CN100549710C - 利用分布参数实现输电线路双端测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统领域中继电保护的方法。公开了在电力系统的通过两端同步采样电流和电压，利用分布参数长线方程，根据故障点两端正序或负序电压相等的办法，实现双端故障测距的方法。该方法包括如下主要步骤：线路保护装置对线路本侧电流互感器二次电流和电压互感器二次电压采样得到相应的电流和电压瞬时值，通过傅氏算法求出本侧三相电流和三相电压的傅氏形式，以及通过光纤通讯网接收对侧保护同步采样并经滤波计算得到的电流、电压的相量形式，利用故障点两侧正序电压或负序电压相等的条件，得出保护安装处至参考点的距离。该方法不受线路运行方式电源阻抗及过渡电阻的影响，理论和实践证明，该方法对输电线路故障测距的准确性有很大的提高。

Description

利用分布参数实现输电线路双端测距方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，更具体地涉及电力系统故障测距的方法，是利用线路两端的相量电流和电压及线路本身的分布参数判断输电线路故障位置的方法。

背景技术

输电线路是电力系统发电、输送电等的基本设备，在电力系统中占有非常重要的地位。输电线路故障时，若能快速准确的进行故障定位，不仅有助于及时修复故障线路，保证电力系统可靠供电，而且对电力系统的安全稳定和经济运行都十分重要。

目前，输电线路故障测距的方法可分为单端测距和双端测距两种方法。利用单端量测距方法不受线路通道条件的限制，但受到太多因素的影响而导致测距不准确，比如过渡电阻对前者的影响就很难消除，而且线路模型是采用集中参数模型，测距算法从原理上很难达到高精确度。

目前，双端测距算法可以分为基于集中参数模型的测距算法和基于分布参数模型的测距算法。基于集中参数模型的算法又可以分为考虑分布电容和不考虑分布电容两种。从原理上来讲，采用分布参数模型要比采用集中参数模型更加精确，特别是对于高压长线路。带来的问题是方程的求解比较复杂，计算量大，对于某些迭代式的算法而言，还存在求解双曲函数的问题，计算结果极有可能发散，从而导致测距失败。采用集中参数的算法当中，考虑分布电容显然要比不考虑分布电容精确，对于短线，可以忽略分布电容的影响，但对于中长线路，不考虑分布电容会带来较大的误差。

发明内容

对于特高压长线路，由于线路分布电容电流的影响已经不能忽略，因此，传统的以集中参数为依据，在线路首端利用单端量进行故障测距的算法已不能满足现有电力系统对故障定位的要求，因此，需要一种新的，简单的双端故障测距元件，在现有条件下实现更加准确的双端测距算法，以满足电力系统的需求。

本发明的技术方案如下：

首先利用现有同步算法将两端电流和电压调整到同步，再根据系统故障情况选用相应的正序或负序测距算法，同时，可根据具体情况，将两者综合，利用正序，负序混合量综合测距。

由正序电流和正序电压得故障测距如下：

$X=\frac{1}{{2r}_1}\ln \frac{(I_{n1}{Z}_{c1}+U_{n1})+(I_{m1}{Z}_{c1}-U_{m1})e^{r_{1}l}}{(I_{n1}{Z}_{c1}-U_{n1})+(I_{m1}{Z}_{c1}+U_{m1})e^{-r_{1}l}}---\left(1\right)$

对非对称行故障，可由正序量，也可由负序量计算故障位置；

由负序电流和电压计算故障测距如下：

$X=\frac{1}{{2r}_1}\ln \frac{(I_{n2}{Z}_{c1}+U_{n2})+(I_{m2}{Z}_{c1}-U_{m2})e^{r_{1}l}}{(I_{n2}{Z}_{c1}-U_{n2})+(I_{m2}{Z}_{c1}+U_{m2})e^{-r_{1}l}}---\left(2\right)$

