基于行波传播路径推演的输电线路故障定位方法及系统与流程

本发明涉及故障检测与定位，尤其涉及基于行波传播路径推演的输电线路故障定位方法及系统。

背景技术：

1、输电线路运行环境恶劣，容易因天气、人类活动、动物活动等因素发生故障跳闸。对线路故障进行及时准确的定位，有助于快速找到故障点，开展检修，恢复供电，从而保障电网运行效率和稳定性。

2、为解决长距离输电线路故障定位问题，现有技术中应用最广泛、效果最好的是双端行波定位法。即，在线路上等间隔安装在线监测设备，实时采集故障点闪络生成、并沿线路向两侧传播的高频行波。通过高精度授时系统标记行波的到达时间戳，再结合波速和两个监测设备的距离，即可得到故障发生的位置。

3、双端法存在的主要问题有两个。第一，该方法假设线路上在故障点两侧都安装了监测设备。若仅有一侧有设备，而另一侧没有，则该方法无法适用，因此，其应用范围受限于线路上的设备覆盖情况。第二，在线监测设备的工作环境恶劣，容易受到强电磁和外界环境干扰，容易因供电、通信系统异常而下线，导致无法采集关键故障行波。当故障点两侧设备中任意一台失效时，都无法使用双端法进行定位，容错率较低

技术实现思路

1、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明提供了基于行波传播路径推演的输电线路故障定位方法，能够对线路在线监测设备的覆盖范围要求低。只要该输电线路上安装至少一台，即可实现精确定位。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，基于行波传播路径推演的输电线路故障定位方法，包括：获取基础数据，包含输电线路长度、波速、故障行波波形和设备位置；建立三维坐标系，绘制行波波形，确定主波峰值点坐标；计算反射波时刻，比较与主波的相似度，确定故障区间，设定虚拟故障点，推演行波路径；计算推演行波片段与主波片段的相似度，验证故障点，在故障区间内设定虚拟点，重复计算相似度，进行精确定位。

4、作为本发明所述的基于行波传播路径推演的输电线路故障定位方法的一种优选方案，其中：所述获取基础数据包括，获取线上设备采集到的故障行波波形，设定行波各采样点的时刻和幅值为(t1,a1),(t2,a2),…,(tn,an)，其中，n为行波的采样点数，ti为第i个点的时刻，ai为第i个点的幅值；

5、设定所有采样点的绝对值最大为z，z＝max(|a1|,|a2|,…,|an|)，通过将行波的所有采样点的幅值乘以系数将行波所有采样点的时刻减去第一个采样点的时刻，设定δt为采样间隔，f为采样率，则行波第i个采样点坐标为((i-1)×δt,bi)，其中

6、设定采集波形的设备到线路上任意一侧变电站的距离d，并将变电站记为第一变电站t1，从设备到第一变电站的区间记为第一区间；设备到另一侧的距离为l-d，对应变电站记为第二变电站t2，从设备到第二变电站的区间记为第二区间。

7、作为本发明所述的基于行波传播路径推演的输电线路故障定位方法的一种优选方案，其中：所述建立三维坐标系包括，建立坐标系x-y-z，其中x轴表示时间，y轴第一层含义表示输电线上的点到第一变电站的距离，第二层含义表示行波幅值，行波幅值线性缩放到和线路距离同一个数值范围内，在坐标系中y轴同时表示距离和幅值；

8、将行波绘制于坐标系中，且使行波幅值为0的基准线和水平线y＝d重合，当采样点幅值为0，则点刚好位于y＝d的水平线上；第i个点坐标为(x＝(i-1)×δt,y＝d+bi)，设定主波峰值在第z个点，则主波峰值所在的坐标为(x＝tz,y＝d+bz)，其中tz＝(z-1)×δt。

9、作为本发明所述的基于行波传播路径推演的输电线路故障定位方法的一种优选方案，其中：所述计算反射波时刻包括，获取行波波形上的点q1，且q1和z的时间差为，

10、

11、含义为行波从设备出发，传播到第一变电站，再反射回设备，所消耗的时间；获取行波波形上的点q2，且q2和z的时间差为：

12、

13、含义为行波从设备出发，传播到第二变电站，再反射回设备，所消耗的时间；

14、判断q1和q2所代表的行波片段，当行波片段与主波一致，则判断故障点位于第一区间或第二区间；

15、行波主波时刻是行波首次到达该设备的时刻，当q1点的行波片段呈现脉冲形状，且和主波形状一致，说明行波的路径符合描述的“从设备出发，传播到第一变电站，再反射回设备”，表示故障点或者放电点位于第二区间；当q2的行波片段呈现脉冲形状，且和主波形状一致，说明行波的路径符合描述的“从设备出发，传播到第二变电站，再反射回设备”，表示故障点或者放电点位于第一区间。

