知的试验故 障点，在测量端获得试验故障点的零模行波。具体地，通过在架空线配电网中设置试验故 障点，可以采用录波器在测量端获得试验故障点的故障行波、零模行波以及线模行波。图2 是本实施例的试验故障点的故障行波，图3是本实施例的试验故障点的零模行波和线模行 波，试验故障点的故障行波是零模行波和线模行波的叠加。
[0033] 步骤b :根据试验故障点的零模行波获得试验故障点的零模行波传输时间。具体 地，根据小波的奇异性检测原理在试验故障点的零模行波上标定故障点的零模波头到达测 量端的时间，故障点的零模波头到达测量端的时间减去故障发生时间即为零模行波传输时 间。本领域技术人员知晓小波的奇异性检测原理，在此不再赘述。
[0034] 步骤c :根据试验故障点的零模行波速度等于试验故障点的故障距离除以试验故 障点的零模行波传输时间获得试验故障点的零模行波速度。
[0035] 步骤d :改变试验故障点的位置，至少一次重复执行步骤a~步骤c，获得试验故障 点在不同故障距离时对应的零模行波速度。需要说明的是，重复执行步骤a~步骤c的次 数可根据实际需求进行设置。重复次数越多，获得的测距结果越为精确。图4是本实施例 改变试验故障点的故障距离获得的零模行波传输时间以及对应的零 模行波速度。需要说明 的是，本实施例重复执行步骤a~步骤c的次数超过9次，图4仅为本实施例进行仿真或者 现场试验的部分数据。
[0036] 步骤e :根据试验故障点在不同故障距离时对应的零模行波速度进行数据拟合， 获得所述函数解析式。本领域技术人员知晓，数据拟合的方法有多种，例如可以采用最小二 乘法进行数据拟合。图5是本实施例进行数据拟合获得的试验故障点的零模行波速度随故 障距离变化的特性曲线。
[0037] 继续参考图1，步骤S12 :将所述函数解析式代入单端故障测距公式获得单端故障
测距函数。所述单端故障测距公式属于现有技术，为 I将所述函数解析式V(l = ) f(S)代入所述单端故障测距公式
中消除故障点的零模行波速度％，获得的单端 故障测距函数为
，其中，Vl为故障点的线模行波速度，At为故障点的零模 波头和故障点的线模波头到达测量端的时间差。
[0038] 步骤S13 :根据所述单端故障测距函数获得迭代公式。所述单端故障测距函数是 关于自身的函数，因而可获得迭代公式为
其中，Sk+1为第k+1次迭代 结果，sk为第k次迭代结果，k为迭代次数。
[0039] 步骤S14 :求解所述迭代公式以获得待测故障点的故障距离。具体地，当架空线 配电网发生单相接地故障时，在测量端用录波器获得待测故障点的线模行波和零模行波， 并根据小波的奇异性检测原理在待测故障点的线模行波上标定待测故障点的线模波头到 达测量端的时间，在待测故障点的零模行波上标定待测故障点的零模波头到达测量端的时 间，获得待测故障点的零模波头和待测故障点的线模波头到达测量端的时间差。并且，待测 故障点的线模行波速度等于待测故障点的故障距离除以待测故障点的线模行波传输时间。 将待测故障点的零模波头和待测故障点的线模波头到达测量端的时间差以及待测故障点 的线模行波速度代入所述迭代公式求解，即可获得待测故障点的故障距离。
[0040] 为验证采用本实施例的方法对架空线配电网单相接地故障进行测距的准确性，本 实施例进行了仿真，图6是本实施例进行仿真获得的数据。其中，故障距离为仿真时设置的 故障距离，测量距离为根据本实施例的架空线配电网单相接地故障的测距方法获得的故障 距离。从图6可以看出，采用本实施例的架空线配电网单相接地故障的测距方法获得的测 量误差极小。
[0041] 本发明实施例还提供一种架空线配电网单相接地故障的定位方法，所述架空线配 电网单相接地故障的定位方法包括：
[0042] 获得待测故障点的故障距离。所述待测故障点的故障距离可以根据图1所示的架 空线配电网单相接地故障的测距方法获得，也可以采用其他方法获得，本发明对此不作限 定。
