Identification and Location of Near-end Faults in Transmission Lines Based on Time-domain Waveform Characteristic Recognition

ZHANG Guangbin; CHEN Boyu; SHU Hongchun; SI Dajun

doi:10.7500/AEPS20221230006

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Identification and Location of Near-end Faults in Transmission Lines Based on Time-domain Waveform Characteristic Recognition

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Identification and Location of Near-end Faults in Transmission Lines Based on Time-domain Waveform Characteristic Recognition
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 5, Pages: 146-156(2024)
- 作者机构：
  
  1.昆明理工大学电力工程学院,云南省昆明市 650500
  2.云南电网有限责任公司电网规划建设研究中心,云南省昆明市 650011
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51907085);the Key Science and Technology Project of Yunnan Province of China(202002AF080001)
- DOI：10.7500/AEPS20221230006
  CLC：
- Received：30 December 2022，
  
  Revised：2023-09-26，
  
  Published Online：29 January 2024，
  
  Published：10 March 2024
- 稿件说明：
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张广斌,陈柏宇,束洪春等.基于时域波形特征认知的输电线路近端故障辨识与定位[J].电力系统自动化,2024,48(5):146-156.

ZHANG Guangbin,CHEN Boyu,SHU Hongchun,et al.Identification and Location of Near-end Faults in Transmission Lines Based on Time-domain Waveform Characteristic Recognition[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(5):146-156.
张广斌,陈柏宇,束洪春等.基于时域波形特征认知的输电线路近端故障辨识与定位[J].电力系统自动化,2024,48(5):146-156. DOI： 10.7500/AEPS20221230006.

ZHANG Guangbin,CHEN Boyu,SHU Hongchun,et al.Identification and Location of Near-end Faults in Transmission Lines Based on Time-domain Waveform Characteristic Recognition[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(5):146-156. DOI： 10.7500/AEPS20221230006.

摘要

针对现有单端行波故障测距对近端故障存在测距盲区、双端行波故障测距对近端故障测距误差较大，无法满足工程需要的不足，提出基于波形特征认知的近端故障辨识与定位方法。首先，分析了线路故障行波传播规律，以固定分辨率显示波形。发现线路近端故障时，初始行波及其后续波形在长时窗整体宏观观测下呈堆叠缓变特征，而在短时窗局部放大观测下呈周期性变化特征，且周期与故障距离相关。不同线路的近端故障历史样本能统一作为参照基准为测距提供提示。进而提出基于波形密度和突变分布的近端故障辨识方法。最后，对辨识出的近端故障进行周期估计，利用近端故障与线长的无关性以及历史样本突变周期和故障位置已知性，搜索周期最近邻历史样本，并由已知故障距离插值实现故障位置确定。基于大量实测数据进行仿真测试，结果表明所提方法能够显著提升单端行波测距可靠性和成功率。

Abstract

In view of the shortcomings that the existing single-ended traveling wave fault location has a blind spot for near-end faults and the error of double-ended traveling wave fault location for near-end fault location is large

which can not meet the needs of engineering

a method for the identification and location of near-end faults based on waveform characteristic recognition is proposed. First

the traveling wave propagation rule of line faults is analyzed

and the waveform is displayed at a fixed resolution. It is found that when the fault is at the near-end

the initial traveling wave and its subsequent waveforms show the characteristics of stacked slow change under the overall macro-observation of the long-time window and the periodic change under the local zoomed-in observation of the short-time window

and the period is related to the fault distance. The near-end fault history samples of different lines can be used as a unified reference to provide tips for fault location. Then

a near-end fault identification method is proposed based on waveform density and sudden change distribution. Finally

the periods of the identified near-end faults are estimated

using the independence of the near-end faults and the knowledge of the mutation period and fault location of the historical samples

the nearest historical samples of the period are searched and the fault location is determined by the known fault distance interpolation. Based on a large number of measured data

the results of simulation tests show that the proposed method can significantly improve the reliability and success rate of single-ended traveling wave location.

