CN109917232A

CN109917232A - 一种自动优化测距参数的故障测距方法及系统

Info

Publication number: CN109917232A
Application number: CN201910288940.8A
Authority: CN
Inventors: 宋胜利; 陈玉林; 张建锋; 肖鲲; 虞晓阳; 张�杰
Original assignee: NR Electric Co Ltd; State Grid Corp of China SGCC
Current assignee: NR Electric Co Ltd; State Grid Corp of China SGCC
Priority date: 2019-04-11
Filing date: 2019-04-11
Publication date: 2019-06-21

Abstract

本发明公开一种自动优化测距参数的故障测距方法及系统，方法步骤是：分别根据故障距离与最佳脉冲宽度曲线、故障距离与行波等效波速曲线，设定初始脉冲宽度和初始行波波速；以初始脉冲宽度向被测线路注入脉冲宽度可调的探测脉冲，并检测线路故障点反射脉冲进行初步测距；根据测距结果调整探测脉冲的脉冲宽度，并进行再次测距；对比最近两次测距结果，如果测距结果偏差大于门槛Thrd1，则再次根据最新测距结果调整脉冲宽度并再次测距；重复以上过程，直至最近两次测距结果偏差不大于Thrd1。此种技术方案可解决固定宽度的脉冲难以同时适应近距离故障和远距离故障的问题，同时解决采用固定行波波速导致的行波测距误差的问题，以适应不同故障距离。

Description

一种自动优化测距参数的故障测距方法及系统

技术领域

本发明属于高压直流输电技术领域，特别涉及一种自动优化测距参数的故障测距方法及系统。

背景技术

直流输电线路的接地极导线或金属回线在正常工况下处于地电位，不易进行故障监测，但发生故障时会对直流系统运行造成安全隐患。要对直流接地极导线或金属回线进行故障监测，需向线路注入脉冲波形，检测反射脉冲波形，并基于单端行波法进行故障测距，如图1所示。脉冲行波沿线路传输时，会发生衰减和色散，且传输距离越长，则行波衰减和色散越严重。行波衰减会导致行波幅度降低，从而信噪比降低。增加注入的脉冲宽度有助于增加信号幅度，减小行波信号衰减的影响，但会影响近区故障的监测。行波色散的原因在于行波中的各种频率成分虽频率的增加，其波速和衰减都会增加，从而行波波形发生畸变。行波色散会导致行波等效波速变慢，且随着行波传输距离的增加，行波等效波速变慢越严重。行波衰减和色散效应对线路的故障监测会造成负面影响，会降低故障监测的可靠性和行波测距的精度。

传统的基于注入脉冲的故障监测方法使用脉宽固定的脉冲，这种方式存在如下不足：当故障点较近时，会由于脉冲过宽而形成盲区；当故障点较远时，又会由于脉冲过窄而衰减较大。此外，传统的方法使用恒定的行波波速进行测距，忽略了不同故障距离时的行波色散效果导致的行波波速不同，从而测距精度有所降低。

发明内容

本发明的目的，在于针对直流输电线路的接地极导线或金属回线故障监测的需求，解决固定宽度的脉冲难以同时适应近距离故障和远距离故障的问题，同时解决采用固定行波波速导致的行波测距误差的问题，提供一种自动优化测距参数的故障测距方法及系统，其可调整脉冲宽度适应不同故障距离。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种自动优化测距参数的故障测距方法，包括如下步骤：

步骤1，根据故障距离与最佳脉冲宽度的曲线，设定初始脉冲宽度；根据故障距离与行波等效波速的曲线，设定初始行波波速；

步骤2，向被测线路注入脉冲宽度可调的探测脉冲，且其脉冲宽度为步骤1设定的初始脉冲宽度，并检测线路故障点反射脉冲，结合步骤1设定的初始行波波速进行初步测距；

步骤3，根据初步测距结果调整探测脉冲的脉冲宽度，并根据故障点反射脉冲进行再次测距；

步骤4，对比最近两次测距结果，如果测距结果偏差大于门槛Thrd1，则再次根据最新测距结果调整脉冲宽度并再次测距；重复以上过程，直至最近两次测距结果偏差不大于Thrd1。

