输电线路故障点定位方法和装置

1、一种输电线路故障定点定位方法，基于GPS，采用行波法，利用故障 点产生的电压或电流行波信号到达输电线路两端的时间和速度以及线路总长计 算出故障点的位置，由下式计算出故障点距S端距离X：
X＝0.5[TP-(TR-TS)]·L/TP
X—故障点距S端的距离；
TP—行波从一端走到另一端所需的时间；
L—发生故障的线路的全长；
TR—按GPS标记的行波到达R端的时间；
TS—按GPS标记的行波到达S端的时间； 其特征在于：其故障电压或电流行波信号不直接取自变电站的CT或CVT，而 是通过在变电站的电容性元件(8)上串接小电抗(9)，小电抗(9)串接在电容性 元件(8)与地端之间，在小电抗(9)上提取无工频干扰的故障行波电压。
2、一种输电线路故障定点定位装置，采用GPS时钟模块电路，其特征在 于，该装置由三个行波信号提取装置(1)、三个限幅电路(2)、三相整流电路 (3)阈值比较器(4)、单稳态触发器(5)、GPS时钟模块电路(6)、以及PC 机(7)组成，行波信号提取装置(1)由高压臂与低压臂串接构成，其中，行 波信号提取装置(1)的高压臂采用变电站的电容性元件(8)，其低压臂采用 一个小电抗(9)，小电抗(9)串接在电容性元件(8)与地端之间，输电线路 末端变电站(或称副站)内，A、B、C三相的行波信号提取装置(1)的输出 经限幅电路(2)与三相整流电路(3)的三个输入端配接，三相整流电路(3) 的正输出信号送到阈值比较器(4)的正输入端，三相整流电路(3)的负输出 信号送到阈值比较器(4)的负输入端，阈值比较器(4)的输出信号端接单稳 态触发器(5)的输入端，单稳态触发器(5)的输出端与GPS时钟模块电路(6) 的输入端相连，GPS时钟模块电路(6)的输出信号端与PC机(7)的输入端 配接，输电线路首端变电站(或称主站)内安装上述相同装置，副站的PC机 (7)通过通信线路将数据传输给主站的PC机(7)，主站内将继电保护屏保护 动作信号送到PC机(7)控制输入端，以确定是故障动作，主站PC机(7) 进行故障定位计算。
3、根据权利要求2所述的一种输电线路故障定点定位装置，其特征在于， 行波信号提取装置(1)的低压臂采用的小电抗(9)是一个1-2mH小电感。
4、根据权利要求2所述的一种输电线路故障定点定位装置，其特征在于， 行波信号提取装置(1)的低压臂采用的小电抗(9)可以由一个电容和小电 感串连组成。
5、根据权利要求2所述的一种输电线路故障定点定位装置，其特征在于， 行波信号提取装置(1)的低压臂采用的小电抗(9)还可以是一个小变压器。

技术领域\n本发明涉及电力输电线路故障点定位，具体地说涉及一种输电线路故障点 定位方法和装置，属于输电设备技术领域。\n背景技术\n目前，先进的输电线路故障定位都基于GPS(全球定位系统)，其原理分有 阻抗法和行波法。阻抗法是利用线路端部测得的电压和电流以及线路本身的电 气参数推算出故障点的位置，国家知识产权局发布的申请号为00124804.9“输 电线路故障点定位方法及装置”就属于阻抗法，这一方法的主要缺点是不容易 排除线路导线换位情况的影响和沿线地质地貌的影响，这两个因素的影响程度 随故障点而变化，所以难以达到较高的精度；另外一个缺点是对CT的测量精度 要求较高。行波法是利用故障点产生的电压或电流行波到达线路两端的时间和 速度以及线路总长计算出故障点的位置，这一方法的主要优点是受线路导线换 位情况以及沿线地质地貌的影响较小，有利于定位精度的提高。