关键词

Keywords

references

舒印彪，陈国平，贺静波，等 . 构建以新能源为主体的新型电力系统框架研究［J］. 中国工程科学， 2021 ， 23 （ 6 ）： 61 - 69 .

SHU Yinbiao ， CHEN Guoping ， HE Jingbo ， et al . Building a new electric power system based on new energy sources ［J］. Strategic Study of CAE ， 2021 ， 23 （ 6 ）： 61 - 69 .

滕贤亮，谈超，昌力，等 . 高比例新能源电力系统有功功率与频率控制研究综述及展望［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 15 ）： 12 - 35 .

TENG Xianliang ， TAN Chao ， CHANG Li ， et al . Review and prospect of research on active power and frequency control in power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 15 ）： 12 - 35 .

陈国平，王德林，裘愉涛，等 . 继电保护面临的挑战与展望［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 16 ）： 1 - 11 .

CHEN Guoping ， WANG Delin ， QIU Yutao ， et al . Challenges and development prospects of relay protection technology ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 16 ）： 1 - 11 .

董新洲，汤涌，卜广全，等 . 大型交直流混联电网安全运行面临的问题与挑战［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 11 ）： 3107 - 3119 .

DONG Xinzhou ， TANG Yong ， BU Guangquan ， et al . Confronting problem and challenge of large scale AC-DC hybrid power grid operation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 11 ）： 3107 - 3119 .

葛耀中 . 新型继电保护和故障测距的原理与技术［M］. 2版 . 西安：西安交通大学出版社， 2007 .

GE Yaozhong . Principle and technology of new relay protection and fault location ［M］. 2nd ed . Xi'an ： Xi'an Jiaotong University Press ， 2007 .

董新洲，葛耀中，徐丙垠 . 利用暂态电流行波的输电线路故障测距研究［J］. 中国电机工程学报， 1999 ， 19 （ 4 ）： 76 - 80 .

DONG Xinzhou ， GE Yaozhong ， XU Bingyin . Research of fault location based on current travelling waves ［J］. Proceedings of the CSEE ， 1999 ， 19 （ 4 ）： 76 - 80 .

覃剑，彭莉萍，王和春 . 基于小波变换技术的输电线路单端行波故障测距［J］. 电力系统自动化， 2005 ， 29 （ 19 ）： 62 - 65 .

QIN Jian ， PENG Liping ， WANG Hechun . Single terminal methods of traveling wave fault location in transmission line using wavelet transform ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2005 ， 29 （ 19 ）： 62 - 65 .

SPOOR D J ， ZHU J G . Improved single-ended traveling-wave fault-location algorithm based on experience with conventional substation transducers ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2006 ， 21 （ 3 ）： 1714 - 1720 .

朱柏寒，陈羽，马金杰 . 基于波前陡度的输电线路单端行波故障测距［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 9 ）： 130 - 135 .

ZHU Baihan ， CHEN Yu ， MA Jinjie . Wavefront steepness based single-ended traveling wave fault location for transmission lines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 9 ）： 130 - 135 .

REIS R L A ， LOPES F V ， NEVES W L A ， et al . An improved single-ended correlation-based fault location technique using traveling waves ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2021 ， 132 ： 107167 .

张广斌，束洪春，于继来 . 基于Hough变换直线检测的行波波头标定［J］. 中国电机工程学报， 2013 ， 33 （ 19 ）： 165 - 173 .

ZHANG Guangbin ， SHU Hongchun ， YU Jilai . Surge identification for travelling wave based on straight lines detection via Hough transform ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2013 ， 33 （ 19 ）： 165 - 173 .

张峰，梁军，车仁飞 . 弱行波信号的奇异点检测方法［J］. 电力系统自动化， 2010 ， 34 （ 8 ）： 92 - 96 .

ZHANG Feng ， LIANG Jun ， CHE Renfei . A novel singularity point detection method for weak traveling wave signals ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2010 ， 34 （ 8 ）： 92 - 96 .

