输电线路故障行波网络定位新方法

卢鹏铭 纪俊渊

摘要：随着我国电力事业的发展，我国针对电力系统的故障检测也有了新的进展，对故障行波进行网络定位就是一种比较新的方法，如果输电线路发生了故障则会在故障点的位置上出现电流行波，使用网络来定位，能够大大提高故障检测的效率，对故障点进行准确的定位。本文对这种方法的概况以及输电网络的拓朴结构进行了阐述，并对关于电网中各节点到故障线路的最短路径和行波的网络定位算法和流程展开了分析。

关键词：输电线路;故障行波;网络定位

目前，我们国家的电网覆盖率越来越高，输电线路的长度有了成倍数的增加，这也给电力检修的人员带来了不少困难。随着科技的发展，对输电线路的检测技术也有了很大的改进，利用网络定位的方法可以有效地检查出故障点，不仅降低了电力巡视人员的工作量，还提高了电力工作的效率和质量，使整个电力系统能够稳定的运行。

一、故障行波网络定位的概况

在各种新科技的推进下，通信技术取得了很大的进步，我们国家的电网的覆盖区域越来越广，而且GPS卫星定位系统的定位越来越精确，故障行波网络定位的方法能够很好的解决定位失效、定位不准确以及定位出现其他故障等传统双端定位常常出现的问题。但是使用GPS系统来定位时，其具有一定的标准误差，但是这种标准误差在理论上的影响是很小的，但是在接收机上的误差却呈现正态分布的形式，在某些比较特殊情况下误差会较大，从而产生较大的测量误差。为了提高故障行波网络定位的准确性和可靠性，需要对其进行详细的研究。

二、输电网络的拓扑结构

输电网络与带权拓朴图之间是相互对应的，它们之间主要存在着以下三种关系，一是节点关系，各变电站和线路的母线形成节点对应的关系;二是边或弧的关系，边指的是相邻两个节点间的那段输电线路，如果输电线路具有规定的方向，就是弧;三是边、弧的权，也就是在电网中主要的线路长度，在负荷分配中也指某线路带的负载程度。然后规定各节点、边或弧的权值，将它抽象成为一个赋权的有向图或者是无向图，进而把电网中的故障行波传输的路径变为图上的最短路径，从而计算出实际的故障点。

三、关于电网中各节点到故障线路的最短路径的分析

如果输电线路在遭受到雷击或是发生短路等情况时，在故障处就会出现故障行波。故障行波的传输方式是沿着输电线在电网中传播的，并且以光速前进。其在传递的过程中会遇到一些阻碍，从而使行波发生反射或者折射的情况，在整个电力系统的网络中形成一种十分复杂的传播网络。行波测量的网络拓朴结构图（图1）中实线的箭头代表故障行波的传播路径，其上的数据代表路径的距离，虚线绘制的箭头是指信息传输的方向，ti是由变电站i记载的初始行波到达时间，其中的i=A、B、C、D、E、F……。

为了保证在求得最短的路径时故障距离是通过该故障线路的，可以通过运用邻近点优化和转接点的方式来求得故障行波的最短路径。给这种算法定好约束的条件，假设M点是最短路径的起点，要求该最短路径必须经过N点，把N点当做M的转接点，并对N点赋权r=lMN，对N求取路径组D，在将路径组D进行求和，即H=D+r，H即为M点行波传递到线路末端的最短路径，计算的过程中能够保证每个节点间的最短路径全部经过N点。具体的步骤如下：第一步：初始化G=（V，E），把S点的初始状态设为空集，D作为路径里最小数组。第二步：选取M点，并把N点定义为转接点，对N点赋权r=lMN。第三步，选择D中的最小数组分量，设为D[i]，i就是最短路径的终点，所以S=S∪{i}。第四步，依照i节点来更改数组D内的转接点N到集合V-S中的k所相对应的分量，也就是如果D[i]和lik之和小于D[k]的话，那么D[k]就等于D[i]和lik之和。第五步，需要重复进行第三步和第四步的操作，确定所有节点的最短路径，也就是集合V是空集。第六步，求到最短的路径组也就是H=D+r。

四、行波的网络定位算法和流程

（一）行波的网络定位算法

当书店线路出现故障以后，行波会经过高速的传播并发生反射、折射的情况形成复杂的行波网络，其发生的速度是以光速进行的，传输距离和传输时间呈正比关系，所以比例的因子是波速。由传统的采用双端定位的方式进行测算的公式可以看出故障点到检测点i的距离可以用公式：

其中表示变电站i所记载行波的初始到达时间，tj表示变电站j所记载的行波的初始到达时间，lij表示通过故障路线上的i与j点间的最小路径。对上面的公式进行变换以后的出：

通过这个公式就可以得出如果输电网线中任何一台定位的装置发生了故障，那么该店一定在这条直线以外。利用传输时间和传输距离之间的关系就可以除掉发生错误的点。

（二）网络定位算法的流程

当输电线路上的某一点發生了故障，通过线性拟合后就可以在电网内实现综合定位，具体的流程如下：第一，把网络的参数进行初始化，这些参数包括输电线路自身的参数、杆塔信息、变电站的参数、开关量的设置还有各个监测点的网络尾端等的序号等;第二，根据EMS得知输电洗哪里的断路器的运行状态，然后判断发生故障的线路，跳闸的点到变电站初始行波的实践最早的线路就是发生故障的线路MN;第三，求的故障线路的两端也就是M点和N点各自到对端线路的路径组也就是HM和HN，还有相邻测线的路径组DM和DN;第四，利用DM和DN对应的时间点，对线路两端点的时间进行修正。并将实践代替之前算出的故障线路端时间;第五，求出路径组HM和HN分别对应的时间差，把时间差作为X轴，把路径差作为Y轴，进行拟合，最后得到a、b;第六，根据第三、第四两步得知dM和dN;第七，求出故障距离，公式是：。

结束语：通过使用输电线路行波网络分析的方法可以通过利用传输距离和传输时间之间的正比关系，对其进行线性拟合，减少了记录误差的发生，从而提高了电路检修工作的工作效率和质量。

参考文献：

[1]殷海涛.输电线路故障行波网络定位新方法[J].科技与企业，2014（19）：154.