加拿大B.C省 500kV系统装设的故障定位系统和国内中国电力科学研究院输配电及节电技术 国家工程研究中心生产的WGCI型输电线路故障测距系统都是以行波法为基础 的，前者行波信号取自于CVT(电容式电压互感器)，后者取自于CT(电流互 感器)。现有技术存在几个不足之处：信号直接取自CT或CVT，抽取的信号含 有工频分量，有可能干扰系统的控制、保护和计量；CT和CVT的高频响应特 性不好，为了较准确地辨认行波信号，除要求CT有较高的精度外，还须有较复 杂的硬件和软件；区分故障相别或故障形式，必要性也不大，这点可由故障录 波和保护动作情况来判定，登杆抢修时更可直接判定，所以不必为此使故障定 位系统复杂化。\n发明内容\n本发明的目的是提供一种可以免除以上各点不足的输电线路故障点定位方 法和相应的设备，它对故障的反应灵敏，定位精度高、设备简单、安装方便且 抗干扰能力强，运行可靠。\n为达到上述目的，本发明的具体方法是：基于GPS，采用行波法，利用故障点 产生的电压或电流行波信号到达输电线路两端的时间和速度以及线路总长计算出故障 点的位置，由下式计算出故障点距S端距离X：\nX＝0.5[TP-(TR-TS)]·L/TP\nX—故障点距S端的距离；\nTP—行波从一端走到另一端所需的时间；\nL—发生故障的线路的全长；\nTR—按GPS标记的行波到达R端的时间；\nTS—按GPS标记的行波到达S端的时间；\n其特征在于：其故障电压或电流行波信号不直接取自变电站的CT或CVT，而是通过 在变电站的电容性元件8上串接小电抗9，小电抗9串接在电容性元件8与地端之间， 在小电抗9上提取无工频干扰的故障行波电压。\n实现上述方法的装置由三个行波信号提取装置1、三个限幅电路2、三相整流电 路3、阈值比较器4、单稳态触发器5、GPS时钟模块电路6、以及PC机7组成，行 波信号提取装置1由高压臂与低压臂串接构成，其中，行波信号提取装置1的高压臂 采用变电站的电容性元件8，其低压臂采用一个小电抗9，小电抗9串接在电容性元 件8与地端之间，输电线路末端变电站(或称副站)内，A、B、C三相的行波信号 提取装置1的输出经限幅电路2与三相整流电路3的三个输入端配接，三相整流电路 3的正输出信号送到阈值比较器4的正输入端，三相整流电路3的负输出信号送到阈 值比较器4的负输入端，阈值比较器4的输出信号端接单稳态触发器5的输入端，单 稳态触发器5的输出端与GPS时钟模块电路6的输入端相连，GPS时钟模块电路6 的输出信号端与PC机7的输入端配接，输电线路首端变电站(或称主站)内安装上 述相同装置，副站的PC机7通过通信线路将数据传输给主站的PC机7，主站内将 继电保护屏保护动作信号送到PC机7控制输入端，以确定是故障动作，主站PC机 7进行故障定位计算。\n上述的输电线路故障定点定位装置，其行波信号提取装置1的低压臂采用的小 电抗9是一个1～2mH小电感。\n上述的输电线路故障定点定位装置，其行波信号提取装置1的低压臂采用的小 电抗9可以由一个电容和小电感串连组成，信号由小电感上提取。\n上述的输电线路故障点定位装置，其行波信号提取装置1的低压臂小电抗9 也可以是一个小变压器，在小变压器副方抽取电压信号。\n本发明提出的输电线路故障点定位方法和装置，采用独特的行波信号提取 装置，它利用已有的电容式设备或设备固有的电容作为高压臂，且对这些设备 没有任何附加要求，适应性极广；采用的电感性元件为特征的低压臂，和三相 信号的整流组合，不但大大简化了判断行波的有无和行波到达时间的硬件和软 件，而且能充分利用三相中的有用信号，提高了对故障的灵敏度和定位精度； 行波信号就地处理后，只给GPS时钟模块提供同步锁存信号，无须测出信号大 小，抗干扰能力大大增强。