輸電線路故障行波網(wǎng)絡(luò)定位新方法

盧鵬銘 紀(jì)俊淵

摘要：隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，我國針對電力系統(tǒng)的故障檢測也有了新的進展，對故障行波進行網(wǎng)絡(luò)定位就是一種比較新的方法，如果輸電線路發(fā)生了故障則會在故障點的位置上出現(xiàn)電流行波，使用網(wǎng)絡(luò)來定位，能夠大大提高故障檢測的效率，對故障點進行準(zhǔn)確的定位。本文對這種方法的概況以及輸電網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)進行了闡述，并對關(guān)于電網(wǎng)中各節(jié)點到故障線路的最短路徑和行波的網(wǎng)絡(luò)定位算法和流程展開了分析。

關(guān)鍵詞：輸電線路;故障行波;網(wǎng)絡(luò)定位

目前，我們國家的電網(wǎng)覆蓋率越來越高，輸電線路的長度有了成倍數(shù)的增加，這也給電力檢修的人員帶來了不少困難。隨著科技的發(fā)展，對輸電線路的檢測技術(shù)也有了很大的改進，利用網(wǎng)絡(luò)定位的方法可以有效地檢查出故障點，不僅降低了電力巡視人員的工作量，還提高了電力工作的效率和質(zhì)量，使整個電力系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運行。

一、故障行波網(wǎng)絡(luò)定位的概況

在各種新科技的推進下，通信技術(shù)取得了很大的進步，我們國家的電網(wǎng)的覆蓋區(qū)域越來越廣，而且GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的定位越來越精確，故障行波網(wǎng)絡(luò)定位的方法能夠很好的解決定位失效、定位不準(zhǔn)確以及定位出現(xiàn)其他故障等傳統(tǒng)雙端定位常常出現(xiàn)的問題。但是使用GPS系統(tǒng)來定位時，其具有一定的標(biāo)準(zhǔn)誤差，但是這種標(biāo)準(zhǔn)誤差在理論上的影響是很小的，但是在接收機上的誤差卻呈現(xiàn)正態(tài)分布的形式，在某些比較特殊情況下誤差會較大，從而產(chǎn)生較大的測量誤差。為了提高故障行波網(wǎng)絡(luò)定位的準(zhǔn)確性和可靠性，需要對其進行詳細(xì)的研究。

二、輸電網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

輸電網(wǎng)絡(luò)與帶權(quán)拓樸圖之間是相互對應(yīng)的，它們之間主要存在著以下三種關(guān)系，一是節(jié)點關(guān)系，各變電站和線路的母線形成節(jié)點對應(yīng)的關(guān)系;二是邊或弧的關(guān)系，邊指的是相鄰兩個節(jié)點間的那段輸電線路，如果輸電線路具有規(guī)定的方向，就是弧;三是邊、弧的權(quán)，也就是在電網(wǎng)中主要的線路長度，在負(fù)荷分配中也指某線路帶的負(fù)載程度。然后規(guī)定各節(jié)點、邊或弧的權(quán)值，將它抽象成為一個賦權(quán)的有向圖或者是無向圖，進而把電網(wǎng)中的故障行波傳輸?shù)穆窂阶優(yōu)閳D上的最短路徑，從而計算出實際的故障點。

三、關(guān)于電網(wǎng)中各節(jié)點到故障線路的最短路徑的分析

如果輸電線路在遭受到雷擊或是發(fā)生短路等情況時，在故障處就會出現(xiàn)故障行波。故障行波的傳輸方式是沿著輸電線在電網(wǎng)中傳播的，并且以光速前進。其在傳遞的過程中會遇到一些阻礙，從而使行波發(fā)生反射或者折射的情況，在整個電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中形成一種十分復(fù)雜的傳播網(wǎng)絡(luò)。行波測量的網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)圖（圖1）中實線的箭頭代表故障行波的傳播路徑，其上的數(shù)據(jù)代表路徑的距離，虛線繪制的箭頭是指信息傳輸?shù)姆较?，ti是由變電站i記載的初始行波到達(dá)時間，其中的i=A、B、C、D、E、F……。