上述步骤1中，故障距离与最佳脉冲宽度的曲线的获取方法是：

步骤1a，建立被测线路的数字仿真模型，将仿真线路分成N段，每段的位置记为d_k，d₀对应线路首端，d_N对应线路末端，k＝1～N；

步骤1b，在仿真线路的不同位置点d_k分别设置故障，并分别施加不同脉冲宽度的脉冲，脉冲宽度w_k以定时长按步长dT递增；当脉冲幅度达到最大值或脉冲宽度达到上限时，停止递增，得到对应关系{dk，w_k}，从而得到故障距离与最佳脉冲宽度的曲线w_k＝f(d_k)。

上述步骤1b中，脉冲宽度w_k以定时长0.2μs按步长dT递增，w_k取值范围为0.2～5μs。

上述步骤1中，故障距离与行波等效波速的曲线的获取方法是：

步骤1B，在仿真线路的不同位置分别设置故障点d_k，根据{d_k，w_k}施加对应脉冲宽度的脉冲，根据发射脉冲、反射脉冲到达时刻的时间差dt_k计算行波波速，即：v_k＝2·d_k/dt_k，得到故障距离与行波等效波速的对应关系{d_k，v_k}，从而得到故障距离与行波等效波速的曲线v_k＝g(d_k)。

上述步骤1B中，发射脉冲、反射脉冲的行波到达时刻确定方法为：计算行波前沿斜率绝对值，以斜率绝对值最大点作为行波到达时刻。

上述步骤2中，进行初步测距的方法是：设故障距离为线路M％处，M＝0～100，则故障测距结果为：x₁＝M％·dt₀·v₀，其中，dt₀为发射脉冲与反射脉冲到达时刻的时间差，v₀为初始行波波速。

上述步骤4中，Thrd1设为300～500米。

一种自动优化测距参数的故障测距系统，包括：

存储装置，用于存储故障距离与最佳脉冲宽度的曲线，以及故障距离与行波等效波速的曲线；

可调脉冲产生装置，用于产生指定脉冲宽度的探测脉冲，并注入被测线路中；

检测装置，用于检测发射脉冲及线路故障点反射脉冲到达时刻的时间差，并送入计算装置；

计算装置，用于根据检测装置输出的时间差，以及探测脉冲的初始行波波速，计算得到测距结果，并送入控制装置；以及，

控制装置，用于根据故障距离，基于存储装置的故障距离与行波等效波速的曲线设定初始行波波速，并送入计算装置；用于根据故障距离，基于存储装置的故障距离与最佳脉冲宽度的曲线设定初始脉冲宽度，并以此控制可调脉冲产生装置产生探测脉冲，用于初步测距；用于根据计算装置输出的测距结果，调整可调脉冲产生装置产生探测脉冲的脉冲宽度；并用于在最近两次测距结果偏差大于Thrd1时输出测距结果。

上述计算装置计算得到测距结果的方法是：设故障距离为线路M％处，M＝0～100，则故障测距结果为：x₁＝M％·dt₀·v₀，其中，dt₀为发射脉冲与反射脉冲到达时刻的时间差，v₀为初始行波波速。

上述Thrd1设为300～500米。

采用上述方案后，本发明可以自动调整激励脉冲宽度以适应不同的故障距离，满足近距离故障的窄脉冲需求和远距离故障的宽脉冲需求，从而兼顾了近距离故障的高分辨率需要和远距离故障的高信号响度需求；对于不同故障距离采用对应的等效波速，可以提高行波测距的精度。本发明可提升时域反射法的故障监测可靠性和测距精度。