雷柳，李泽文，夏翊翔，等 . 基于自适应黑盒反演的行波精确检测方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 15 ）： 128 - 135 .

LEI Liu ， LI Zewen ， XIA Yixiang ， et al . Accurate waveform detection method for traveling wave based on adaptive black-box inversion ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 15 ）： 128 - 135 .

白浩，钟振鑫，李巍，等 . 基于CEEMD和NTEO的故障行波定位方法［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 20 ）： 50 - 59 .

BAI Hao ， ZHONG Zhenxin ， LI Wei ， et al . A fault traveling wave location method based on CEEMD and NTEO ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 20 ）： 50 - 59 .

黄杨，张广斌，王潜，等 . 基于图像特征的输电线路故障行波存续性判别［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 5 ）： 1339 - 1352 .

HUANG Yang ， ZHANG Guangbin ， WANG Qian ， et al . Identification of the existence and persistence of faulted traveling waves for transmission lines based on image features ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 5 ）： 1339 - 1352 .

梁睿，孙式想 . 单端行波故障测距的组合方法研究［J］. 电网技术， 2013 ， 37 （ 3 ）： 699 - 706 .

LIANG Rui ， SUN Shixiang . A combined method for single-ended traveling wave fault location ［J］. Power System Technology ， 2013 ， 37 （ 3 ）： 699 - 706 .

高洪雨，陈青，徐丙垠，等 . 输电线路单端行波故障测距新算法［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 5 ）： 121 - 127 .

GAO Hongyu ， CHEN Qing ， XU Bingyin ， et al . Fault location algorithm of single-ended traveling wave for transmission lines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 5 ）： 121 - 127 .

王奎鑫，祝成，孙佳佳，等 . 输电线路组合行波测距方法研究［J］. 电力系统保护与控制， 2012 ， 40 （ 15 ）： 82 - 86 .

WANG Kuixin ， ZHU Cheng ， SUN Jiajia ， et al . Research of combined traveling wave’s fault location method on transmission lines ［J］. Power System Protection and Control ， 2012 ， 40 （ 15 ）： 82 - 86 .

梁睿，孙式想，靳征，等 . 单双端行波特征综合考虑的辐射状电网组合测距技术［J］. 高电压技术， 2014 ， 40 （ 5 ）： 1461 - 1467 .

LIANG Rui ， SUN Shixiang ， JIN Zheng ， et al . Fault location in radial power grid after analyzing characteristics of both single-terminal and double-terminal traveling waves ［J］. High Voltage Engineering ， 2014 ， 40 （ 5 ）： 1461 - 1467 .

林圣，何正友，李小鹏，等 . 一种考虑时域特征的单端行波固有频率测距方法［J］. 电网技术， 2012 ， 36 （ 7 ）： 243 - 248 .

LIN Sheng ， HE Zhengyou ， LI Xiaopeng ， et al . Single terminal fault location by natural frequencies of travelling wave considering its time-domain characteristics ［J］. Power System Technology ， 2012 ， 36 （ 7 ）： 243 - 248 .

李小鹏，何正友，夏璐璐 . 同杆双回输电线路的固有频率测距算法［J］. 电力系统自动化， 2011 ， 35 （ 12 ）： 47 - 51 .

LI Xiaopeng ， HE Zhengyou ， XIA Lulu . Natural frequencies based fault location algorithm for parallel transmission lines on the same tower ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2011 ， 35 （ 12 ）： 47 - 51 .

曾哲，邓丰，张振，等 . 基于VMD-WVD的故障行波全波形时-频分析方法［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 7 ）： 49 - 57 .

ZENG Zhe ， DENG Feng ， ZHANG Zhen ， et al . Time-frequency analysis of a traveling wave based on VMD and WVD ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 7 ）： 49 - 57 .

许飞，董新洲，王宾，等 . 考虑二次回路暂态传变特性的单端组合测距算法及其应用［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 20 ）： 5210 - 5219 .

