一种多端系统故障定位方法及装置与流程

1.本发明涉及一种多端系统故障定位方法及装置，属于电力系统领域。


背景技术：

2.对于电力系统而言输电线路是故障最多的部位。传输线路故障导致的停电、电压不稳等事故通常会造成巨大的经济损失，且事故时间越长损失越大，因此故障发生之后，精准、及时的锁定故障所在位置，并迅速派出工作人员进行故障点的事故抢修，可有效保障负载端的可靠用电，减小损失。
3.目前双端或单端输电线路故障定位方法已经比较成熟，但是对于结构较复杂的三端或多端线路，所提算法多基于行波技术，而多端线路的线路分支大部分都是短线路，行波算法的适用性较低。无法完成多端系统故障的准确定位。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种多端系统故障定位方法及装置，用以解决无法对多端系统故障准确定位的问题。
5.为实现上述目的，本发明的方案包括：
6.本发明提供了一种多端系统故障定位方法，包括如下步骤：
7.1)在多端系统的故障保护启动设定时间后，对于多端系统中的任一可定位接点，获取该接点可进行相间故障定位判别的分支末端接点的相间电压和分支相间电压所述可定位接点是指该接点可进行相间故障定位判别的分支数目大于或等于2，可进行相间故障定位判别的分支是指该分支的分支相间电压和分支相间电流已知；
8.2)若该接点的某条可进行相间故障定位判别的分支末端接点的相间电压和分支相间电压满足则认为定位成功，判定该线路分支发生相间故障；若分支末端接点的相间电压的幅值小于电压门槛定值，则认为定位成功，判定相间故障发生在该线路分支末端接点的附近；若均不满足，则认为该分支没有发生相间故障；其中，cos表示求取余弦函数，angle表示求取向量角度；
9.3)对于其他可定位接点，重复执行步骤1)和步骤2)以对所有接点进行判别，从而完成多端系统故障点的定位。
10.有益效果：通过对于可定位点可进行相间故障定位判别的分支末端t接点的相间电压和分支相间电压的获取，并判断计算得到的可定位点可进行相间故障定位判别的分支末端t 接点的相间电压和分支相间电压是否满足设定条件，从而完成故障点的定位，进一步，对所有接点进行上述判别完成了多端系统故障点的判断，保障了故障定位的准确性，从而保障了电力系统的稳定。
11.进一步地，分支末端接点的相间电压计算公式为：
12.13.其中，为任一分支的相间电压，为该分支的相间电流，z
t
为该分支到t接点的正序阻抗，为求取的分支末端t接点的相间电压。
14.有益效果：通过上述公式完成了分支末端t接点的相间电压的计算，保障了多端系统故障的定位。
15.进一步地，若在可定位接点的可进行相间故障定位判别的分支数目等于2的情况下，若该接点的两个可进行相间故障定位判别的分支均不满足以及该接点的两个可进行相间故障定位判别的分支末端接点的相间电压的幅值小于电压门槛定值，则认为这两个分支没有发生相间故障，通过如下公式计算该接点另一分支z末端接点的相间电压和分支z的相间电压，具体为：
[0016][0017][0018][0019]
其中，为分支x末端t接点的相间电压，为分支y末端t接点的相间电压，为分支z末端t接点的相间电压，为分支z的相间电压，z
t
为该分支到t 接点的正序阻抗，为分支z的相间电压，为分支x的相间电压，为分支y的相间电压；
[0020]
并进行故障定位判断：若计算得到的分支z末端接点的相间电压和计算得到的分支z的相间电压满足则认为定位成功，判定该 z线路分支发生相间故障；若计算得到的分支末端接点的相间电压的幅值小于电压门槛定值，则定位成功，判定相间故障发生在该线路分支z所连接接点的附近。
[0021]
有益效果：可定位点可进行相间故障定位判别的分支数目等于2时，若这两个可进行相间故障定位判别的分支均不满足以及该接点的两个分支末端接点的相间电压的幅值小于电压门槛定值，则认为这两个分支没有发生相间故障，并通过上述公式完成另一分支的末端接点的相间电压和分支的相间电压的计算，并对分支z 进行故障定位，完成了可定位点的分支数量为2时的所有分支的故障定位。
[0022]
进一步地，所述故障保护启动设定时间为20ms。
[0023]
本发明还提供了一种多端系统故障定位装置，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行存储在存储器中的计算机程序指令以实现如下方法：
[0024]
1)在多端系统的故障保护启动设定时间后，对于多端系统中的任一可定位接点，获取该接点可进行相间故障定位判别的分支末端接点的相间电压和分支相间电压