附图说明

图1是本发明涉及的直流接地极线路或金属回线的故障检测系统图；

图2是本发明涉及的故障距离与脉冲宽度曲线示意图；

图3是本发明涉及的故障距离与行波波速曲线示意图；

图4是本发明涉及的单端行波测距原理示意图；

图5是本发明的流程图。

具体实施方式

如图5所示，本发明提供一种自动优化测距参数的故障测距方法，其实施步骤为：

步骤51，根据实际线路的模型，仿真得到故障距离与脉冲宽度的曲线；

步骤52，根据实际线路的模型，仿真得到故障距离与行波波速的曲线；

步骤53，按50％线路长度设置初始脉冲宽度和行波波速，进行初次故障测距：

步骤54，根据测距结果，调整脉冲宽度和行波波速，再次进行故障测距；

步骤55，比较最近两次测距结果的差异与门槛值Thrd1，若测距结果差异大于Thrd1则转步骤56，否则转步骤57；

步骤56，若测距结果差异大于Thrd1，则进入步骤54，再次故障测距；

步骤57，若测距结果差异不大于Thrd1，则停止迭代，给出故障测距结果。

以下结合具体实施例，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

第1步，建立仿真线路，其实施方式为：

针对待测线路，根据其实际线路参数(导线高度、距离、直径、电阻率等)搭建数字仿真模型。将仿真线路分成N段，分段数N可取10～100。线路越长，分段数N可越大。每段的位置记为d_k，d₀对应线路首端，d_N对应线路末端。

第2步，确定故障距离与脉冲宽度的对应关系曲线w_k＝f(dk)，如图2所示，其实施方式为：

在仿真线路的不同位置点d_k分别设置故障(k＝1～N)，并分别施加不同宽度的脉冲，脉冲宽度w_k按从0.2μs按步长dT递增，dT可取0.1μs，w_k取值范围为0.2～5_μs。当脉冲幅度达到最大值或脉冲宽度达到上限时，表明该脉冲宽度已达到最佳值，此时停止递增，得到对应关系{d_k，w_k}。故障距离与脉冲宽度的对应关系{d_k，w_k}即是脉冲宽度曲线w_k＝f(d_k)，该曲线以表格方式存放在故障测距系统中，故障检测时根据实测故障距离x_j(i＝1，2，...)查表可得到脉冲宽度T_j＝f(x_j)，j＝0，1，2，...；

第3步，确定故障距离与行波波速的对应关系曲线v_k＝g(d_k)，如图3所示，其实施方式为：

在仿真线路的不同位置分别设置故障点d_k，根据{d_k，w_k}施加对应宽度的脉冲，根据发射脉冲、反射脉冲的时间差dt_k计算行波波速，即：v_k＝2·d_k/dt_k，该速率即是线路行波衰减和色散效应在不同的传输距离时导致的行波等效波速。此时，得到故障距离与行波等效波速的对应关系{d_k，v_k}。故障距离与行波等效波速的对应关系{d_k，v_k}即是波速曲线v_k＝g(d_k)，该曲线以表格方式存放在故障测距系统中，故障检测时根据故障距离x_j查表得到行波波速v_j。

发射脉冲、反射脉冲的行波到达时刻确定方法为：计算行波前沿斜率绝对值，以斜率绝对值最大点作为行波到达时刻；

第4步，设定初始脉冲宽度、行波波速，并进行故障测距，其实施方式为：

假设故障距离c为线路50％处，查脉冲宽度曲线得到初始脉冲宽度T₀＝f(x₀)，查行波波速曲线得到行波波速v₀＝g(x₀)。

故障测距系统向实际被测线路注入脉冲宽度为T0的探测脉冲，并检测线路故障点反射脉冲。如图4所示，基于单端行波测距原理，根据发射脉冲与反射脉冲到达时刻的时间差dt₀进行初次故障测距，即：x₁＝0.5·dt₀·v₀。

