一种高压双端线路故障定位方法、装置和电子设备

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种高压双端线路故障定位方法、装置和电子设备。

背景技术

高压长距离输电线路在电力系统中占有重要地位，在线路发生故障时，第一时间准确找到故障点，排除线路故障，不仅对电力系统的发展有重要意义，更对整个电网的安全稳定和经济运行具有十分重要的现实意义。

目前，故障测距方法主要分为两大类，一类是暂态行波的方法，另外一类是工频量测距法。其中，行波测距法是根据传输线路中波传播的方向性和折射反射特性实现的故障定位方法，当高压输电线路发生故障的时候，沿着输电线路会产生在故障点和其他阻抗不连续点发生折射的故障行波，行波测距的原理即利用故障行波在阻抗连续点的传播速度和传输过程所需要的时间来计算故障距离。工频量测距法对采样频率的要求不高，在现有的保护装置或者录波器当中能够满足其要求，具有较大的工程应用价值。工频量测距法是利用测量到的电气量，通过对故障现象的分析并根据线路发生故障时候的故障特征构造测距方程进行故障测距。在线路参数已经知道的前提下，基于线路两端的电压和电流参数均建立关于故障距离的函数，因此，工频量法的本质是短路电压电流计算的一种逆运算。

上述两种方法中，行波测距法需要提供行波的发射和接收设备，往往行波测距设备的单套价格在50万左右，由于硬件成本过高，在系统中应用较少。工频量测距法，在线路首端或末端的继电保护装置中应用，从单端进行计算，计算母线到故障点的伏安特性，得到接地阻抗的数值，该数值包含了两部分内容，一部分内容是母线到故障点的阻抗值，另一部分是故障点对地阻抗值(过渡电阻)。如果对地阻抗值不为零，就会造成计算得到的故障点位置比实际的位置要远，从而受参数时变、过渡电阻影响导致定位精度较差。

针对上述问题，专利文件CN115356585A提出了一种将行波测距法和工频量测距法混合的双端故障定位方法，该方法还是以行波测距法为主，分别从线路两端对故障点进行行波测距，当无法计算得到架空线路故障测距结果时，则切换为工频测量法对线路进行工频双端测距。工频双端测距的具体步骤为：先分为两次计算电缆线路两侧的零序电压，并分别判断两侧的零序电压是否均小于设定电压阈值，如果均小于设定电压阈值，则利用上面计算的两个零序电压分别从线路两端执行两次工频测距法，然后计算出故障点的位置。

一方面，文件CN115356585A提出的方法依然存在行波测距法成本较高的问题。另一方面，上述双端工频测距法本质还是单端测距，只不过从线路两端通过工频测量法分别计算了两次距离，如果两次距离不一样，则该方法无解，CN115356585A在无解的情况下又利用两侧行波测距装置的行波录波数据，离线进行行波双端测距及行波单端测距，以离线计算获得的线路故障测距结果作为行波测距装置的输出，从而CN115356585A提出的方法不仅没有解决工频测距时对地阻抗值不为零的影响，还在工频测距无解的情况下依然使用成本较高的行波测距。

因此，亟需一种准确性更好的故障点定位方法。

发明内容

有鉴于此，本发明实施方式提供了一种高压双端线路故障定位方法、装置和电子设备，从而提高了高压长距离输电线路故障点的定位准确度。

根据第一方面，本发明提供了实施例提供一种高压双端线路故障定位方法，所述方法包括：当发生故障时，通过线路两侧的继电保护装置获取录波信息；在线路上预设若干候选故障点；以线路两侧的继电保护装置分别为起点，基于所述录波信息从两个方向计算各个候选故障点的故障点零序电压；对每个候选故障点对应的一组故障点零序电压计算差值，得到多个电压差值；基于所述多个电压差值中最小值对应的候选故障点确定真实故障位置。

可选地，所述在线路上预设若干候选故障点，包括：从线路首端到末端，以预设长度为间隔设定若干故障点。

可选地，所述预设长度为100米。

可选地，所述以线路两侧的继电保护装置分别为起点，基于所述录波信息从两个方向计算各个候选故障点的故障点零序电压，包括：基于所述录波信息分别计算线路两侧第一继电保护装置对应的第一零序电压和第二继电保护装置对应的第二零序电压；根据第一继电保护装置对当前候选故障点测得的电气量和所述第一零序电压建立第一电路方程；根据第二继电保护装置对当前候选故障点测得的电气量和所述第二零序电压建立第二电路方程；通过所述第一电路方程和所述第二电路方程分别计算当前候选故障点的两个故障点零序电压。