[0043] 根据待测故障点的故障距离和架空线配电网的拓扑结构获得可能故障点。具体 地，以图7所示的架空线配电网的拓扑结构为例，若获得待测故障点的故障距离为8km，则 存在可能故障点Q1和可能故障点Q2。其中，可能故障点Q1位于D 2D3线路段，其末端反射 节点为D3;可能故障点Q2位于D 2D4线路段，其末端反射节点为D 4。
[0044] 获得可能故障点与其末端反射节点之间的距离。具体地，由于待测故障点的故障 距离已知，各个线路段的距离也是已知，因而可以获得可能故障点与其末端反射节点之间 的距离。例如，对于可能故障点Ql，DiD2线路段距离为6km，D2D3线路段距离为3km，待测故障 点的故障距离为8km，因而可能故障点Q1与其末端反射节点D 3之间的距离为：6km+3km-8km =lkm。采用同样的算法，获得可能故障点Q2与其末端反射节点D4之间的距离为2km。
[0045] 根据At' = 2L/v获得可能故障点的反射行波的首波头和可能故障点的故障行波 的首波头到达测量端的时间差，其中，At'为可能故障点的反射行波的首波头和可能故障 点的故障行波的首波头到达测量端的时间差，L为可能故障点与其末端反射节点之间的距 离，v为行波波速度，即光速。具体地，以可能故障点Q1为例，图8示出了可能故障点Q1的 故障行波和反射行波的传输路径。通过可能故障点Q1的故障行波和反射行波的传输路径 可知，可能故障点Q1的反射行波传输距离与可能故障点Q1的故障行波传输距离之差为可 能故障点Q1与其末端反射节点D 3之间的距离的两倍，即2km。因此，可能故障点Q1的反射 行波的首波头和可能故障点的故障行波的首波头到达测量端的时间差为：2km/v ;可能故 障点Q2的反射行波的首波头和可能故障点的故障行波的首波头到达测量端的时间差为： 4km/v 〇
[0046] 判断在待测故障点的故障行波上与待测故障点的故障行波的首波头到达测量端 的时间相差At'的位置处是否存在波头。仍以可能故障点Q1为例，采用录波器在发生单相 接地故障的架空线配电网的测量端获得待测故障点的故障行波，获得待测故障点的故障行 波的首波头到达测量端的时间，再判断与待测故障点的故障行波的首波头到达测量端的时 间相差2km/v的位置是否存在波头。若存在波头，则判断可能故障点Q1就是待测故障点， 否则判断可能故障点Q2不是待测故障点。
[0047] 需要说明的是，在本实施例中，可能故障点仅为两个，通过对其中一个可能故障点 进行判断后即可知晓另一个可能故障点是否为待测故障点。在实际定位中，可能故障点可 能为多个，因而需要采用上述方法依次对多个可能故障点进行判断。
[0048] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依 据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护 范围之内。
【主权项】
1. 一种架空线配电网单相接地故障的测距方法，其特征在于，包括： 通过仿真或者现场试验获得故障点的零模行波速度随故障距离变化的函数解析式Vtl=f (S)，其中，Vtl为故障点的零模行波速度，S为故障距离； 将所述函数解析式代入单端故障测距公式获得单端故障测距函数其中，V1为故障点的线模行波速度，At为故障点的零模波头和故障点的线模波头到达测量 端的时间差； 根据所述单端故障测距函数获得迭代公式其中，sk+1为第k+Ι次 迭代结果，Sk为第k次迭代结果，k为迭代次数； 求解所述迭代公式以获得待测故障点的故障距离。2. 根据权利要求1所述的架空线配电网单相接地故障的测距方法，其特征在于，所述 通过仿真或者现场试验获得零模行波速度随故障距离变化的函数解析式Vtl= f (S)包括： 步骤a:在进行仿真或者现场试验的架空线配电网中设置故障距离已知的试验故障 点，在测量端获得试验故障点的零模行波； 步骤b :根据试验故障点的零模行波获得试验故障点的零模行波传输时间； 步骤c :根据试验故障点的零模行波速度等于试验故障点的故障距离除以试验故障点 的零模行波传输时间获得试验故障点的零模行波速度； 步骤d :改变试验故障点的位置，至少一次重复执行步骤a~步骤c，获得试验故障点在 不同故障距离时对应的零模行波速度； 步骤e :根据试验故障点在不同故障距离时对应的零模行波速度进行数据拟合，获得 所述函数解析式。