第5步，调整脉冲宽度、行波波速，并进行故障测距，其实施方式为：

根据上一步的测距结果x_i，查表得到调整后的脉冲宽度T_i＝f(x_i)，查表得到调整后的行波波速v_i＝g(x_i)。故障测距系统向实际被测线路注入脉冲宽度为Ti的探测脉冲，并检测线路故障点反射脉冲。基于单端行波测距原理，根据发射脉冲与反射脉冲的时间差dt_i进行第i次调整后的故障测距，即：x_i+1＝0.5·dt_i·v_i。

根据本次测距结果x_i+1和上次测距结果x_i计算测距结果偏差。如果测距结果偏差大于门槛Thrd1，则再次根据最新测距结果x_i+1调整输出脉冲宽度和行波波速，并再次测距。重复以上过程，直至最近两次测距结果偏差不大于Thrd1。Thrd1可根据线路杆塔的平均距离设置，通常为300～500米。

自动调整脉冲宽度方法的硬件实现方法为：故障测距系统采用DSP芯片与可编程门阵列FPGA协同工作的方式实现脉冲宽度的自动调整，其中DSP芯片负责采集脉冲波形、计算故障距离、设定脉冲宽度，FPGA模块根据DSP芯片设定的脉冲宽度控制脉冲输出触发信号，以纳秒级的分辨率控制输出脉冲的宽度。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims

1.一种自动优化测距参数的故障测距方法，其特征在于包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的故障测距方法，其特征在于：所述步骤1中，故障距离与最佳脉冲宽度的曲线的获取方法是：

步骤1b，在仿真线路的不同位置点d_k分别设置故障，并分别施加不同脉冲宽度的脉冲，脉冲宽度w_k以定时长按步长dT递增；当脉冲幅度达到最大值或脉冲宽度达到上限时，停止递增，得到对应关系{d_k,w_k}，从而得到故障距离与最佳脉冲宽度的曲线w_k＝f(d_k)。

3.如权利要求2所述的故障测距方法，其特征在于：所述步骤1b中，脉冲宽度w_k以定时长0.2μs按步长dT递增，w_k取值范围为0.2～5μs。

4.如权利要求1所述的故障测距方法，其特征在于：所述步骤1中，故障距离与行波等效波速的曲线的获取方法是：

步骤1B，在仿真线路的不同位置分别设置故障点d_k，根据{d_k,w_k}施加对应脉冲宽度的脉冲，根据发射脉冲、反射脉冲到达时刻的时间差dt_k计算行波波速，即：v_k＝2·d_k/dt_k，得到故障距离与行波等效波速的对应关系{d_k,v_k}，从而得到故障距离与行波等效波速的曲线v_k＝g(d_k)。

5.如权利要求4所述的故障测距方法，其特征在于：所述步骤1B中，发射脉冲、反射脉冲的行波到达时刻确定方法为：计算行波前沿斜率绝对值，以斜率绝对值最大点作为行波到达时刻。

6.如权利要求4所述的故障测距方法，其特征在于：所述步骤2中，进行初步测距的方法是：设故障距离为线路M％处，M＝0～100，则故障测距结果为：x₁＝M％·dt₀·v₀，其中，dt₀为发射脉冲与反射脉冲到达时刻的时间差，v₀为初始行波波速。

7.如权利要求1所述的故障测距方法，其特征在于：所述步骤4中，Thrd1设为300～500米。

8.一种自动优化测距参数的故障测距系统，其特征在于包括：

9.如权利要求8所述的故障测距系统，其特征在于：所述计算装置计算得到测距结果的方法是：设故障距离为线路M％处，M＝0～100，则故障测距结果为：x₁＝M％·dt₀·v₀，其中，dt₀为发射脉冲与反射脉冲到达时刻的时间差，v₀为初始行波波速。

10.如权利要求8所述的故障测距系统，其特征在于：所述Thrd1设为300～500米。