[0025]
2)若该接点的某条可进行相间故障定位判别的分支末端接点的相间电压和分支相间电压满足则认为定位成功，判定该线路分支发生相间故障；若分支末端接点的相间电压的幅值小于电压门槛定值，则认为定位成功，判定相间故障发生在该线路分支末端接点的附近；若均不满足，则认为该分支没有发生相间
故障；
[0026]
3)对于其他接点，重复执行步骤1)和步骤2)以对所有接点进行判别，从而完成多端系统故障点的定位。
[0027]
有益效果：通过本装置能够完成可定位点任一分支末端t接点的可进行相间故障定位判别的分支的相间电压和分支相间电压的获取，并判断计算得到的可进行相间故障定位判别的分支末端t接点的相间电压和分支相间电压是否满足设定条件，从而完成故障点的定位，进一步，对所有接点进行上述判别完成了多端系统故障点的判断，保障了故障定位的准确性，从而保障了电力系统的稳定。
[0028]
进一步地，分支末端t接点的相间电压的计算方法为：
[0029][0030]
其中，为任一分支的相间电压，为该分支的相间电流，z
t
为该分支到t接点的正序阻抗，为求取的分支末端t接点的相间电压。
[0031]
有益效果：通过上述公式完成了分支末端t接点的相间电压的计算，保障了多端系统故障的定位。
[0032]
进一步地，在可定位接点的可进行相间故障定位判别的分支数目等于2的情况下，若该接点的两个可进行相间故障定位判别的分支均不满足以及该接点的两个可进行相间故障定位判别的分支末端接点的相间电压的幅值小于电压门槛定值，通过如下公式计算该接点另一分支末z端接点的相间电压和分支z的相间电压，具体为：
[0033][0034][0035][0036]
其中，为分支x末端t接点的相间电压，为分支y末端t接点的相间电压，为分支z末端t接点的相间电压，为分支z的相间电压，z
t
为该分支到t 接点的正序阻抗，为分支z的相间电压，为分支x的相间电压，为分支y的相间电压；
[0037]
并进行故障定位判断：若计算得到的分支z末端接点的相间电压和计算得到的分支z的相间电压满足则认为判定成功，判定该线路分支发生相间故障；若计算得到的分支z末端接点的相间电压的幅值小于电压门槛定值，则认为判定成功，判定相间故障发生在该线路分支z所连接接点的附近。
[0038]
有益效果：在可定位接点的可进行相间故障定位判别的分支数目等于2的情况下，，若这两个可定位点均不满足以及该接点的两个分支末端接点的相间电压的幅值小于电压门槛定值，则认为这两个分支没有发生相间故障，并通过上述公式完成另一分支末端接点的相间电压和分支的相间电压的计算，并对分支z进行故障定位，完成了可定位点可进行相间故障定位判别的分支数目等于2的情况下，分支的故障定位。
[0039]
进一步地，故障保护启动设定时间为20ms。
具体实施方式
[0040]
本发明的构思在于，构造多端系统t接点结构表，对任意一个t接点，判断是否为可定位点，若为可定位点，则计算该接点分支末端t接点的相间电压；并判断计算得到的分支末端t接点的相间电压是否满足设定条件，来进行相间故障的定位。从而对于多端线路的各个接点的相间故障进行定位，准确地得到了相间故障的位置，保障了电力系统的稳定性。
[0041]
下面对本发明做进一步详细的说明。
[0042]
方法实施例：
[0043]
针对多端线路，采用本实施例的一种多端系统故障定位方法进行故障定位，具体过程如下：
[0044]
步骤一，获取多端线路的t接点结构表。
[0045]
根据线路拓扑结构图，形成多端系统t接点结构下表1如下：
[0046]
表1
[0047][0048]
对任意一个t接点，其必然连接3条分支，定义t接点数据结构下表2：
[0049]
表2
[0050][0051]
步骤二，对所有接点进行故障定位判断。具体步骤如下。
[0052]
1)从《多端系统t接点结构表》中提取1个t接点：
[0053]
若表中已没有t接点，则本次故障定位失败，退出定位流程；
[0054]
若提取成功，则执行第2步；
[0055]
2)对t接点进行分析：
[0056]
若该t接点所有分支均已完成定位，从表中删除该t接点，执行第四步；
[0057]
若该t接地为不可定位t接点，执行第4步；
[0058]
若该t接点为可定位t接点，执行第3步；
[0059]
3)对该t接点所有分支进行故障定位判别，若某分支已经进行过判别，不再重复判别：
[0060]
若成功定位故障点，则输出定位信息，结束定位流程；
[0061]
