CN102253310A - 一种交流输电线路故障测距中第二个波头性质的识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交流输电线路单端行波故障测距中第二个波头性质的识别方法。本方法是：利用反行波消除相邻母线反射波的干扰。在考虑阻波器的情况下，利用反行波前两个波头的极性关系识别第二个波头为故障点反射波还是对端母线反射波。若第二个波头与首波头极性相反，则第二个波头为故障点反射波，故障位于线路前1/2l。若第二个波头与首波头极性相同，则第二个波头为对端母线反射波，故障位于线路后1/2l。该方法不受故障类型和母线结构的影响。

Description

一种交流输电线路故障测距中第二个波头性质的识别方法

技术领域

本发明涉及交流输电线路单端行波故障测距中第二个波头性质的识别方法，属电力系统继电保护技术领域。

背景技术

故障测距一直以来受到电力工作者的高度关注，准确的故障测距可以极大的缩短巡线时间，加快恢复供电，对电力系统的安全和经济运行具有非常重要的意义。行波故障测距是根据行波传输理论实现的故障测距方法：当输电线路发生故障时，会产生沿线传播的故障行波，在波阻抗不连续点发生折、反射，利用故障行波的传输时间计算故障距离。行波法可以分为单端法和双端法两种。双端法需要线路两端精确对时及信息传输通道，装置的成本较单端法高。单端法是利用线路一端测量到的故障暂态行波在故障点与本端或者对端母线之间往返一次的传播时间计算故障点到本端或者对端母线间的距离。

单端法的难点在于第二个波头性质的识别，需要准确区分第二个波头是相邻母线反射波、故障点反射波还是对端母线反射波。文献[1]利用“波形比较法”消除相邻母线反射波的影响。文献[2,3]利用同母线上任一“有限长”非故障线路作为参考线路，通过比较由故障线路暂态电流与该参考线路暂态电流形成的反向行波浪涌和对应的正向行波浪涌的极性，来消除相邻母线反射波的影响。实际上，利用反行波可以有效的消除相邻母线反射波的干扰。文献[4,5]利用线模行波极性的不同来识别故障点反射波，但只适用于部分母线结构。文献[6,7]利用单相故障下，第二个反向行波线模与零模的极性关系，区分故障点反射波和对端母线反射波。

我国110kV以上电力线上都装有电力线载波设备，包括线路阻波器与耦合电容器、结合设备等。考虑到阻波器对载波频率呈现高阻抗的特性，将会改变高频行波在母线处的反射系数，藉此，本专利给出一种利用反行波前两个波头极性关系来识别第二个波头性质的方法，该方法在不同母线结构和不同故障类型均适用。

 

参考文献：

 [1]  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．

 [2]  陈平，徐丙垠，葛耀中．一种利用暂态电流行波的输电线路故障测距方法[J]．电力系统自动化，1999，23(14)：29-33．

 [3]  李一峰，陈平．一种输电线路故障测距新方法[J]．电力系统及其自动化学报，2008，20(4)：125-128．

 [4]  葛耀中．新型继电保护和故障测距的原理与技术[M]．西安：西安交通大学出版社，1996：217-314．

 [5]  葛耀中，董新洲，董杏丽．测距式行波距离保护的研究（一）——理论与实现技术[J]．电力系统自动化．2002，26(6)：34-40．

 [6]  施慎行，董新洲，周双喜．单相接地故障行波分析[J]．电力系统自动化，2005，29(23)：29-32，53．

 [7]  施慎行，董新洲，周双喜．单相接地故障下第2个反向行波识别的新方法[J]．电力系统自动化，2006，30(1)：41-44，59。

发明内容

本发明的目的是提供一种交流输电线路单端故障测距中第二个波头性质的识别方法，利用反行波消除相邻母线反射波的干扰；在考虑阻波器的情况下，利用反行波前两个波头的极性关系识别第二个波头为故障点反射波还是对端母线反射波。

本发明的技术方案为：

1）当交流线路保护的突变量启动元件检测到故障启动，记录三相电压行波和电流行波，时窗应大于行波在被保护线路全长传播一次的时间；

2）对三相电压行波和三相电流行波分别按式(1)和(2)作相模变换

式中，u ₀为零模电压，u _α和u _β为两个线模电压；u _A，u _B，u _C分别为三相电压；i ₀为零模电流，i _α和i _β为两个线模电流；i _A，i _B，i _C分别为三相电流。

3）取线模电压u _α、线模电流i _α利用式(3)构造反行波u _f ：

u _f =(u _α-z_c×i _α)/2                                            (3)

式中，z_c为输电线路线模波阻抗。

4）比较反行波u _f 前两个波头的极性：若第二个波头极性与第一个波头极性相反，则第二个波头为故障点反射波；若第二个波头极性与第一个波头极性相同，则第二个波头为对端母线反射波。

以下是本发明的设计原理：

1.阻波器的带阻特性

线路阻波器的电路如图1所示，图中L₁为主线圈，用于承载工频电流；电容器C₁、C₂，电感L₂和电阻R构成调谐装置，与主线圈构成调谐电路。阻波器对工频电气量呈现低阻抗，对载波频率呈现高阻抗。阻波器各参数采用典型值L₁=1mH，C₁=3466pF，L₂=2.22mH，C₂=1583pF，R=800Ω，阻波器的频率特性如图2所示。由图2可见，阻波器在频带0-10kHz呈现的的阻抗值较小，小于100Ω；在其阻塞频带58-126kHz，阻波器呈现的阻抗值较大，大于800Ω。