3. 根据权利要求2所述的架空线配电网单相接地故障的测距方法，其特征在于，在步 骤b中，根据小波的奇异性检测原理获得试验故障点的零模行波传输时间。4. 根据权利要求1所述的架空线配电网单相接地故障的测距方法，其特征在于，所述 单端故障测距公式为5. -种架空线配电网单相接地故障的定位方法，其特征在于，包括： 利用权利要求1~4任一项所述的架空线配电网单相接地故障的测距方法获得待测故 障点的故障距离； 根据待测故障点的故障距离和架空线配电网的拓扑结构获得可能故障点； 获得可能故障点与其末端反射节点之间的距离； 根据At' =2L/v获得可能故障点的反射行波的首波头和可能故障点的故障行波的首 波头到达测量端的时间差，其中，At'为可能故障点的反射行波的首波头和可能故障点的 故障行波的首波头到达测量端的时间差，L为可能故障点与其末端反射节点之间的距离，V 为行波波速度； 判断在待测故障点的故障行波上与待测故障点的故障行波的首波头到达测量端的时 间相差At'的位置处是否存在波头； 若存在波头，则判断可能故障点就是待测故障点，否则判断可能故障点不是待测故障 点。
【专利摘要】一种架空线配电网单相接地故障的测距方法及定位方法。所述架空线配电网单相接地故障的测距方法包括：通过仿真或者现场试验获得故障点的零模行波速度随故障距离变化的函数解析式；将所述函数解析式代入单端故障测距公式获得单端故障测距函数；根据所述单端故障测距函数获得迭代公式；求解所述迭代公式以获得待测故障点的故障距离。本发明提供的架空线配电网单相接地故障的测距方法及定位方法，实现了多分枝架空线配电网单相接地故障的准确定位。
【IPC分类】G01R31/08, G01R31/02
【公开号】CN104898028
【申请号】CN201510345529
【发明人】舒勤, 刘朕志, 钟俊
【申请人】四川大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月19日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及架空线配电网故障定位技术领域，特别涉及一种架空线配电网单相接 地故障的测距方法及定位方法。
【背景技术】
[0002] 我国架空线配电网普遍采用小电流接地方式运行，结构多为闭环设计、开环运行 的树形辐射状。由于架空线配电网的运行环境复杂，单相接地故障几率高，影响架空线配电 网的安全可靠运行。发生单相接地故障后，传统的处理方法是通过人工巡线查找故障点，此 方法费时费力。研宄准确有效的单相接地故障的测距方法及定位方法，对于提高架空线配 电网的供电可靠性、减少停电损失具有重要的意义。
[0003] 单相接地故障的测距方法及定位方法主要有阻抗法和行波法两种。阻抗法受故障 电阻、线路负荷、互感器误差以及电源参数等因素的影响较大，实际应用效果并不理想；行 波法原理简单、准确度高，在电力系统中应用较多。采用行波法对架空线配电网单相接地故 障进行测距和定位又主要分为两类：一类是在母线端注入诊断信号进行测距和定位；另一 类是利用故障行波的电气特征进行测距和定位。利用故障行波的电气特征进行测距和定位 受互感器饱和、故障初相角、故障电阻以及系统运行方式的影响较小，成为近年来研宄的热 点。
[0004] 利用故障行波的电气特征进行测距根据单端故障测距公式
'获得故障距 离，其中，S为故障距离，Vl为线模行波速度，V(l为零模行波速度，At为零模波头和线模波 头到达测量端的时间差。从所述单端故障测距公式可以看出，利用故障行波的电气特征进 行测距和定位是根据零模行波和线模行波的速度差以及零模波头和线模波头到达测量端 的时间差进行，只需要识别出故障行波的首波头，不需要反射波头，此方法的关键问题在于 零模行波速度的准确测定。由于架空线配电网具有分支较多、结构复杂等特点，多分枝配电 网的故障行波传播过程比常规线路有更加复杂的折射和反射现象，首端检测到的故障行波 包含了来自各个节点的反射波头，如何利用故障行波的电气特征对架空线配电网单相接地 故障进行准确地测距和定位仍是本领域一个亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的是利用故障行波的电气特征对多分枝架空线配电网单相接地 故障进行测距和定位准确性低的问题。