16、作为本发明所述的基于行波传播路径推演的输电线路故障定位方法的一种优选方案，其中：所述确定故障区间包括，对于行波上的任意点q，计算点q附近片段和主波片段的相似度；

17、在行波上，从主波峰值点qf开始，沿时间轴向左检测每一采样点，直到任一点的幅值绝对值小于0.5|z|，即求取主波上升沿50％的点，设定当前点到z的点数差为nz1，从主波峰值点qf开始，沿时间轴向右检测每一采样点，直到任一点的幅值绝对值小于0.5|z|，即求取主波下降沿50％的点，设定当前点到z的点数差为nz2；从主波峰值点z左侧第nz1个点到其右侧第nz2个点这一片段为所需的主波片段gz；

18、在行波上，从点q1左侧第nz1个点开始，到右侧第nz2个点结束，这一片段为所需片段g1；从点q2左侧第nz1个点开始，到右侧第nz2个点结束，这一片段为所需片段g2；分别计算gz和g1的相似性k1，以及gz和g2的相似性k2；

19、当用两个长度均为m的片段[p1,p2,…,pm]和[q1,q2,…,qm]计算相似性时利用公式计算两个片段的相似性k：

20、

21、当k1>k2，说明故障点位于第二区间，反之，说明故障点位于第一区间。

22、作为本发明所述的基于行波传播路径推演的输电线路故障定位方法的一种优选方案，其中：所述推演行波路径包括，在第一区间内任选一点作为虚拟故障点位置h，h点到第一变电站距离为h，确定行波出发时刻，时刻坐标为故障点和行波主波的时间差为

23、推演第一路径：行波从故障点h向第一变电站传播，在第一变电站反射点为u1，继续前进，回到设备，经过点为u2，第一路径表示为h→u1→u2；u2时刻代表的行波片段验证第一路径的正确性，是有效经过点，u2和主波的时间差为u2的坐标为

24、推演第二路径：行波从故障点h向第二变电站传播，首次经过设备到达经过点v1，即主波所在的时刻，继续前进直到第二变电站的反射点v2，反射回到设备，第二次经过设备记经过点为v3，继续前进到故障点，在故障点反射点为v4，第三次经过设备记经过点为v5，第二路径表示为h→v1→v2→v3→v4→v5；

25、第二路径中，v1为主波点，v2和v4分别为反射点，v3是用来确定故障区间的q2点，第二路径上的关键点中，v5能够用于计算脉冲相似度、确定第二路径正确性的，且是最早出现的经过点，认定v5是有效经过点，v5所在的时刻为

26、作为本发明所述的基于行波传播路径推演的输电线路故障定位方法的一种优选方案，其中：所述精确定位包括，根据得到的第一路径的有效经过点u2，以及得到的第二路径有效经过点v5，分别提取波形片段gu和gv，并分别和主波片段g计算相似度ku和kv；

27、两个相似度的平均值记为：

28、

29、含义是，当虚拟故障点选择为距离第一变电站h时，依次推演出路径、经过点以及脉冲片段，得到的脉冲相似度：

30、

31、其中，k(h)表示距离第一变电站h处的虚拟故障点的相似度，g(u,t)表示波形片段gu在时间t和位置u的值，g(u,t)表示主波片段g在时间t和位置u的值，f(vi,t)表示波形片段gv在时间t和位置vx的值，f(vi,t)表示时间t和位置vi的值，t1、t2表示波形片段的时间范围，u、vi分别是第一路径和第二路径的有效经过点的位置，n是第二路径有效经过点的数量；

32、在判断出的故障区间内，沿线每间隔一定距离，设定一个虚拟故障点，设定获取的虚拟故障点到第一变电站的距离依次为h1,h2,…,hn，则最终形成相似度序列为[k(h1),k(h2),…,k(hn)]，其中最大相似度对应的距离即为真实故障点，完成定位过程。