XU Fei ， DONG Xinzhou ， WANG Bin ， et al . Single-ended assembled fault location method and application considering secondary circuit transfer characteristics ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 20 ）： 5210 - 5219 .

陈淼，贾科，姚昆鹏，等 . 基于故障前行波极值时间的柔性直流线路单端量保护方法［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 10 ）： 3742 - 3758 .

CHEN Miao ， JIA Ke ， YAO Kunpeng ， et al . Single-ended protection method of flexible DC line based on extremum time of fault forward traveling wave ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 10 ）： 3742 - 3758 .

曹虹，夏秋，俞斌，等 . 特高压直流近区交流输电线路智能重合闸策略［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 3 ）： 156 - 163 .

CAO Hong ， XIA Qiu ， YU Bin ， et al . Intelligent reclosing strategy for near area AC transmission lines connected with UHVDC ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 3 ）： 156 - 163 .

束洪春，孙士云，刘可真，等 . 换流站近端交流输电线路重合时序问题研究［J］. 中国电机工程学报， 2012 ， 32 （ 7 ）： 114 - 123 .

SHU Hongchun ， SUN Shiyun ， LIU Kezhen ， et al . Study on reclosure sequence of AC transmission lines near converter stations ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2012 ， 32 （ 7 ）： 114 - 123 .

王凌娆，姚伟，杨程祥，等 . 基于联络通道电流检测的多馈入直流系统同时换相失败预防控制［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 11 ）： 120 - 127 .

WANG Lingrao ， YAO Wei ， YANG Chengxiang ， et al . Prevention control of concurrent commutation failure of multi-infeed DC system based on tie-line current detection ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 11 ）： 120 - 127 .

张广斌，王开福，束洪春，等 . 基于波形群灵敏角特征的输电线路故障单端行波辨识与测距［J/OL］. 中国电机工程学报： 1 - 13 ［ 2023-03-26 ］. https：//kns.cnki.net/kcms2/article/abstract？v=tJ8vF22QX-oDfXX3fPS1q65tt2dprTYDsifczxEmCtPE0rBY-oVI1 https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=tJ8vF22QX-oDfXX3fPS1q65tt2dprTYDsifczxEmCtPE0rBY-oVI1 .

ZHANG Guangbin ， WANG Kaifu ， SHU Hongchun ， et al . Single-ended traveling wave surge identification and fault location for transmission lines based on the sensitive angle characteristic of waveshape with multiple wavefronts ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ： 1 - 13 ［ 2023-03-26 ］. https：//kns.cnki.net/kcms2/article/abstract？v=tJ8vF22QX-oDfXX3fPS1q65tt2dprTYDsifczxEmCtPE0TrBY-oVI1 https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=tJ8vF22QX-oDfXX3fPS1q65tt2dprTYDsifczxEmCtPE0TrBY-oVI1 .

吴维韩 . 电力系统过电压数值计算［M］. 北京：科学出版社， 1989 .

WU Weihan . Numerical calculation of overvoltage in power system ［M］. Beijing ： Science Press ， 1989 .

蔡利梅，王利娟 . 数字图像处理：使用MATLAB分析与实现［M］. 北京：清华大学出版社， 2019 .

CAI Limei ， WANG Lijuan . Digital image processing ［M］. Beijing ： Tsinghua University Press ， 2019 .

EDELSBRUNNER H ， KIRKPATRICK D ， SEIDEL R . On the shape of a set of points in the plane ［J］. IEEE Transactions on Information Theory ， 1983 ， 29 （ 4 ）： 551 - 559 .

张保会，尹项根，索南加乐，等 . 电力系统继电保护［M］. 2版 . 北京：中国电力出版社， 2010 .

ZHANG Baohui ， YIN Xianggen ， SUONAN Jiale ， et al . Power system protective relaying ［M］. 2nd ed . Beijing ： China Electric Power Press ， 2010 .

董新洲 . 故障行波理论及其应用［M］. 北京：科学出版社， 2022 .

DONG Xinzhou . Fault traveling wave theory and its application ［M］. Beijing ： Science Press ， 2022 .

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