[0006] 为解决上述问题，本发明提供一种架空线配电网单相接地故障的测距方法，包括： 通过仿真或者现场试验获得故障点的零模行波速度随故障距离变化的函数解析式 V(l= f(s)，其中，V(l为故障点的零模行波速度，S为故障距离；将所述函数解析式代入单端故障 测距公式获得单端故障测距函数
，其中，Vl为故障点的线模行波速度，At 为故障点的零模波头和故障点的线模波头到达测量端的时间差；根据所述单端故障测距函 数获得迭代公式
其中，Sk+1为第k+1次迭代结果，S k为第k次迭代结 果，k为迭代次数；求解所述迭代公式以获得待测故障点的故障距离。
[0007] 本发明提供的架空线配电网单相接地故障的测距方法，通过仿真或者现场试验就 获得了不同故障距离对应的零模行波速度，因而采用此方法对架空线配电网单相接地故障 进行测距时不必再次测量待测故障点的零模行波速度，只需获得待测故障点的线模波头和 零模波头到达测量端的时间即可，提高了对多分枝架空线配电网单相接地故障进行测距的 准确性，并简化了测距步骤。
[0008] 可选的，所述通过仿真或者现场试验获得零模行波速度随故障距离变化的函数解 析式VQ= f (S)包括：
[0009] 步骤a :在进行仿真或者现场试验的架空线配电网中设置故障距离已知的试验故 障点，在测量端获得试验故障点的零模行波；
[0010] 步骤b:根据试验故障点的零模行波获得试验故障点的零模行波传输时间；
[0011] 步骤C :根据试验故障点的零模行波速度等于试验故障点的故障距离除以试验故 障点的零模行波传输时间获得试验故障点的零模行波速度；
[0012] 步骤d :改变试验故障点的位置，至少一次重复执行步骤a~步骤c，获得试验故障 点在不同故障距离时对应的零模行波速度；
[0013] 步骤e :根据试验故障点在不同故障距离时对应的零模行波速度进行数据拟合， 获得所述函数解析式。
[0014] 可选的，在步骤b中，根据小波的奇异性获得试验故障点的零模行波传输时间。
[0015] 可选的，所述单端故障测距公式为
[0016] 基于上述架空线配电网单相接地故障的测距方法，本发明还提供一种架空线配电 网单相接地故障的定位方法，包括：利用上述架空线配电网单相接地故障的测距方法获得 待测故障点的故障距离；根据待测故障点的故障距离和架空线配电网的拓扑结构获得可 能故障点；获得可能故障点与其末端反射节点之间的距离；根据At' = 2L/V获得可能故 障点的反射行波的首波头和可能故障点的故障行波的首波头到达测量端的时间差，其中， △ t'为可能故障点的反射行波的首波头和可能故障点的故障行波的首波头到达测量端的 时间差，L为可能故障点与其末端反射节点之间的距离，v为行波波速度；判断在待测故障 点的故障行波上与待测故障点的故障行波的首波头到达测量端的时间相差At'的位置处 是否存在波头；若存在波头，则判断可能故障点就是待测故障点，否则判断可能故障点不是 待测故障点。
[0017] 在获得待测故障点的故障距离之后，通过寻找来自待测故障点下游的末端反射节 点的反射行波的首波头，并根据反射行波的首波头出现位置排除非故障区段，从而实现了 多分枝架空线配电网单相接地故障的准确定位。
