一种基于运行扰动在线自标定波速的配电网混合线路单相接地故障行波定位方法与流程

本发明涉及电力系统继电保护与故障测距，尤其是一种基于运行扰动在线自标定波速的配电网混合线路单相接地故障行波定位方法。

背景技术：

1、行波故障定位利用故障暂态行波在线路中的传播时差反演故障位置，其精度由初始行波到达时刻标定与行波波速取值共同决定。在配电网场景下，现有技术存在两大突出缺陷：

2、第一，混合线路波速误差大：配网普遍为架空—电缆混架，架空段波速约294m/us，电缆段波速仅约160m/us，二者相差近一倍。现有方法多采用整线统一平均波速，导致定位绝对误差可超700m。虽可通过停电短路试验实测分段波速，但停电试验代价高、周期长，且波速随温度、负荷动态变化，一次试验值难以长期有效。

3、第二，多分支反射波致波头误判：配网t接分支众多，故障行波在每个分支节点、阻抗突变点均产生反射波，与故障点反射波在观测端叠加。现有阈值法、奇异性检测法难以区分故障点反射波头与分支反射伪波头，波头误标定直接导致定位失败或故障分支判断错误。

4、可见，现有技术往往只针对上述某一项缺陷单独改进，缺少一种同时解决波速不准、波头误判两大误差源、且不依赖人工智能与停电试验的配网行波定位方法。

技术实现思路

1、为解决配网混合线路受温度影响导致定位精度较差的问题，本发明的目的在于提供一种精度显著提升、免停电、自维护、抗反射干扰、可解释、易落地的基于运行扰动在线自标定波速的配电网混合线路单相接地故障行波定位方法。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于运行扰动在线自标定波速的配电网混合线路单相接地故障行波定位方法，该方法包括下列顺序的步骤：

3、（1）在混合线路各端布设行波监测终端，采集暂态行波，并标定波头到达时刻，形成波头时刻序列；

4、（2）利用运行过程中位置已知的扰动所产生的行波，测量其在相邻行波监测终端间的传播时差，结合区段已知长度与介质分段，反演各介质段的实际波速，建立分段波速库，并按温度和负荷动态修正分段波速库；

5、（3）根据线路拓扑与分段波速库，计算各拓扑节点反射波到达各端的理论时刻指纹，将实测波头与理论时刻指纹比对，以剔除分支反射伪波头，并辨识故障所在分支；

6、（4）沿故障所在分支按各介质段的实际波速累加行波传播时间，联立各端时间差求解故障位置。

7、步骤（1）具体是指：所述行波监测终端的带宽覆盖1 khz至1 mhz，采样率大于等于2 mhz，对采集的暂态行波，采用teager能量算子与小波模极大值联合标定波头到达时刻，形成波头时刻序列。

8、步骤（2）具体包括以下步骤：

9、（2a）扰动源采集：采集运行过程中位置已知的扰动所产生的行波，所述位置已知的扰动所产生的行波包括线路开关操作行波、由外部雷电定位系统给定落雷坐标的雷击感应行波、电容器组投切行波中的一种或多种；

10、（2b）分段波速反演：对已知位置的扰动行波，测量已知位置的扰动行波在相邻两行波监测终端间的传播时差，结合相邻两行波监测终端间的已知物理长度与介质分段边界，按分段模型反解出各介质段的实际传播波速即实际波速；所述介质分段边界包括架空、电缆和跳线；

11、分段模型的公式为：

12、；

13、式中，为行波传播速度；为单位长度电感，即导线或电缆每公里的等效电感；为单位长度电容，即导线或电缆对地，或导线、电缆相间每公里的等效电容；

14、（2c）环境修正：建立行波传播速度随当前运行导体的温度的修正关系，所述当前运行导体包括导线和电缆：

15、；

16、式中，为当前运行导体的温度下的真实行波传播速度；为标定参考温度下得到的基准波速；为波速温度系数；为标定参考温度；

17、依据行波监测终端实时采集的温度对分段波速库进行动态修正与滚动更新，由此获得反映线路真实、实时状态的分段波速库。

18、步骤（3）具体包括以下步骤：

19、（3a）指纹预计算：导入配网实时gis拓扑，结合分段波速库，预先计算各拓扑节点反射波到达各行波监测终端的理论到达时刻，构成各行波监测终端的反射波拓扑时刻指纹；

