国内外高压输电线路故障定位方法的研究

国内外高压输电线路因发生大量故障而诱发电力系统瓦解事故,引起了各国对高压输电线路故障定位及其相关问题的极大关注。为准确、快速找到故障点,系统地分析比较了国内外现有的高压输电线路故障定位方法、研究现状以及存在的主要问题。     

风力发电站高压输电线路故障定位方法

针对目前方法对高压输电线路进行故障定位时,由于未能基于信息熵指标提取输电线路故障的信号特征,导致该方法在进行故障定位时,存在定位精度低、定位误差大、定位时间长、定位效果差的问题,提出基于数据驱动的风力发电站高压输电线路故障定位方法。对风力发电系统进行具体分析,基于数据驱动方法构建发电系统的系统模型;以模型为基础,获取故障信号的信息熵指标以及近似熵指标,根据获取指标提取故障的信号特征;利用多点的数据故障定位方法,对风力发电站高压输电线路中的故障进行定位。实验结果表明,运用该方法进行故障定位时,定位精度高、定位误差小、定位时间短以及定位效果好。     

基于广域同步测量技术的煤矿高压电网故障区段定位算法

广域同步测量技术可实现全网动态参量数据的快速共享,为解决单相接地故障的在线定位问题提供了新的契机。给出了接地故障时刻各馈线支路上零序电流的时域特征方程,分析得出健全线路与故障线路间零序电流暂态脉冲极性相反的结论,据此提出实现故障区段定位的优化矩阵算法。该算法按照电网拓扑连接关系建立网络描述矩阵,依据各开关节点的暂态脉冲极性信息构建故障特征矩阵,最终利用优化判断准则完成故障区段的准确定位,ATP-EMTP算例仿真验证了该算法的优越性和可行性。论述了基于广域同步测量技术实现煤矿高压电网单相接地故障区段定位的方案,包括分层式测控系统结构和故障在线定位的实施过程。     

基于行波法的低压台区低压故障停电报警系统设计

为了提高低压故障停机报警的准确性,缩短故障报告时间,设计了一种基于行波法的低压故障停机报警系统。系统接入层的功能是采用基于多点电流测量的输电线路行波故障定位方法检测低压台区低压故障信号,利用罗氏电流互感器获取低压下电流行波数据源,对比近邻TA中电流故障分类的相位关联性,以此定位故障范围;使用首级与第2级测点间线路段运算波速,使用双端行波运算获取故障距离。同时,接入层还具有报警电话的呼叫接入等功能。流程控制层能够设置停电报警的流程,根据低压故障定位结果进行自动报警;用户根据报警信息通过业务逻辑层输入相应控制指令。实验结果显示,该系统在不同故障类型条件、不同故障点条件下的精度均控制在27 m以下,显著低于设定阈值,停电报警时间控制在0.1 s以内。     

基于小波变换的行波测距在电网故障选线中的应用

利用小波变换检测和分析故障行波,准确捕捉故障初始行波和故障点第一个反射波到达保护点的时间。根据电缆的结构特点,利用实时在线测得的故障线路参数,计算出模量行波的传播速度,对故障点进行准确测距定位,得出保护装置选择性动作的原理及判据,实现煤矿电网的故障选线。     

一种新的电弧接地故障选线方法

通过理论分析和大量6 kV模拟试验验证,研究了电弧接地故障时暂态零序测量电流的特征,以及故障线路与非故障线路暂态零序测量电流之间的关系:①电弧接地时,零序电压和各馈线零序电流中都有高频衰减的暂态分量.暂态分量的频率主要与变压器漏抗、电网对地电容和相间电容有关.暂态分量的特征基本不受中性点接地方式的影响.②故障线路与非故障线路的零序暂态电流在频率、衰减速度等特性上相同.非故障线路零序暂态电流的大小与本线路对地电容的大小呈正比,而故障线路零序暂态电流等于所有非故障线路零序暂态电流之和,但方向相反;零序暂态电流的衰减速度随电弧电阻的增大而加快.③单相接地故障发生在相电压最大值附近时,暂态零序电流最大,发生在相电压过零点附近时最小.在此基础上,提出一种新的、能在单片机上实现并满足在线实时选线计算需要的单相接地故障暂态电流选线算法.经实验数据证明,该算法对电弧接地故障是有效的.     