可选地，所述第一电路方程为

UM0+(R0M+jX0M)*IM0＝Uk0′

所述第二电路方程为

UN0+(R0N+jX0N)*IN0＝Uk0″

式中，UM0是第一零序电压；IM0是第一继电保护装置检测的零序电流；UN0是第二零序电压；IN0是第二继电保护装置检测的零序电流；R0M、X0M分别是第一继电保护装置到故障点的线路零序电阻和电抗；R0N、X0N分别是第二继电保护装置到故障点的线路零序电阻和电抗；Uk0′是从第一继电保护装置方向计算的故障点零序电压，Uk0″是从第二继电保护装置方向计算的故障点零序电压。

可选地，所述基于所述多个电压差值中最小值对应的候选故障点确定真实故障位置，包括：以所述多个电压差值中最小值对应的候选故障点的位置为中心，在线路上设定巡线范围；通过巡线系统在所述巡线范围内进行巡线，确定所述真实故障位置。

可选地，所述方法还包括：计算所述真实故障位置的接地电阻值，并利用所述接地电阻值创建真实故障位置和接地电阻值的对应关系表。

根据第二方面，本发明实施例提供了一种高压双端线路故障定位装置，所述装置包括：信息采集模块，用于当发生故障时，通过线路两侧的继电保护装置获取录波信息；虚拟故障点设定模块，用于在线路上预设若干候选故障点；零序电压计算模块，用于以线路两侧的继电保护装置分别为起点，基于所述录波信息从两个方向计算各个候选故障点的故障点零序电压；电压差值计算模块，用于对每个候选故障点对应的一组故障点零序电压计算差值，得到多个电压差值；故障定位模块，用于基于所述多个电压差值中最小值对应的候选故障点确定真实故障位置。

根据第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行第一方面，或者第一方面任意一种可选实施方式中所述的方法。

根据第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行第一方面，或者第一方面任意一种可选实施方式中所述的方法。

本申请提供的技术方案，具有如下优点：

本申请提供的技术方案，当发生故障时，通过线路两侧的继电保护装置获取录波信息；并在线路上预设若干候选故障点；然后以线路两侧的继电保护装置分别为起点，基于录波信息从两个方向计算各个候选故障点的故障点零序电压；如果一个候选故障点越接近于真实的故障点，那么该点从两端分别计算的零序电压应当越接近，从而对每个候选故障点对应的一组故障点零序电压计算差值，得到多个电压差值；最后基于多个电压差值中最小值对应的候选故障点确定真实故障位置。对于双端而言，如果采用同一时刻的数据，那么参数的时变特性、过渡电阻的影响均等同，因此可在联合求解时，不考虑接地阻抗的影响，与工频量测距方法比较，故障点位置判别精度更高，且相比于行波测距法成本显著降低。此外，本发明实施例提供的故障定位方法，无需通过复杂的公式计算线路两端到故障点的实际距离，只需要根据计算的电压差值从多个候选故障点中选取最优的故障点，然后在最优的故障点附近以较小的搜索范围定位实际故障位置即可，显著降低了算法复杂度。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了本发明一个实施方式中一种高压双端线路故障定位方法的步骤示意图；

图2示出了本发明一个实施方式中一种高压双端线路故障定位方法的流程示意图；

图3示出了本发明一个实施方式中一种高压双端线路故障定位方法的计算过程示意图；

图4示出了本发明一个实施方式中一种高压双端线路故障定位装置的结构示意图；

图5示出了本发明一个实施方式中一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2，在一个实施方式中，一种高压双端线路故障定位方法，具体包括如下步骤：

步骤S101：当发生故障时，通过线路两侧的继电保护装置获取录波信息。

具体地，双端线路上发生接地故障后，会产生电压或电流的不对称信息，这些故障量特征信息对于两端的继电保护装置而言基本上可以视为同时发生的。因此，可根据这些特征量实现双端录波数据的同步，将相同时间的数据对齐，使原本相互无关的数据，变成具有电路方程关系的数据，从而保证故障信息量的准确，为精确计算故障点的位置奠定基础。然后在故障发生时，根据线路两端的继电保护装置获取的录波信息。考虑到日常运行的数据继电保护装置是不保存的，本发明实施例对故障录波设置启动条件，例如系统有故障的情况下零序电压值会升高，从而设定零序电压超过一定的阈值后，故障录波会启动，记录故障时刻附近的电压、电流信息，并将记录的信息用于后续计算。

步骤S102：在线路上预设若干候选故障点。

具体地，当线路发生接地故障时，由于实际的故障点位置未知，从而本发明实施例预先在线路上设置若干候选故障点，然后基于各个候选故障点分别进行推算，以从各个候选故障点中确定真实的故障点，相比现有技术直接推算的方法，能够进一步缩小推算范围，提高故障定位的准确度。值得注意的是，在本发明实施例中，为了使设置的若干故障点的可靠性和鲁棒性更好，以预设长度为间隔从线路首端到末端设定若干故障点，避免候选故障点分布过于离散，导致真实故障位置丢失的情况。进一步的，针对长距离高压输电线路，预设长度可以设置为100米。