2.考虑阻波器下，第二个波头性质的识别

结合图3的行波网格图说明：设交流线路于F点发生故障，故障行波将在波阻抗不连续的线路母线M、母线N和故障点F处发生折反射。在母线M处求得反行波的第一个波头为

             （4）

式中， 为行波在线路MF段的传播时间，u _F为故障附加电源。

若故障点F位于线路前1/2l，l为线路全长，到达母线M的第二个波头为故障点反射波u _f2，母线M处求得反行波的第二个波头为

                             

（5）

式中，为首波头在母线M的电压反射系数，为首波头在故障点F处的电压反射系数。

若故障点F位于线路后1/2l，到达母线M的第二个波头为对端母线N的反射波u ^‘ _f2，母线M处求得反行波的第二个波头为

                          

 （6）

式中，为首波头在母线N的电压反射系数，为首波头在故障点F的电压折射系数，

为行波在线路FN段的传播时间。

由于阻波器对高频行波呈现的高阻抗，反行波在母线的初始反射系数

和为正，在故障点的反射系数

为负；折射系数为正。结合式(4)、(5)和(6)易知，针对反行波，故障点反射波和初始行波的极性相反，对端母线反射波与初始行波极性相同。

由此可提炼判据：

1）若第二个波头与首波头极性相反，则第二个波头为故障点反射波，故障位于线路前1/2l。

2）若第二个波头与首波头极性相同，则第二个波头为对端母线反射波，故障位于线路后1/2l。

本发明与现有技术相比具有下列优点：

1）利用反行波天然的消除了相邻母线反射波对第二个波头性质识别的干扰。

2）该方法对第二个波头性质的识别不受故障类型和母线结构的影响。

附图说明

图1为阻波器的电路图，图中阻波器各参数采用典型值L₁=1mH，C₁=3466pF，L₂=2.22mH，C₂=1583pF，R=800Ω。

图2为阻波器的频率特性，其中图2(a)为阻波器的幅频特性，图2(b)为阻波器的相频特性。

图3为行波网格图，图中，M和N分别表示母线M和母线N，F为故障点。

图4为500kV交流输电系统仿真图；图中被保护线路为MN，F为故障点。

图5为反行波u _f ，图中①为初始行波，②为故障点反射波，③为对端母线反射波。

具体实施方式

以图4的500kV交流输电系统为例，在长为l=150km的被保护交流线路距首端60km处发生A相接地故障，接地电阻为10Ω，故障初始角为90°，仿真采样频率为1MHz。具体实施步骤如下：

1）当交流线路保护的突变量启动元件检测到故障启动，记录三相电压行波和电流行波，时窗取1ms。

2）对三相电压行波和三相电流行波分别按式(1)和(2)作相模变换

式中，u ₀为零模电压，u _α和u _β为两个线模电压；u _A，u _B，u _C分别为三相电压；i ₀为零模电流，i _α和i _β为两个线模电流；i _A，i _B，i _C分别为三相电流。

3）取线模电压u _α、线模电流i _α利用式(3)构造反行波u _f ：

u _f =(u _α-z_c×i _α)/2                                            (3)

得到反行波u _f 的波形如图5所示。

4）比较反行波u _f 前两个波头的极性：若第二个波头极性与第一个波头极性相反，则第二个波头为故障点反射波；若第二个波头极性与第一个波头极性相同，则第二个波头为对端母线反射波。图5中，第二个波头的极性与第一个极性相反，故第二个波头为故障点反射波。

本发明中对不同的母线结构下不同的故障类型进行仿真验证，得到的结果如表1所示。母线结构主要影响行波在其处的折反射系数，便于分析，将母线结构分为如下三类：

第Ⅰ类母线为母线上有或无变压器，除被保护线路外，还有两条以上出线；第Ⅱ类母线为母线上有或无变压器，但除被保护线路外只有一条出线； 第Ⅲ类母线为母线上有变压器，除被保护线路外，没有其它出线。

 

Claims (1)

1.一种交流输电线路单端行波故障测距中第二个波头性质的识别方法，其特征在于通过以下步骤完成：

1）当交流线路保护的突变量启动元件检测到故障启动，记录三相电压行波和电流行波，时窗应大于行波在被保护线路全长传播一次的时间；

2）对三相电压行波和三相电流行波分别按式(1)和(2)作相模变换                 

式中，u ₀为零模电压，u _α和u _β为两个线模电压；u _A，u _B，u _C分别为三相电压；i ₀为零模电流，i _α和i _β为两个线模电流；i _A，i _B，i _C分别为三相电流；

3）取线模电压u _α、线模电流i _α利用式(3)构造反行波u _f ：

u _f =(u _α-z_c×i _α)/2                                            (3)

式中，z_c为输电线路线模波阻抗；

4）比较反行波u _f 前两个波头的极性：若第二个波头极性与第一个波头极性相反，则第二个波头为故障点反射波；若第二个波头极性与第一个波头极性相同，则第二个波头为对端母线反射波。

Images