[发明专利]基于不受行波波速影响的单端行波故障测距计算方法和测距方法

权利要求书

1.一种基于不受行波波速影响的单端行波故障测距计算方法，其特征在于：其步骤是：

线路发生故障时，由故障点同时向M母线、N母线发出故障行波，设故障发生时刻为t₀，初始电流行波到达M端的时刻为t_1M，尔后第一或者第二类行波到达M端的时刻为t_2M，以及第一、第二或者第三类行波到达M端的时刻为t_3M、t_4M……，设L是线路的全长，x是故障点到母线M的距离，

当0<x<L/3时：

一般地，若t_p(p≥4)时刻，对端母线的第1个反射波的透射波到达母线监测端，

t₀＝(3t₁-t₂)/2

当L/3<x<L/2时：

t₀＝(3t₁-t₂)/2

当L/2<x<2L/3时：

t₀＝(3t₁-t₃)/2

当2L/3<x<L时

t₀＝(3t₁-t_p)/2

2.如权利要求1所述的基于不受行波波速影响的单端行波故障测距计算方法，其特征在于：

其步骤是：

3.1相模变换

三相高压、中压线路存在耦合作用，为了消除三相之间耦合的影响，需要先对行波分量进行相模变换，将相互耦合的相分量解耦为相互独立的0、α、β分量，根据凯仑贝尔(Karrenbauer)变换，三相电流解耦为:

其中:I_α、I_β、I₀分别为相电流I_a、I_b、I_c凯伦贝尔变换下的α模分量、β模分量和零模分量，其中零模分量在三相导体和大地之间传播,α模分量在A相和B相线路之间传播,β模分量在A相和C相线路之间传播，α模分量和β模分量仅传播在导体之间，所以又称线模分量，

零模分量随着频率升高衰减很严重，一般不选零模分量作为小波变换的对象；而线模暂态行波信号作为测量信号可以保证足够的灵敏度,可以作为测量信号来进行小波分析，采用故障电流的α模分量作为测量信号；

3.2测距算法

在M端采集故障电流行波信号，MN线路不同位置故障，行波传输过程如图2-图5所示，

当线路发生故障时，由故障点同时向M母线、N母线发出故障行波，设故障发生时刻为t₀，初始电流行波到达M端的时刻为t_1M，尔后第一或者第二类行波到达M端的时刻为t_2M，以及第一、第二或者第三类行波到达M端的时刻为t_3M、t_4M……

设L是线路的全长，x是故障点到母线M的距离，

根据到达M端的第2个行波所属不同类型，线路的全长L可以分为(0,L/2)、(L/2,L)两个区段；根据到达M端的第3个行波所属不同类型，(0,L/2)区段再细分为(0,L/3)、(L/3,L/2)两个子区段，(L/2,L)区段再细分为(L/2,2L/3)、(2L/3,L)两个子区段，综上所述，线路的全长L，可以由L/3、L/2、2L/3点分为4个子区段，分别为0<x<L/3，L/3<x<L/2，L/2<x<2L/3，2L/3<x<L，

利用到达M端的三(四)个时刻计算故障发生时刻及故障距离，

各个区段测距算法推导如下：

3.2.1 0<x<L/3区段

在0<x<L/3区段，故障暂态行波如图2所示，联立以下方程：

式中，行波传播平均速度v、故障发生时刻t₀、x为未知数，t_1、t_2、t₃以小波变换模极大值对应时刻求得，观察可见，以上联立方程互成比例，无法求得v、x，由网格图2可见，引入第二类行波到达时刻t₄，可得以下方程组：

联立以上方程，求得：

t₀＝(3t₁-t₂)/2

一般地，若t_p(p≥4)时刻，对端母线的第1个反射波的透射波到达母线监测端，则存在：

3.2.2 L/3<x<L/2区段

在L/3<x<L/2区段，故障暂态行波如图3所示，

在t≤3τ时间区间，列出方程：

联立以上方程，求解得：

t₀＝(3t₁-t₂)/2

3.2.3 L/2<x<2L/3区段

在L/2<x<2L/3区段，故障暂态行波如图4所示，

在t≤3τ时间区间，列出方程：

联立以上方程，求解得：

t₀＝(3t₁-t₃)/2

3.2.4 2L/3<x<L区段

在2L/3<x<L区段，故障暂态行波如图5所示，

在t≤3τ时间区间，列出方程：

联立以上方程，无解；

利用第1类行波到达时刻t_p，得以下方程：

联立以上方程，求解得：

t₀＝(3t₁-t_p)/2

根据以上4个区段分析的结果，在故障距离函数x表达式中，自变量不含行波速度v，仅只与线路全长以及t₁、t₂、t₃、t₄(t_p)等有关，可以直接用于线路的故障定位测距。

3.一种基于不受行波波速影响的单端行波故障测距方法，

其步骤：

a、按照测量端本端为三类母线和对端为一类母线进行行波录波启动，检测初始故障电流行波并且进行凯伦贝尔变换；

b、对I_α进行一维连续小波变换，提取t₁、t₂、t₃、t₄(t_p)；

c、对应小波变换模极大值时刻t₁、t₂、t₃、t₄(t_p)，读取小波系数极性、大小，判定行波波头极性；

d、按照以下原则进行极性组合：以初始行波波头小波系数的极性为参考极性，若测得第一个到达波头小波系数为“—”，则第二个到达波头小波系数则为“+”；若测得第一个到达波头小波系数为正，则第二个到达波头小波系数则分别为“—”；

e、若测得第一个到达波头小波系数、第二个到达波头小波系数极性相反时，则x<L/2，根据：

式一：

判定是否符合0<x<L/3，

式二：

判定是否符合L/3<x<L/2；

f、当测得第一个到达波头小波系数、第二个到达波头小波系数极性相同时，则x＞L/2，根据：

式一：

判定是否符合L/2<x<2L/3，

式二：

判定是否符合2L/3<x<L。