[0018] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0019] 本发明提供的架空线配电网单相接地故障的测距方法及定位方法，利用故障点的 零模行波速度与故障距离的单调关系获得故障点的零模行波速度随故障距离变化的函数 解析式。将此函数解析式与基于线模行波和零模行波的速度差的单端故障测距公式相结 合，提出了架空线配电网故障测距的迭代算法。在已知故障距离的前提下，通过寻找来自待 测故障点下游的末端反射节点的反射行波的首波头，并根据反射行波的首波头出现位置排 除非故障区段，从而实现了多分枝架空线配电网单相接地故障的准确定位。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明实施例的架空线配电网单相接地故障的测距方法的流程示意图；
[0021] 图2是本发明实施例的试验故障点的故障行波；
[0022] 图3是本发明实施例的试验故障点的零模行波和线模行波；
[0023] 图4是本发明实施例改变试验故障点的故障距离获得的零模行波传输时间以及 对应的零模行波速度；
[0024] 图5是本发明实施例进行数据拟合获得的试验故障点的零模行波速度随故障距 离变化的特性曲线；
[0025] 图6是本发明实施例进行仿真获得的数据；
[0026] 图7是本发明实施例的架空线配电网的拓扑结构示意图；
[0027] 图8是图7中的可能故障点Q1的故障行波和反射行波的传输路径示意图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式 不限于此。
[0029] 图1是本发明实施例的架空线配电网单相接地故障的测距方法的流程示意图，所 述架空线配电网单相接地故障的测距方法包括：
[0030] 步骤S11 :通过仿真或者现场试验获得故障点的零模行波速度随故障距离变化的 函数解析式。所述函数解析式为V(l= f (S)，其中，V 〇为故障点的零模行波速度，S为故障距 离。
[0031] 具体地，所述步骤S11包括以下步骤：
[0032] 步骤a :在进行仿真或者现场试验的架空线配电网中设置故障距离已知的试验故 障点，在测量端获得试验故障点的零模行波。具体地，通过在架空线配电网中设置试验故 障点，可以采用录波器在测量端获得试验故障点的故障行波、零模行波以及线模行波。图2 是本实施例的试验故障点的故障行波，图3是本实施例的试验故障点的零模行波和线模行 波，试验故障点的故障行波是零模行波和线模行波的叠加。
[0033] 步骤b :根据试验故障点的零模行波获得试验故障点的零模行波传输时间。具体 地，根据小波的奇异性检测原理在试验故障点的零模行波上标定故障点的零模波头到达测 量端的时间，故障点的零模波头到达测量端的时间减去故障发生时间即为零模行波传输时 间。本领域技术人员知晓小波的奇异性检测原理，在此不再赘述。
[0034] 步骤c :根据试验故障点的零模行波速度等于试验故障点的故障距离除以试验故 障点的零模行波传输时间获得试验故障点的零模行波速度。
[0035] 步骤d :改变试验故障点的位置，至少一次重复执行步骤a~步骤c，获得试验故障 点在不同故障距离时对应的零模行波速度。需要说明的是，重复执行步骤a~步骤c的次 数可根据实际需求进行设置。重复次数越多，获得的测距结果越为精确。图4是本实施例 改变试验故障点的故障距离获得的零模行波传输时间以及对应的零 模行波速度。需要说明 的是，本实施例重复执行步骤a~步骤c的次数超过9次，图4仅为本实施例进行仿真或者 现场试验的部分数据。
[0036] 步骤e :根据试验故障点在不同故障距离时对应的零模行波速度进行数据拟合， 获得所述函数解析式。本领域技术人员知晓，数据拟合的方法有多种，例如可以采用最小二 乘法进行数据拟合。图5是本实施例进行数据拟合获得的试验故障点的零模行波速度随故 障距离变化的特性曲线。
[0037] 继续参考图1，步骤S12 :将所述函数解析式代入单端故障测距公式获得单端故障
测距函数。所述单端故障测距公式属于现有技术，为 I将所述函数解析式V(l = ) f(S)代入所述单端故障测距公式
中消除故障点的零模行波速度％，获得的单端 故障测距函数为
，其中，Vl为故障点的线模行波速度，At为故障点的零模 波头和故障点的线模波头到达测量端的时间差。
[0038] 步骤S13 :根据所述单端故障测距函数获得迭代公式。所述单端故障测距函数是 关于自身的函数，因而可获得迭代公式为