為了保證在求得最短的路徑時故障距離是通過該故障線路的，可以通過運用鄰近點優(yōu)化和轉(zhuǎn)接點的方式來求得故障行波的最短路徑。給這種算法定好約束的條件，假設(shè)M點是最短路徑的起點，要求該最短路徑必須經(jīng)過N點，把N點當(dāng)做M的轉(zhuǎn)接點，并對N點賦權(quán)r=lMN，對N求取路徑組D，在將路徑組D進行求和，即H=D+r，H即為M點行波傳遞到線路末端的最短路徑，計算的過程中能夠保證每個節(jié)點間的最短路徑全部經(jīng)過N點。具體的步驟如下：第一步：初始化G=（V，E），把S點的初始狀態(tài)設(shè)為空集，D作為路徑里最小數(shù)組。第二步：選取M點，并把N點定義為轉(zhuǎn)接點，對N點賦權(quán)r=lMN。第三步，選擇D中的最小數(shù)組分量，設(shè)為D[i]，i就是最短路徑的終點，所以S=S∪{i}。第四步，依照i節(jié)點來更改數(shù)組D內(nèi)的轉(zhuǎn)接點N到集合V-S中的k所相對應(yīng)的分量，也就是如果D[i]和lik之和小于D[k]的話，那么D[k]就等于D[i]和lik之和。第五步，需要重復(fù)進行第三步和第四步的操作，確定所有節(jié)點的最短路徑，也就是集合V是空集。第六步，求到最短的路徑組也就是H=D+r。

四、行波的網(wǎng)絡(luò)定位算法和流程

（一）行波的網(wǎng)絡(luò)定位算法

當(dāng)書店線路出現(xiàn)故障以后，行波會經(jīng)過高速的傳播并發(fā)生反射、折射的情況形成復(fù)雜的行波網(wǎng)絡(luò)，其發(fā)生的速度是以光速進行的，傳輸距離和傳輸時間呈正比關(guān)系，所以比例的因子是波速。由傳統(tǒng)的采用雙端定位的方式進行測算的公式可以看出故障點到檢測點i的距離可以用公式：

其中表示變電站i所記載行波的初始到達(dá)時間，tj表示變電站j所記載的行波的初始到達(dá)時間，lij表示通過故障路線上的i與j點間的最小路徑。對上面的公式進行變換以后的出：

通過這個公式就可以得出如果輸電網(wǎng)線中任何一臺定位的裝置發(fā)生了故障，那么該店一定在這條直線以外。利用傳輸時間和傳輸距離之間的關(guān)系就可以除掉發(fā)生錯誤的點。

（二）網(wǎng)絡(luò)定位算法的流程

當(dāng)輸電線路上的某一點發(fā)生了故障，通過線性擬合后就可以在電網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)綜合定位，具體的流程如下：第一，把網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)進行初始化，這些參數(shù)包括輸電線路自身的參數(shù)、桿塔信息、變電站的參數(shù)、開關(guān)量的設(shè)置還有各個監(jiān)測點的網(wǎng)絡(luò)尾端等的序號等;第二，根據(jù)EMS得知輸電洗哪里的斷路器的運行狀態(tài)，然后判斷發(fā)生故障的線路，跳閘的點到變電站初始行波的實踐最早的線路就是發(fā)生故障的線路MN;第三，求的故障線路的兩端也就是M點和N點各自到對端線路的路徑組也就是HM和HN，還有相鄰測線的路徑組DM和DN;第四，利用DM和DN對應(yīng)的時間點，對線路兩端點的時間進行修正。并將實踐代替之前算出的故障線路端時間;第五，求出路徑組HM和HN分別對應(yīng)的時間差，把時間差作為X軸，把路徑差作為Y軸，進行擬合，最后得到a、b;第六，根據(jù)第三、第四兩步得知dM和dN;第七，求出故障距離，公式是：。

結(jié)束語：通過使用輸電線路行波網(wǎng)絡(luò)分析的方法可以通過利用傳輸距離和傳輸時間之間的正比關(guān)系，對其進行線性擬合，減少了記錄誤差的發(fā)生，從而提高了電路檢修工作的工作效率和質(zhì)量。

參考文獻：

[1]殷海濤.輸電線路故障行波網(wǎng)絡(luò)定位新方法[J].科技與企業(yè)，2014（19）：154.