CN101173975A - 利用相间电气量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，根据故障时故障点两端相间电压相等的办法，利用相间电流和相间电压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，根据在线路内部故障时，故障点两侧相间电压相等的条件，得出保护安装处至故障点的距离。该方法不受线路运行方式电源阻抗及过渡电阻的影响，并且由于使用相间量，减少了接地点不良或电压互感器多点接地等原因对测距的影响，对于单相故障，与故障相有关的相间量在故障点理论和实践证明，该方法对输电线路故障测距的准确性有很大的提高。

Description

利用相间电气量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，是利用线路区内故障时故障点两端的相间电流和相间电压，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，

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，如I_a，I_b，I_c，U_a，U_b，U_c；计算相间电压和相间电流；

U_φ＝U_φ-U_

I_φ＝I_φ-I_

再根据系统故障情况时，根据相间电流和相间电压进行测距；

式中：下标φ＝ab，bc，caφ，＝a，b，c且φ，不相等，a，b，c分别表示三相中一相，n，m表示线路两侧；

Z_c1为线路正序波阻抗；

γ₁为线路的传播常数；

I_nφ，I_mφ，U_nφ，U_mφ分别表示n侧和m侧的相间电流、n侧和m侧的相间电压；

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；

式(1)不仅可对相间故障进行故障距离，对接地故障同样可以使用，对三相故障，任意相间量计算都可以；

附图说明

图1显示了线路保护及变量位置示意图。

具体实施方式

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两端的相间电流和相间电压分别为I_nφ，I_mφ，U_nφ，U_mφ，下标φ＝ab，bc，caφ，＝a，b，c且φ，不相等，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；

计算相间电压和相间电流；

U_φ＝U_φ-U_

I_φ＝I_φ-I_

计算相同相别的相间电流和线电流，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；

根据故障时故障点两侧相间电压相等的原理，利用相间量计算故障位置公式如下：

上式中：下标φ＝ab，bc，caφ，＝a，b，c且φ，不相等；

Z_c1为线路正序波阻抗；

γ₁为线路的传播常数；

I_nφ，I_mφ，U_nφ，U_mφ分别表示n侧和m侧的相间电流、n侧和m侧的相间电压；

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。

由于在故障点两侧的线电压是相同的，因此利用线路两端的相间电流和线电压，同时，利用故障点两端线电压相等的特征，结合输电线路的分布参数，可得出故障点离保护安装处的准确距离，理论与试验证明，该方法可较准确的得到故障点到保护安装处的距离，同时，该方法不受线路运行方式及过渡电阻等影响，可适用于任何故障的测距元件；而且此方法不受互感的影响，因此，可适用于同杆双回线路。

利用以上方法，对各种具体情形进行分析：

1)对于单相接地故障，与故障相有关的相间电压在故障点由两端保护安装处折算至故障点的两端电压相等；因此，由与故障相有关的相间电压所测故障距离都为正确的故障距离；对于与故障相无关的相间量，由于其在每点由两端保护安装处折算至该点的两端电压都相等，因此，该相间公式结果无解；

2)对于相间和相间接地故障，任意两相的由两端折算至故障点相间电压在故障点两端都相等；因此，该公式对于任意相间量都有解；

3)对于三相故障，由于每一相都与故障有关，因此，三相故障时，对于任意有两端折算至故障点的相间量在故障点两端都相等，该公式有解；对于三相故障，每一相间所测故障距离都为正确的故障距离；

4)由以上分析可知，该公式对于区内的任意故障都可准确测的保护安装处至故障点的距离，并且由于该公式使用的为相间量，理论与实践证明，该公式对于经弧光接地故障和同杆并加双回线等故障都可准确测得故障距离；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；由于该式为相间量，可以不受接地点影响，同时该式不包括接地量，可以不受线路互感的影响，因此，可以应用到同杆双回线测距；该方法无论对对称故障也好，非对称故障也好，都能适用。而且由于所用数据或者为已知，或者为故障后能长期存在的量，因此，只要故障存在，该公式即可适用。

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 (1)

1.一种在电力系统中通过两端相间电流和相间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；

通过傅氏算法求出线路两端的三相电流和三相电压的相量形式，如I_a，I_b，I_c，U_a，U_b，U_c；

计算相间电压和相间电流；

U_φ＝U_φ-U_

I_φ＝I_φ-I_

式中下标：φ＝ab，bc，caφ，＝a，b，c分别表示三相中的一相，φ，不相等；

根据故障时在故障点两侧相间电压相等的原则，由两端同名的相间电压得故障测距如下：

其中：X为故障点到n端的距离，单位为km，线路n、m两端的相间电流和相间电压分别为I_nφ，I_mφ，U_nφ，U_mφ，下标φ＝ab，bc，caφ，＝a，b，c且φ，不相等，两端必需是相同的相间电压；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。