若未能定位故障点，从表中删除该t接点，执行第4步。
[0062]
4)提取下一个t接点：
[0063]
若提取成功，返回执行第2步；
[0064]
若提取失败，返回执行第1步。
[0065]
对于任意线路分支，该分支发生相间故障的判据如下：
[0066][0067][0068][0069]
其中，为任一分支的相间电压，为该分支的相间电流，z
t
为该分支到t接点的正序阻抗，为求取的分支末端t接点的相间电压，表示相别，cos表示求取余弦函数，angle表示求取向量角度，u
set
为电压门槛定值。
[0070]
对任意分支，根据公式(1)-(3)可知，若要对分支进行故障定位判别，需要 z
t
和u
set
四个数据，其中z
t
和u
set
由定值给出，则若知道该分支的相间电压和相间电流即可对该分支进行相间故障定位判别。
[0071]
其中，对任一接点故障定位判断方法为：根据t接点可以进行相间故障定位判别(即分支相间电压和相间电流已知)的分支数目n，对t接点进行如下分类：
[0072]
①
不可定位t接点：n小于2；(后续经过优化后可以进行定位)
[0073]
②
可定位t接点：n大于等于2；
[0074]
在保护启动20ms后：
[0075]
若n＝3，对3条分支依次根据公式(1)计算该线路分支末端t接点处的相间电压若计算得到的和这两个向量满足公式(2)时，则认为定位成功，该线路分支发生相间故障；若计算得到的的幅值满足公式(3)时，即认为定位成功，相间故障点在该线路分支末端t接点的附近；若均不满足，则认为该分支没有发生相间故障。
[0076]
若n＝2，假设分支x、y的相间电压、电流已知，可以进行相间故障定位，分支z的相间电压、电流未知，则对分支x、y依次进行上述的公式(1)计算分支末端t接点的相间电压，并将计算得到的值代入公式(2)-(3)中进行故障定位判断，若分支x、y均不满足公式(2)和(3)，即分支x、y没有发生相间故障，则通过公式(4)-(6)计算分支 z末端t接点的相间电压和分支z的相间电压若计算得到的分支z的和这两个向量满足公式(2)时，则认为定位成功，该z线路分支发生相间故障；若重新计算得到的的幅值满足公式(5)时，即认为定位成功，相间故障点在该z线路分支末端t接点的附近。
[0077]
分支z末端t接点的相间电压和分支z的相间电压计算公式如下：
[0078][0079][0080][0081]
其中，为分支x末端t接点的相间电压，为分支y末端t接点的相间电
压，为分支z末端t接点的相间电压，为分支z的相间电压，z
t
为该分支到t 接点的正序阻抗，为为分支z的相间电流，为分支x的相间电流，为分支y 的相间电流。
[0082]
装置实施例：
[0083]
本发明的一种多端系统故障定位装置，包括存储器、处理器和内部总线，处理器、存储器之间通过内部总线完成相互间的通信和数据交互。其中，处理器可以为微处理器mcu、可编程逻辑器件fpga等处理装置；存储器可以为利用电能方式存储信息的各式存储器，例如ram、rom等。处理器用于执行存储在存储器中的程序指令以实现本发明的方法实施例中介绍的一种多端系统故障定位方法。且该方法已在方法实施例中做了详细的叙述，此处不再赘述。

技术特征：
1.一种多端系统故障定位方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在多端系统的故障保护启动设定时间后，对于多端系统中的任一可定位接点，获取该接点可进行相间故障定位判别的分支末端接点的相间电压和分支相间电压所述可定位接点是指该接点可进行相间故障定位判别的分支数目大于或等于2，可进行相间故障定位判别的分支是指该分支的分支相间电压和分支相间电流已知；2)若该接点的某条可进行相间故障定位判别的分支末端接点的相间电压和分支相间电压满足则认为定位成功，判定该线路分支发生相间故障；若分支末端接点的相间电压的幅值小于电压门槛定值，则认为定位成功，判定相间故障发生在该线路分支末端接点的附近；若均不满足，则认为该分支没有发生相间故障；其中，cos表示求取余弦函数，angle表示求取向量角度；3)对于其他可定位接点，重复执行步骤1)和步骤2)以对所有接点进行判别，从而完成多端系统故障点的定位。2.根据权利要求1所述的多端系统故障定位方法，其特征在于，其特征在于，分支末端接点的相间电压的计算公式为：其中，为任一分支的相间电压，为该分支的相间电流，z
t