由正序电压、正序电流和负序电压、负序电流的综合利用测距公式如下：

$X=\frac{1}{{2\mathrm{\γ}}_1}\ln \frac{((I_{n1}+I_{n2})Z_{c1}+(U_{n1}+U_{n2}))+((I_{m1}+I_{m2})Z_{c1}-(U_{m1}+U_{m2}))e^{r_{l}l}}{((I_{n1}+I_{n2})Z_{c1}-(U_{n1}+U_{n2}))+((I_{m1}+I_{m2})Z_{c1}+(U_{m1}+U_{m2}))e^{-r_{1}l}}---\left(3\right)$

上式中：下标1，2表示所计算量的正序和负序分量，n，m表示线路两侧；

Z_c1为线路正序波阻抗，由于线路正序和负序参数相同，因此，在使用负序计算测距中，可以用正序波阻抗来代替；

γ₁为线路的传播常数，线路的正负序传播常数相同；

I_n，I_m，U_n，U_m分别表示n侧和m侧的电流、n侧和m侧的电压；

l表示保护范围线路的长度，需事先给定，单位为km；

X为故障点到线路n端的距离，单位为km；

其中对线路进行故障测距可按正序量(式1)、负序量(2)分别计算测距，也可按正序和负序的综合量(3)计算测距。

附图说明

图1显示了线路保护及变量位置示意图。

具体实施方案

如图1所示，显示了线路保护装置安装位置及计算表示量。

其中：X为故障点到n端的距离，单位为km，线路n、m两端的正序电压和正序电流分别为U_n1，U_m1，I_n1，I_m1，线路n、m两端的负序电压和负序电流分别为U_n2，U_m2，I_n2，I_m2，l表示保护范围线路的长度，以km为单位。

首先利用已经成熟的采样时标调整同步算法将两端数据同步，比如利用目前比较熟知的的采样标号同步法实现两侧保护装置的同步；

通过傅氏算法求出本侧三相电流和三相电压的傅氏形式，以及通过光纤通讯网接收对侧保护同步采样并经滤波计算得到的电流、电压的相量形式；

利用滤序算法计算出线路两端的正序电压和电流U_n1，U_m1，I_n1，I_m1，负序电压和电流U_n2，U_m2，I_n2，I_m2，线路正(负)序波阻抗Z_c1和正(负)序传播常数γ₁可根据事先给定参数按如下公式先行计算， $Z_{c1}=\sqrt{(r_1+\mathrm{j\ω}{L}_1)/(g_1+\mathrm{j\ω}{C}_1)},$ ${\mathrm{\γ}}_1=\sqrt{(r_1+\mathrm{j\ω}{L}_1)*(g_1+\mathrm{j\ω}{C}_1)};$ 式中：r₁为线路单位长度电阻，L₁为线路单位长度感抗，g₁为导线对地的单位长度的电导(一般比较小，可忽略)，C₁为线路单位长度电容；因线路的正序和负序元件相等，因此，在负序测距计算公式中，可用正序波阻抗Z_c1和正序传播常数γ₁；

利用正序量计算故障位置公式如下：

$X=\frac{1}{{2r}_1}\ln \frac{(I_{n1}{Z}_{c1}+U_{n1})+(I_{m1}{Z}_{c1}-U_{m1})e^{r_{1}l}}{(I_{n1}{Z}_{c1}-U_{n1})+(I_{m1}{Z}_{c1}+U_{m1})e^{-r_{1}l}}---\left(1\right)$

利用负序量计算故障位置公式如下：

$X=\frac{1}{{2r}_1}\ln \frac{(I_{n2}{Z}_{c1}+U_{n2})+(I_{m2}{Z}_{c1}-U_{m2})e^{r_{1}l}}{(I_{n2}{Z}_{c1}-U_{n2})+(I_{m2}{Z}_{c1}+U_{m2})e^{-r_{1}l}}---\left(2\right)$