33、本发明的另一个目的是提供基于行波传播路径推演的输电线路故障定位系统，其能避免传统双端定位法对于设备覆盖率的苛刻要求，同时也大幅提高了故障定位的容错率

34、作为本发明所述的基于行波传播路径推演的输电线路故障定位系统的一种优选方案，其中：包括基础数据采集模块、坐标系与波形分析模块、故障区间判断模块、路径推演与验证模块、结果输出模块；

35、所述基础数据采集模块，采集输电线路的基础数据，包括线路长度、波速、故障行波波形和设备位置信息；

36、所述坐标系与波形分析模块，建立三维坐标系，绘制行波波形，并确定主波峰值点坐标；

37、所述故障区间判断模块，计算反射波时刻，比较与主波的相似度，确定故障区间，并设定虚拟故障点，推演行波路径；

38、所述路径推演与验证模块，推演行波路径，计算推演行波片段与主波片段的相似度，验证故障点，进行精确定位；

39、所述结果输出模块，输出故障定位结果，提供用户界面显示故障信息。

40、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现基于行波传播路径推演的输电线路故障定位方法的步骤。

41、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现基于行波传播路径推演的输电线路故障定位方法的步骤。

42、本发明的有益效果：通过检测行波上若干片段的相似性确定故障区间，为后续精确定位提供基础；通过设定虚拟故障点，推演行波的传播路径、设备经过点、并利用脉冲片段和主波片段的相似性，评估虚拟故障点的真实程度。再不断选取新的虚拟故障点，计算其中最大的相似性，从而最终确定真实故障点。

技术特征：

1.基于行波传播路径推演的输电线路故障定位方法，其特征在于：包括，

2.如权利要求1所述的基于行波传播路径推演的输电线路故障定位方法，其特征在于：所述获取基础数据包括，获取线上设备采集到的故障行波波形，设定行波各采样点的时刻和幅值为(t1，a1)，(t2，a2)，...，(tn，an)，其中，n为行波的采样点数，ti为第i个点的时刻，ai为第i个点的幅值；

3.如权利要求2所述的基于行波传播路径推演的输电线路故障定位方法，其特征在于：所述建立三维坐标系包括，建立坐标系x-y-z，其中x轴表示时间，y轴第一层含义表示输电线上的点到第一变电站的距离，第二层含义表示行波幅值，行波幅值线性缩放到和线路距离同一个数值范围内，在坐标系中y轴同时表示距离和幅值；

4.如权利要求3所述的基于行波传播路径推演的输电线路故障定位方法，其特征在于：所述计算反射波时刻包括，获取行波波形上的点q1，且q1和z的时间差为，

5.如权利要求4所述的基于行波传播路径推演的输电线路故障定位方法，其特征在于：所述确定故障区间包括，对于行波上的任意点q，计算点q附近片段和主波片段的相似度；

6.如权利要求5所述的基于行波传播路径推演的输电线路故障定位方法，其特征在于：所述推演行波路径包括，在第一区间内任选一点作为虚拟故障点位置h，h点到第一变电站距离为h，确定行波出发时刻，时刻坐标为故障点和行波主波的时间差为

7.如权利要求6所述的基于行波传播路径推演的输电线路故障定位方法，其特征在于：所述精确定位包括，根据得到的第一路径的有效经过点u2，以及得到的第二路径有效经过点v5，分别提取波形片段gu和gv，并分别和主波片段g计算相似度ku和kv；

8.一种采用如权利要求1～7任一所述的基于行波传播路径推演的输电线路故障定位方法的系统，其特征在于：包括基础数据采集模块、坐标系与波形分析模块、故障区间判断模块、路径推演与验证模块、结果输出模块；

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

技术总结
本发明涉及故障检测与定位技术领域，本发明所述方法包括，获取基础数据，包含输电线路长度、波速、故障行波波形和设备位置；建立三维坐标系，绘制行波波形，确定主波峰值点坐标；计算反射波时刻，比较与主波的相似度，确定故障区间，设定虚拟故障点，推演行波路径；计算推演行波片段与主波片段的相似度，验证故障点，在故障区间内设定虚拟点，重复计算相似度，进行精确定位。本方法通过检测行波上若干片段的相似性确定故障区间，为后续精确定位提供基础，避免了传统双端定位法对于设备覆盖率的苛刻要求，同时也大幅提高了故障定位的容错率。当有在线监测设备因故障离线时，只要有一条故障行波，即可完成定位。

技术研发人员：赵海龙,符方达,赵雨楠
受保护的技术使用者：海南电网有限责任公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23