为该分支到t接点的正序阻抗，为求取的分支末端t接点的相间电压。3.根据权利要求1所述的多端系统故障定位方法，其特征在于，在可定位接点的可进行相间故障定位判别的分支数目等于2的情况下，若该接点的两个可进行相间故障定位判别的分支均不满足以及该接点的两个可进行相间故障定位判别的分支末端接点的相间电压的幅值小于电压门槛定值，则通过如下公式计算该接点另一分支z末端接点的相间电压和分支z的相间电压，具体为：分支z末端接点的相间电压和分支z的相间电压，具体为：分支z末端接点的相间电压和分支z的相间电压，具体为：其中，为分支x末端t接点的相间电压，为分支y末端t接点的相间电压，为分支z末端t接点的相间电压，为分支z的相间电压，z
t
为该分支到t接点的正序阻抗，为为分支z的相间电流，为分支x的相间电流，为分支y的相间电流；并进行故障定位判断：若计算得到的分支z末端接点的相间电压和计算得到的分支z的相间电压满足则认为定位成功，判定该z线路分支发生相间故障；若计算得到的分支z末端接点的相间电压的幅值小于电压门槛定值，则认为定位成功，判定相间故障发生在该线路分支z所连接接点的附近。4.根据权利要求1～3任一项所述的多端系统故障定位方法，其特征在于，其特征在于，步骤1)中，所述故障保护启动设定时间为20ms。5.一种多端系统故障定位装置，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器用于执
行存储在存储器中的计算机程序指令以实现如下方法：1)在多端系统的故障保护启动设定时间后，对于多端系统中的任一可定位接点，获取该接点可进行相间故障定位判别的分支末端接点的相间电压和分支相间电压2)若该接点的某条可进行相间故障定位判别的分支末端接点的相间电压和分支相间电压满足则认为定位成功，判定该线路分支发生相间故障；若分支末端接点的相间电压的幅值小于电压门槛定值，则认为定位成功，判定相间故障发生在该线路分支末端接点的附近；若均不满足，则认为该分支没有发生相间故障；3)对于其他可定位接点，重复执行步骤1)和步骤2)以对所有接点进行判别，从而完成多端系统故障点的定位。6.根据权利要求5所述的多端系统故障定位装置，其特征在于，分支末端接点的相间电压的计算公式为：其中，为任一分支的相间电压，为该分支的相间电流，z
t
为该分支到t接点的正序阻抗，为求取的分支末端t接点的相间电压。7.根据权利要求5所述的多端系统故障定位装置，其特征在于，在可定位接点的可进行相间故障定位判别的分支数目等于2的情况下，且若该接点的两个可进行相间故障定位判别的分支均不满足以及该接点的两个可进行相间故障定位判别的分支末端接点的相间电压的幅值小于电压门槛定值，通过如下公式计算该接点另一分支z末端接点的相间电压和分支z的相间电压，具体为：分支z末端接点的相间电压和分支z的相间电压，具体为：分支z末端接点的相间电压和分支z的相间电压，具体为：其中，为分支x末端t接点的相间电压，为分支y末端t接点的相间电压，为分支z末端t接点的相间电压，为分支z的相间电压，z
t
为该分支到t接点的正序阻抗，为分支z的相间电流，为分支x的相间电流，为分支y的相间电流；并进行故障定位判断：若计算得到的分支z末端接点的相间电压和计算得到的分支z的相间电压满足则认为定位成功，判定该z线路分支发生相间故障；若计算得到的分支z末端接点的相间电压的幅值小于电压门槛定值，则认为定位成功，判定相间故障发生在该线路分支z所连接接点的附近。8.根据权利要求5～7任一项所述的多端系统故障定位装置，其特征在于，所述故障保护启动设定时间为20ms。

技术总结
本发明涉及电力系统领域，具体为一种多端系统故障定位方法及装置。包括如下步骤：1)在多端系统的故障保护启动设定时间后，对于多端系统中的任一可定位接点，获取该接点可进行相间故障定位判别的分支末端接点的相间电压和分支相间电压2)若该接点的某条可进行相间故障定位判别的分支末端接点的相间电压和分支相间电压满足则判定该线路分支发生相间故障；若分支末端接点的相间电压的幅值小于电压门槛定值，则判定相间故障发生在该线路分支末端接点的附近；3)对于其他接点，重复执行步骤1)和步骤2)以对所有接点进行判别，从而完成多端系统故障点的定位。本发明解决了多端系统故障定位问题，保障了电力系统的安全。安全。


技术研发人员：杨飞 闫振宏 刘梦夏 田景辅 张武洋 孙明一 田鹏飞 李剑锋 葛延峰 王世成 吴蒙 李宝伟 王中玉
受保护的技术使用者：国网辽宁省电力有限公司 许继电气股份有限公司 国家电网有限公司
技术研发日：2022.11.28
技术公布日：2023/9/25