基于全波形反演理论的输电线路分布式故障重演方法研究

Fast and accurate transmission line fault positioning and recurrence of the fault process can not only enhance the stability of the power supply, but also provide statistic and theoretical support to fault analysis, fault diagnosis and fault prevention. Utilizing the cable fault detection device installed along the transmission line, this project can extract the characteristic parameters of fault current traveling wave and operation status of the cable without any damage. Accurate positioning is operated through collaborative analysis of multiple parameters. Further, according to the waveform inversion theory, the waveform of fault current at the fault point can be inversed through the fault current traveling wave and fault position of each fault point. In the end, based on the transient fault information which contains fault positions and fault current waveforms, the development process of the fault can be reproduced.The research in this project includes the change mechanism and mathematical model of typical propagation characteristic parameters of fault current traveling wave and its reflection and refraction wave, the distributed fault positioning algorithm based on transient fault current traveling wave, and the fault current inversion method based on full wave reflection theory, the transmission line fault reproduction method based on fault point transient current. The transmission line fault reproduction method studied in this project visualizes the fault process, providing a new means to transmission line fault positioning, analysis and diagnosis.

快速、准确对输电线路故障点进行定位，并对线路故障过程进行重演，不仅可提高供电可靠性，更可为故障分析、诊断及后期防御提供数据和理论支持。本项目利用沿输电线路安装的导线故障检测装置，无损提取故障电流行波的特征参数及导线运行状态信息，通过多个参数协同分析来对故障点进行精确定位，进一步利用各个点的故障电流行波和故障点位置，根据波形反演理论，反演出故障点故障电流波形，最终根据故障位置、故障点电流波形等故障暂态信息重演故障的发展过程。项目主要研究内容包括：故障电流行波及其折反射行波序列沿线传播典型特征量的变化机理和传播特性数学模型；基于故障暂态电流行波的分布式故障定位算法；基于全波形反演理论的故障点故障电流反演方法和基于故障点暂态电流的输电线路故障重演方法。通过本项目研究建立输电线路故障过程重演方法，实现输电线路故障整个过程的状态情景可视，为输电线路故障定位、故障分析和故障诊断提供一种新的手段。

快速、准确对输电线路故障点进行定位，并对线路故障过程进行重演，不仅可提高供电可靠性，更可为故障分析、诊断及后期防御提供数据和理论支持。本项目利用沿输电线路安装的故障检测装置，无损提取故障电流行波的特征参数，通过多个参数协同分析来对故障点进行精确定位，进一步利用各个点的故障电流行波和故障点位置，根据波形反演理论，反演出故障点故障电流波形，最终根据故障位置、故障点电流波形等故障暂态信息重演故障的发展过程。项目主要研究内容包括：（1）研究输电线路故障暂态电流的无损提取技术。提出了高能量密度的感应取电方法，将感应取电电源的功率密度提高一倍以上，同时提出了基于差分绕线的PCB罗氏线圈设计方法，将故障电流传感器的成本降低至20元左右，大幅降低故障电流检测装置的成本。（2）提出分布式故障定位模型的优化方法，实现自适应的故障定位算法；（3）研究故障点故障暂态波形反演方法。利用各个检测点的故障电流波形及输电线路行波传播特性，建立了基于输电线路行波正演数据与观测数据残差的目标函数，并用L2范数将其转化成最优化问题；通过粒子群算法求解目标函数达到最小值时的参数值，最终获得输电线路分布参数（R、L、G、C）的近似最佳估计，并由此精确推算出故障点的暂态波形。（4）研究故障行波时域特征与不同雷击类型的对应关系，提出基于故障时域特征的雷击类型辨识方法。以反演得到的故障点暂态波形为基础，研究了不同故障情况下三相故障电流在极性、幅值、能量域等不同特征量的差异，提出了基于故障电流时域特征的输电线路雷击类型识别方法；(5) 研究输电线路故障暂态行波与故障关键参数的对应关系，提出了输电线路单相接地故障重演方法。以故障点暂态波形的特征参数作为基础，构建了基于行波幅值、故障电阻、故障角的数学模型，实现了故障点关键故障信息的准确获取，完成故障暂态过程重演。