误差因素皆以最不利的条件计算，其误差为：\n①线路两端对行波信号到达时刻的判断误差为0.3μS；\n②季节性弧垂变化引起的线长变化为线长的0.05％，则线路长度为400km时， 故障点定位绝对误差不大于290m。\n附图说明\n图1，输电线路故障点定位装置原理方框图；\n图2，行波信号提取装置1电路原理一图；\n图3，行波信号提取装置1电路原理二图；\n图4，行波信号提取装置1电路原理三图；\n具体实施方式\n下面结合附图对本发明作进一步详细说明。\n如图1所示，当被测线路发生故障时，线路故障所产生的故障行波，沿着 线路以接近光速的速度向两边传输，分别到达线路两端变电站的固有电容设备 即行波信号提取装置1的高压臂电容性元件8，例如主变压器或高压电器的套管 电容，将电容性元件8原接地端子打开接上小电抗9后再接地，既低压臂小电抗9 串接在电容性元件8与地端之间，在高压臂电容性元件8与地端之间将产生一个 分布电容C2；由于故障波形的前沿陡度比较大且频率较高，能在行波信号提取 装置1的低压臂即小电抗9上产生出较大幅值的故障信号，这可由以下公式得 知：\n$Z_C=\frac{1}{2\mathrm{\pi fC}}$\nZL＝2πfL 故障信号频率升高时，行波信号提取装置1的高压臂阻抗变小，其低压臂阻抗 变大，低压臂小电抗9上感应出的电压相应增大，一般故障信号的频率比电网 频率高上百倍，则其在小电抗9上产生的电压也比电网正常运行时其上的电压 高几百倍，这样就很容易剔除工频干扰。线路故障时，行波信号提取装置1的 低压臂小电抗9产生出的电压很大，其能量足以破坏后级的电子电路，在输出 到后级电路前必须经过限幅电路2限幅处理削减其电压，限幅电路2是一个放 电管；限幅后的三相行波信号经三相整流电路3整流成两正负信号，这样可以 充分利用三相电压中的有用信号，有利于提高对故障判别的灵敏度，提高定位 精度，三相整流电路3是一个二极管半波整流电路；正负两个信号分别送至正 负阈值比较电路4进行比较，若行波信号高于设定的触发电平(Vth)，则输出一 个脉冲信号，其触发电平(Vth)可以根据被测线路的干扰情况，以及线路的电压 谐波实测值算出，正负阈值比较电路4由两个比较器和一个与门组成；脉冲信号 经单稳触发器5调整脉冲宽度后，产生同步锁存信号，提供给GPS时钟模块6 锁存故障时刻的准确时间，GPS时钟模块6把发生故障的准确时间发送到PC机 7，辅站PC机7把发生故障的时间存储，并传送至主站PC机7，主站PC机7 也将发生故障的时间存储，并根据辅站PC机7传送的故障时间、主站接收的故 障时间及继电保护动作信号来判断是否发生线路故障，并启动运算程序算出由 下式计算出故障点距S端的距离X：\nX＝0.5[TP-(TR-TS)]·L/TP\nX—故障点距S端的距离；\nTP—行波从一端走到另一端所需的时间；\nL—发生故障的线路的全长；\nTR—按GPS标记的行波到达R端的时间；\nTS—按GPS标记的行波到达S端的时间。\n图2、图3、图4是行波信号提取装置1的几种电连接方式。图2中行波信 号提取装置1的低压臂小电抗9是一个1～2mH的小电感，小电抗9相当于与分 布电容C2并联，适用于利用高压电器电容和CI电容的场合；图3中行波信号 提取装置1的低压臂小电抗9由一个电容C和小电感L串联组成，信号由小电 感上提取，适用于利用CVT电容和耦合电容的场合；图4中行波信号提取装置 1的低压臂小电抗9还可以是一个小变压器，在小变压器副方抽取电压信号。