步骤S103：以线路两侧的继电保护装置分别为起点，基于录波信息从两个方向计算各个候选故障点的故障点零序电压。

步骤S104：对每个候选故障点对应的一组故障点零序电压计算差值，得到多个电压差值；

步骤S105：基于多个电压差值中最小值对应的候选故障点确定真实故障位置。

具体地，从线路两端向故障点方向推算，真实故障点处的零序电压应当在线路中最大，并且该值唯一，即分别从线路两端向真实故障点推算故障点的零序电压，理论上推算的两个数值应该是相等的，即推算的两个值在任意时刻的电压差是0。如果是对假故障点从两端分别推算，会得到两端各自认为的零序电压最大值，这使得故障点的零序电压不唯一，从而得到的两个值会出现一个值大、另一个值小的情况，使得假故障点计算的电压差值显著增加。所以，本发明实施例基于录波信息从两个方向分别计算各个候选故障点的故障点零序电压，并计算每一个候选故障点对应的电压差值，电压差值越小，表示候选故障点的位置越接近真实故障点，最后基于多个电压差值中最小值对应的候选故障点确定真实故障位置。由于双端推算时的参数时变特性、过渡电阻的影响均等同，因此可在联合求解时，不考虑接地阻抗的影响，与工频量测距方法比较，故障点位置判别精度更高。并且无需行波测距设备，还能显著降低故障定位的成本。

具体地，在一实施例中，上述步骤S103，具体包括如下步骤：

步骤一：基于录波信息分别计算线路两侧第一继电保护装置对应的第一零序电压和第二继电保护装置对应的第二零序电压。

具体地，首先根据故障时刻附近的电压、电流信息计算得到线路两端继电保护装置对应的零序电压、零序电流。以便于将继电保护装置位置的零序电压、零序电流作为推算起点的零序电压和零序电流，从两端方向向中间推算故障点的零序电压。

步骤二：根据第一继电保护装置对当前候选故障点测得的电气量和第一零序电压建立第一电路方程。

步骤三：根据第二继电保护装置对当前候选故障点测得的电气量和第二零序电压建立第二电路方程。

步骤四：通过第一电路方程和第二电路方程分别计算当前候选故障点的两个故障点零序电压。

具体地，利用测量端测量到电气量(主要包括电阻和电抗)，根据已经测量到的电气量建立两个电路方程，从而在电路理论下通过两个电路方程即可从两个方向分别计算候选故障点的零序电压。方程的建立形式本实施例并不做特殊限定，只要能够推算各个候选故障点位置的零序电压即可。进而通过最小电压差筛选出最准确的候选故障点，继而通过单位阻抗值折算故障距离，实现故障测距。

具体地，如图3所示，在一实施例中，建立的第一电路方程和第二电路方程如下：

第一电路方程为

UM0+(R0M+jX0M)*IM0＝Uk0′

第二电路方程为

UN0+(R0N+jX0N)*IN0＝Uk0″

式中，UM0是第一零序电压；IM0是第一继电保护装置检测的零序电流；UN0是第二零序电压；IN0是第二继电保护装置检测的零序电流；R0M、X0M分别是第一继电保护装置到故障点的线路零序电阻和电抗，属于第一继电保护装置检测到的电气量；R0N、X0N分别是第二继电保护装置到故障点的线路零序电阻和电抗，属于第二继电保护装置检测到的电气量；Uk0′是从第一继电保护装置方向计算的故障点零序电压，Uk0″是从第二继电保护装置方向计算的故障点零序电压。

针对每一个候选故障点，均计算Uk0′和Uk0″，然后计算每一个候选故障点对应的Uk0′-Uk0″的电压差值，其中电压差值最小的候选故障点即为最接近真实故障位置的故障点K，进而根据该故障点确定真实故障位置，提高了故障定位的准确率。

具体地，在一实施例中，上述步骤S105，具体包括如下步骤：

步骤五：以多个电压差值中最小值对应的候选故障点的位置为中心，在线路上设定巡线范围。

步骤六：通过巡线系统在巡线范围内进行巡线，确定真实故障位置。

具体地，当确定了电压差值中最小值对应的候选故障点之后，可以直接将该候选故障点作为真实故障位置下发给技术人员，让技术人员去现场进行处理。而在本发明实施例中，为了进一步减少技术人员的工作难度，提高真实故障位置定位准确性，将最小电压差值对应的候选故障点的位置为作为中心，在线路上设定巡线范围，例如前后200米。然后控制巡线系统在巡线范围内进行巡线，继续以本申请提出的故障点零序电压做差的方法或者以工频量测量法进行二次校准，从而在巡线范围内确定可能性更高的故障位置作为真实故障位置，使得真实故障位置的范围进一步缩小，并将二次校准的故障信息下发给技术人员，进一步减少技术人员故障检查的难度。