上式中，除正序电压和电流U_n1，U_m1，I_n1，I_m1，负序电压和电流U_n2，U_m2，I_n2，I_m2，波阻抗Z_c1和传播常数γ₁外，l为保护范围内线路的长度；

考虑在非对称性故障时，为提高故障测距的精度及灵敏度，可考虑将正序，负序综合利用，公式如下：

$X=\frac{1}{{2\mathrm{\γ}}_1}\ln \frac{((I_{n1}+I_{n2})Z_{c1}+(U_{n1}+U_{n2}))+((I_{m1}+I_{m2})Z_{c1}-(U_{m1}+U_{m2}))e^{r_{l}l}}{((I_{n1}+I_{n2})Z_{c1}-(U_{n1}+U_{n2}))+((I_{m1}+I_{m2})Z_{c1}+(U_{m1}+U_{m2}))e^{-r_{1}l}}---\left(3\right)$

对于对称故障，由于没有负序量，因此，只能用正序量进行计算。

与目前所用测距算法相比，该算法不受线路互感，不受故障点过渡电阻等影响，且不受系统电源阻抗及负荷电流的影响，且对于正序和负序量，在故障后只要故障不切除即长期存在。

与目前所用双端测距算法相比，由于公式中所用为标准自然指数和对数，因此，从现有计算基础上，已有标准运算。理论与实际表明，该算法对测距精度有很大的提高。

Claims (2)

1.一种在电力系统中通过两端电流和电压以及利用输电线路分布参数对故障进行测距的方法，该方法包括如下步骤：

利用同步算法将两端电流和电压调整到同步；

线路保护装置对互感器的电压电流波形采样得到电压电流瞬时值；

通过傅氏算法求出三相电流和电压的相量形式；

通过变换由两侧三相电流和电压计算出两侧m，n的负序电流I_m2、I_n2、负序电压U_m2、U_n2和正序电流I_m1、I_n2和正序电压U_m1、U_n1；

对于对称性故障，可由正序量计算故障位置，

由正序电流和正序电压计算故障测距如下：

$X=\frac{1}{2r_1}\ln \frac{(I_{n1}{Z}_{c1}+U_{n1})+(I_{m1}{Z}_{c1}-U_{m1})e^{r_{1}l}}{(I_{n1}{Z}_{c1}-U_{n1})+(I_{m1}{Z}_{c1}+U_{m1})e^{-r_{1}l}}$

对于非对称性故障，可由正序量计算故障位置，或可由负序量计算故障位置；由负序电流和负序电压计算故障测距如下：

$X=\frac{1}{2r_1}\ln \frac{(I_{n2}{Z}_{c1}+U_{n2})+(I_{m2}{Z}_{c1}-U_{m2})e^{r_{1}l}}{(I_{n2}{Z}_{c1}-U_{n2})+(I_{m2}{Z}_{c1}+U_{m2})e^{-r_{1}l}}$

其中：X为故障点到n端的距离，单位为km，线路n、m两端的正序电压和正序电流分别为U_n1，U_m1，I_n1，I_m1，线路n、m两端的负序电压和负序电流分别为U_n2，U_m2，I_n2，I_m2，Z_c1为线路正序波阻抗，γ₁为线路正序传播常数，l表示保护范围线路的长度，以km为单位。

2.如权利要求1的方法，进一步包括，对非对称性故障，综合利用正序电压、正序电流和负序电压、负序电流计算故障位置，其中：

由正序电压、正序电流和负序电压、负序电流综合利用测距公式如下：

$X=\frac{1}{{2\mathrm{\γ}}_1}\ln \frac{((I_{n1}+I_{n2})Z_{c1}+(U_{n1}+U_{n2}))+((I_{m1}+I_{m2})Z_{c1}-(U_{m1}+U_{m2}))e^{r_{1}l}}{((I_{n1}+I_{n2})Z_{c1}-(U_{n1}+U_{n2}))+((I_{m1}+I_{m2})Z_{c1}+(U_{m1}+U_{m2}))e^{-r_{1}l}}.$

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