其中，Sk+1为第k+1次迭代 结果，sk为第k次迭代结果，k为迭代次数。
[0039] 步骤S14 :求解所述迭代公式以获得待测故障点的故障距离。具体地，当架空线 配电网发生单相接地故障时，在测量端用录波器获得待测故障点的线模行波和零模行波， 并根据小波的奇异性检测原理在待测故障点的线模行波上标定待测故障点的线模波头到 达测量端的时间，在待测故障点的零模行波上标定待测故障点的零模波头到达测量端的时 间，获得待测故障点的零模波头和待测故障点的线模波头到达测量端的时间差。并且，待测 故障点的线模行波速度等于待测故障点的故障距离除以待测故障点的线模行波传输时间。 将待测故障点的零模波头和待测故障点的线模波头到达测量端的时间差以及待测故障点 的线模行波速度代入所述迭代公式求解，即可获得待测故障点的故障距离。
[0040] 为验证采用本实施例的方法对架空线配电网单相接地故障进行测距的准确性，本 实施例进行了仿真，图6是本实施例进行仿真获得的数据。其中，故障距离为仿真时设置的 故障距离，测量距离为根据本实施例的架空线配电网单相接地故障的测距方法获得的故障 距离。从图6可以看出，采用本实施例的架空线配电网单相接地故障的测距方法获得的测 量误差极小。
[0041] 本发明实施例还提供一种架空线配电网单相接地故障的定位方法，所述架空线配 电网单相接地故障的定位方法包括：
[0042] 获得待测故障点的故障距离。所述待测故障点的故障距离可以根据图1所示的架 空线配电网单相接地故障的测距方法获得，也可以采用其他方法获得，本发明对此不作限 定。
[0043] 根据待测故障点的故障距离和架空线配电网的拓扑结构获得可能故障点。具体 地，以图7所示的架空线配电网的拓扑结构为例，若获得待测故障点的故障距离为8km，则 存在可能故障点Q1和可能故障点Q2。其中，可能故障点Q1位于D 2D3线路段，其末端反射 节点为D3;可能故障点Q2位于D 2D4线路段，其末端反射节点为D 4。
[0044] 获得可能故障点与其末端反射节点之间的距离。具体地，由于待测故障点的故障 距离已知，各个线路段的距离也是已知，因而可以获得可能故障点与其末端反射节点之间 的距离。例如，对于可能故障点Ql，DiD2线路段距离为6km，D2D3线路段距离为3km，待测故障 点的故障距离为8km，因而可能故障点Q1与其末端反射节点D 3之间的距离为：6km+3km-8km =lkm。采用同样的算法，获得可能故障点Q2与其末端反射节点D4之间的距离为2km。
[0045] 根据At' = 2L/v获得可能故障点的反射行波的首波头和可能故障点的故障行波 的首波头到达测量端的时间差，其中，At'为可能故障点的反射行波的首波头和可能故障 点的故障行波的首波头到达测量端的时间差，L为可能故障点与其末端反射节点之间的距 离，v为行波波速度，即光速。具体地，以可能故障点Q1为例，图8示出了可能故障点Q1的 故障行波和反射行波的传输路径。通过可能故障点Q1的故障行波和反射行波的传输路径 可知，可能故障点Q1的反射行波传输距离与可能故障点Q1的故障行波传输距离之差为可 能故障点Q1与其末端反射节点D 3之间的距离的两倍，即2km。因此，可能故障点Q1的反射 行波的首波头和可能故障点的故障行波的首波头到达测量端的时间差为：2km/v ;可能故 障点Q2的反射行波的首波头和可能故障点的故障行波的首波头到达测量端的时间差为： 4km/v 〇
[0046] 判断在待测故障点的故障行波上与待测故障点的故障行波的首波头到达测量端 的时间相差At'的位置处是否存在波头。仍以可能故障点Q1为例，采用录波器在发生单相 接地故障的架空线配电网的测量端获得待测故障点的故障行波，获得待测故障点的故障行 波的首波头到达测量端的时间，再判断与待测故障点的故障行波的首波头到达测量端的时 间相差2km/v的位置是否存在波头。若存在波头，则判断可能故障点Q1就是待测故障点， 否则判断可能故障点Q2不是待测故障点。