基于暂态行波频谱特征分量的故障选线和测距方法

通常故障产生的高频行波主要有两类,第一类是由故障点和变电站之间的线路产生的,第二类是通过分支节点向故障点反射产生的。针对配电网的短路故障和接地故障,提出了一种基于暂态行波频谱特征分量的故障选线和测距方法,即提取和识别这两种故障行波,通过简单的计算就能准确地进行故障选线以及测算变电站到故障点之间的距离。该方法不需要估算多个测量点,既减少了人工排查时间,又缩短了停电范围,可靠地计算出故障点到变电站之间的距离。通过PSCAD软件搭建仿真模型以及运用Matlab进行数据处理,模拟多种不同类型的母线故障以及线路故障,均验证该方法满足了实验的要求。     

消除单端行波测距死区的煤矿电网故障定位

单端行波故障定位由于故障行波特征难于分辨,故障距离若与非故障线路基本特征匹配时,导致单端行波测距方法无法完成,因此输电网中实用的故障定位均为基于GPS精确校时的双端行波法。在深入剖析煤矿中压电网发生故障后的行波传递的基本特点的基础上,充分考虑煤矿电网馈线支路多、线缆混合情况等矿区电网的特点,对单端行波故障定位原理特点作深入分析。定义行波瞬时功率,改进了电压、电流行波易受线路中噪声影响的问题,提高了信号的可测性;并根据选线结果及线路本身参数,利用故障线路中两个反应故障距离的反射波头时间关系验证反射波头,解决单端行波定位的死区问题。PSCAD/EMTDC仿真实验表明,该故障定位方法具有较高的精确度,完全能适应煤矿电网的特点。     

基于FTU的配电网故障快速定位的研究

针对目前配电网广泛采用故障定位方法存在实时性不够、精度欠缺的局限,提出了一种矩阵法和行波法相结合的故障快速定位的思路。该方法利用FTU采集的配电网故障电流数据和对故障行波传播时间的测量,结合矩阵法和行波法实现平均误差约0.358%的故障位置确定。仿真分析表明,该方法具有定位精确高、实时性好的特点,能够在故障初期实现对故障位置的准确判定。     

煤矿配电线路行波故障测距的研究

煤矿井下配电电缆由于老化等原因,发生故障是不可避免的,快速地找到故障点,能提高煤矿井下电力系统的稳定性和供电可靠性。现有输电线路行波故障测距方法常常导致测距结果误差较大,针对煤矿井下的特殊条件,提出了一种新的故障测距方法,并对影响测距精度的因素提出了相应的解决方案。     

基于信号分析技术和人工智能算法的电力线路故障定位研究

针对基于行波分析的故障定位方法存在的部署成本高,且在串补电路中精度不足的问题,提出一种基于信号处理技术和人工智能算法相结合的低成本故障定位方法。使用双曲S变换对故障电流进行时频转换以提取故障特征,使用能量谱分析技术对故障特征进行降维处理,并将所得到的故障特征输入反向传递人工神经网络（BP-ANN）模型,实现对电力线路故障距离的识别。仿真实验表明,在不同故障类型、不同过渡电阻的条件下,该方法均能够实现准确的故障定位。     

基于罗氏线圈二次信的煤矿高压电网接地故障区段定位

煤矿高压电网的单相接地保护仍需依靠动作时间的级差配合以实现纵向的选择性,这对井下供电安全是潜在的威胁。为此,分析并阐明了煤矿高压电网单相接地故障时各线路区段零序电流的基波有功分量、高次谐波无功分量的分布特点;同时提出将罗氏线圈引入到零序电流信号的检测中,对其二次侧电压信号的幅值与相角特性的分析表明利用罗氏线圈测量零序电流可有效提升谐波分量在被测电流中的含量比例。在此基础上构造了基于罗氏线圈二次侧信号的综合零序电流判据,并给出了煤矿高压电网单相接地故障区段定位算法。该算法不仅可实现无级差的单相接地故障区段定位,而且可有效提高单相接地保护的灵敏度。建立了基于PSCAD/EMTDC的10 kV煤矿高压电网模型,通过典型故障仿真验证了算法的正确性。     

基于小波变换的反向行波识别方法研究

简要论述了煤矿井下高压电网行波测距所需要解决的关键问题,针对该问题详细论证了故障点反射波的识别方法,基于小波变换模极大值的波形比较法来识别故障点反射波,对故障点反射波性质的识别进行验证,进而准确识别初始行波和故障点反射波。仿真结果表明,该方法有效且有很高的精确度。     

Online fault recognition of electric power cable in coal mine based on the minimum risk neural network

Firstly, the concepts of the traveling wave entropy and the feature function of traveling wave entropy were defined. Then the statistic characters of the traveling wave entropy feature function, mean value and variance were analyzed after the zero-order component of the traveling wave of online cable was selected to serve as the observed object. Finally, the new recognition algorithm of minimum risk neural network was presented. The simulation experiments show that the recognitions of the early fault states can be completed correctly by using the proposed recognition algorithm. The classes of cable faults include in 1-phase ground faults, and the 2-phase short circuit faults or ground faults, and the 3-phase short circuit faults or ground faults, open circuit. The fault resistance range is 1×10⁻¹∼1×10⁹ Ω. Supported by the Science and Technology Foundation of Shaanxi Province in China (2003K06G19)