具体地，在一实施例中，本发明实施例提供的一种高压双端线路故障定位方法，还包括如下步骤：

步骤七：计算真实故障位置的接地电阻值，并利用接地电阻值创建真实故障位置和接地电阻值的对应关系表。

具体地，在本发明实施例中，对于每一次故障计算的真实故障位置，均基于真实故障位置计算实际的接地电阻值，从而通过单位阻抗值折算故障距离，实现故障测距。然后建立真实故障位置和接地电阻值的对应关系表。一方面，后续再次发生故障时，如果故障位置是历史时刻已经发生过故障的位置，可以通过继电保护装置检测接地电阻值，从而查询关系表直接得到故障距离，减少计算步骤，缩短故障定位时间，提高故障定位效率。另外，由于对地阻抗通常受线路附近的建筑物和树木环境等因素影响，使得工频量测量法不准确，而本发明实施例先通过双端零序电压差值的方法确定准确的故障位置，再检测对应的接地电阻值，使故障位置和接地电阻之间的关系已经包括了建筑物和树木环境等因素的影响，还能提高故障定位的准确率。

通过上述步骤，本申请提供的技术方案，当发生故障时，通过线路两侧的继电保护装置获取录波信息；并在线路上预设若干候选故障点；然后以线路两侧的继电保护装置分别为起点，基于录波信息从两个方向计算各个候选故障点的故障点零序电压；如果一个候选故障点越接近于真实的故障点，那么该点从两端分别计算的零序电压应当越接近，从而对每个候选故障点对应的一组故障点零序电压计算差值，得到多个电压差值；最后基于多个电压差值中最小值对应的候选故障点确定真实故障位置。对于双端而言，如果采用同一时刻的数据，那么参数的时变特性、过渡电阻的影响均等同，因此可在联合求解时，不考虑接地阻抗的影响，与工频量测距方法比较，故障点位置判别精度更高，且相比于行波测距法成本显著降低。

如图4所示，本实施例还提供了一种高压双端线路故障定位装置，该装置包括：

信息采集模块101，用于当发生故障时，通过线路两侧的继电保护装置获取录波信息。详细内容参见上述方法实施例中步骤S101的相关描述，在此不再进行赘述。

虚拟故障点设定模块102，用于在线路上预设若干候选故障点。详细内容参见上述方法实施例中步骤S102的相关描述，在此不再进行赘述。

零序电压计算模块103，用于以线路两侧的继电保护装置分别为起点，基于录波信息从两个方向计算各个候选故障点的故障点零序电压。详细内容参见上述方法实施例中步骤S103的相关描述，在此不再进行赘述。

电压差值计算模块104，用于对每个候选故障点对应的一组故障点零序电压计算差值，得到多个电压差值。详细内容参见上述方法实施例中步骤S104的相关描述，在此不再进行赘述。

故障定位模块105，用于基于多个电压差值中最小值对应的候选故障点确定真实故障位置。详细内容参见上述方法实施例中步骤S105的相关描述，在此不再进行赘述。

本发明实施例提供的一种高压双端线路故障定位装置，用于执行上述实施例提供的一种高压双端线路故障定位方法，其实现方式与原理相同，详细内容参见上述方法实施例的相关描述，不再赘述。

通过上述各个组成部分的协同合作，本申请提供的技术方案，当发生故障时，通过线路两侧的继电保护装置获取录波信息；并在线路上预设若干候选故障点；然后以线路两侧的继电保护装置分别为起点，基于录波信息从两个方向计算各个候选故障点的故障点零序电压；如果一个候选故障点越接近于真实的故障点，那么该点从两端分别计算的零序电压应当越接近，从而对每个候选故障点对应的一组故障点零序电压计算差值，得到多个电压差值；最后基于多个电压差值中最小值对应的候选故障点确定真实故障位置。对于双端而言，如果采用同一时刻的数据，那么参数的时变特性、过渡电阻的影响均等同，因此可在联合求解时，不考虑接地阻抗的影响，与工频量测距方法比较，故障点位置判别精度更高，且相比于行波测距法成本显著降低。

图5示出了本发明实施例的一种电子设备，该设备包括处理器901和存储器902，可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。

处理器901可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器901还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

存储器902作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如上述方法实施例中的方法所对应的程序指令/模块。处理器901通过运行存储在存储器902中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的方法。

存储器902可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器901所创建的数据等。此外，存储器902可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器902可选包括相对于处理器901远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器901。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

一个或者多个模块存储在存储器902中，当被处理器901执行时，执行上述方法实施例中的方法。

上述电子设备具体细节可以对应参阅上述方法实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，实现的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。