[0047] 需要说明的是，在本实施例中，可能故障点仅为两个，通过对其中一个可能故障点 进行判断后即可知晓另一个可能故障点是否为待测故障点。在实际定位中，可能故障点可 能为多个，因而需要采用上述方法依次对多个可能故障点进行判断。
[0048] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依 据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护 范围之内。
【主权项】
1. 一种架空线配电网单相接地故障的测距方法，其特征在于，包括： 通过仿真或者现场试验获得故障点的零模行波速度随故障距离变化的函数解析式Vtl=f (S)，其中，Vtl为故障点的零模行波速度，S为故障距离； 将所述函数解析式代入单端故障测距公式获得单端故障测距函数其中，V1为故障点的线模行波速度，At为故障点的零模波头和故障点的线模波头到达测量 端的时间差； 根据所述单端故障测距函数获得迭代公式其中，sk+1为第k+Ι次 迭代结果，Sk为第k次迭代结果，k为迭代次数； 求解所述迭代公式以获得待测故障点的故障距离。2. 根据权利要求1所述的架空线配电网单相接地故障的测距方法，其特征在于，所述 通过仿真或者现场试验获得零模行波速度随故障距离变化的函数解析式Vtl= f (S)包括： 步骤a:在进行仿真或者现场试验的架空线配电网中设置故障距离已知的试验故障 点，在测量端获得试验故障点的零模行波； 步骤b :根据试验故障点的零模行波获得试验故障点的零模行波传输时间； 步骤c :根据试验故障点的零模行波速度等于试验故障点的故障距离除以试验故障点 的零模行波传输时间获得试验故障点的零模行波速度； 步骤d :改变试验故障点的位置，至少一次重复执行步骤a~步骤c，获得试验故障点在 不同故障距离时对应的零模行波速度； 步骤e :根据试验故障点在不同故障距离时对应的零模行波速度进行数据拟合，获得 所述函数解析式。3. 根据权利要求2所述的架空线配电网单相接地故障的测距方法，其特征在于，在步 骤b中，根据小波的奇异性检测原理获得试验故障点的零模行波传输时间。4. 根据权利要求1所述的架空线配电网单相接地故障的测距方法，其特征在于，所述 单端故障测距公式为5. -种架空线配电网单相接地故障的定位方法，其特征在于，包括： 利用权利要求1~4任一项所述的架空线配电网单相接地故障的测距方法获得待测故 障点的故障距离； 根据待测故障点的故障距离和架空线配电网的拓扑结构获得可能故障点； 获得可能故障点与其末端反射节点之间的距离； 根据At' =2L/v获得可能故障点的反射行波的首波头和可能故障点的故障行波的首 波头到达测量端的时间差，其中，At'为可能故障点的反射行波的首波头和可能故障点的 故障行波的首波头到达测量端的时间差，L为可能故障点与其末端反射节点之间的距离，V 为行波波速度； 判断在待测故障点的故障行波上与待测故障点的故障行波的首波头到达测量端的时 间相差At'的位置处是否存在波头； 若存在波头，则判断可能故障点就是待测故障点，否则判断可能故障点不是待测故障 点。
【专利摘要】一种架空线配电网单相接地故障的测距方法及定位方法。所述架空线配电网单相接地故障的测距方法包括：通过仿真或者现场试验获得故障点的零模行波速度随故障距离变化的函数解析式；将所述函数解析式代入单端故障测距公式获得单端故障测距函数；根据所述单端故障测距函数获得迭代公式；求解所述迭代公式以获得待测故障点的故障距离。本发明提供的架空线配电网单相接地故障的测距方法及定位方法，实现了多分枝架空线配电网单相接地故障的准确定位。
【IPC分类】G01R31/08, G01R31/02
【公开号】CN104898028
【申请号】CN201510345529
【发明人】舒勤, 刘朕志, 钟俊
【申请人】四川大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月19日
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