20、（3b）伪波头剔除：将波头时刻序列与反射波拓扑时刻指纹逐一比对，将与已知节点反射指纹在容差范围内吻合的波头判定为分支反射伪波头并剔除，保留由故障点产生的有效反射波头；

21、（3c）故障分支辨识：依据保留的有效波头的极性、到达时序，以及有效波头与各分支路径理论传播时间的一致性，采用时差合理性校验锁定故障所在分支。

22、步骤（4）具体包括以下步骤：

23、（4a）令a行波监测终端测得的故障行波到达时刻为，令b行波监测终端测得的故障行波到达时刻为，令到达时间差为；令a、b行波监测终端之间的线路长度为，=++，其中，为第一段导线长度，为第二段电缆长度，为第三段导线长度；

24、（4b）根据当前行波监测终端测得当前运行导体的温度，计算在导线及电缆中修正后的传播波速和；

25、（4c）求解故障位置：

26、当时，，此时故障点位于上且距离a行波监测终端米处；

27、当时，，此时故障点位于上且距离a行波监测终端米处；

28、当时，，此时故障点位于上且距离a行波监测终端米处；

29、式中，为行波到达a、b行波监测终端的时间差；为故障点距离a行波监测终端的距离。

30、在步骤（3a）中，所述配网实时gis拓扑包括节点、分支长度和介质分段；所述各拓扑节点包括t接点、架空电缆接头和线路末端。

31、在步骤（3c）中，所述时差合理性校验是指：若解算位置越出线路范围或与拓扑冲突则回退重筛。

32、由上述技术方案可知，本发明至少具有以下有益效果：第一，精度显著提升：以分段真实波速替代整线平均波速，从根本上消除混架线路的波速偏差；目标定位误差≤±150m，故障分段识别准确率≥95%；第二，免停电、自维护：利用运行扰动在线自标定波速，无需专门停电短路试验，波速库随温度、负荷滚动更新，越用越准；第三，抗反射干扰：拓扑指纹主动剔除分支反射伪波头，解决配网多t接场景下的波头误判难题；第四，可解释、易落地：全流程为确定性拓扑算法，不含ai，无需故障样本训练，结果可追溯、便于现场标定与技术评审。

1.一种基于运行扰动在线自标定波速的配电网混合线路单相接地故障行波定位方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：

2.根据权利要求1所述的基于运行扰动在线自标定波速的配电网混合线路单相接地故障行波定位方法，其特征在于：步骤（1）具体是指：所述行波监测终端的带宽覆盖1 khz至1mhz，采样率大于等于2 mhz，对采集的暂态行波，采用teager能量算子与小波模极大值联合标定波头到达时刻，形成波头时刻序列。

3.根据权利要求1所述的基于运行扰动在线自标定波速的配电网混合线路单相接地故障行波定位方法，其特征在于：步骤（2）具体包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的基于运行扰动在线自标定波速的配电网混合线路单相接地故障行波定位方法，其特征在于：步骤（3）具体包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的基于运行扰动在线自标定波速的配电网混合线路单相接地故障行波定位方法，其特征在于：步骤（4）具体包括以下步骤：

6.根据权利要求4所述的基于运行扰动在线自标定波速的配电网混合线路单相接地故障行波定位方法，其特征在于：在步骤（3a）中，所述配网实时gis拓扑包括节点、分支长度和介质分段；所述各拓扑节点包括t接点、架空电缆接头和线路末端。

7.根据权利要求4所述的基于运行扰动在线自标定波速的配电网混合线路单相接地故障行波定位方法，其特征在于：在步骤（3c）中，所述时差合理性校验是指：若解算位置越出线路范围或与拓扑冲突则回退重筛。