CN102967801A

CN102967801A - T接线路三端行波故障测距方法

Info

Publication number: CN102967801A
Application number: CN2012105395624A
Authority: CN
Inventors: 陈平; 李传兵; 谭博学; 魏佩瑜
Original assignee: Shandong University of Technology
Current assignee: Shandong University of Technology
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2032-12-13
Also published as: CN102967801B

Abstract

本发明提供一种T接线路三端行波故障测距方法。该方法首先从三个测量点中选取一个参考测量点，利用时间同步情况下获得的各测量点的时间，列出故障初始行波传播的距离和T接线路分支线长度之间的关系方程组；然后，通过对上述方程组进行求解，获得可能的故障点位置；最后，根据故障点到参考测量点的距离和参考测量点所在分支的线路长度关系来实现最终故障测距。本方法的优点在于直接利用故障初始行波到达T接线路三端的绝对时间进行故障测距，无需进行故障分支的判断，计算简单，并且消除了故障时行波发生的复杂的折反射对故障测距的影响，进而提高了故障测距的准确性与可靠性。

Description

T接线路三端行波故障测距方法

技术领域

本发明属于电力系统保护技术领域，特别涉及一种T接线路三端行波故障测距方法。

背景技术

T接线路一般具有输送功率大，负荷重等特点，快速、准确地确定T接线路的故障点位置，可加快永久故障的修复，及时消除隐患以避免大量瞬时性故障的再次发生，对保证电力系统的安全稳定和经济运行有十分重要的意义。

目前，T接线路故障测距，国内外已经提出了多种方法，按其原理主要分为阻抗法和行波法两大类。阻抗法受线路结构不对称、过渡电阻、线路参数沿走廊分布不均匀以及互感器变换误差等因素的影响，测距误差较大。行波法基本不受上述因素的影响，已经在220kV及以上电压等级的交、直流架空输电线路中获得了广泛的应用。

行波故障测距原理可分为单端原理和双端原理。单端原理测距利用反射波和入射波之间的时间差进行故障测距。然而在T接线路中，故障发生在不同的位置，其行波的折反射可能是不同的。因此，如何区分来自故障点和那一条对端母线的反射行波成为一个难题。目前单端行波测距原理还难以自动给出正确的测距结果，仍不能在T接线路中单独使用。双端原理是通过计算故障行波到达线路两端的时间差来计算故障位置，其测距精度基本不受线路的故障位置、故障类型、线路长度、接地电阻等因素的影响。理论分析和实际应用表明，虽然双端行波原理能够在线自动给出故障测距结果，但必须首先判断出故障点发生的分支才能可靠、准确的实现。当故障分支判断出现较大误差时，双端原理测距结果是不可信的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能克服上述缺陷、适用于T接线路的T接线路三端行波故障测距方法。其技术方案为采用以下步骤：

1）选择参考测量点：用M、N、P表示T接线路三端；测量点1、测量点2、测量点3分别位于T接线路的M、N、P三端，其所在的分支线长度依次为l₁，l₂，l₃；k为故障点，故障点到测量点1、测量点2、测量点3的距离分别为l_1k、l_2k、l_3k；时间T₁、T₂、T₃为在时钟完全同步的情况下，故障初始行波浪涌到达测量点1、测量点2、测量点3的绝对时间；v为行波在线路中传播的速度；选取测量点1为参考测量点，则T接线路接点O与故障点k的距离l_Ok为

l_{Ok} = \{\begin{matrix} l_{1} - l_{1 k}, (l_{1 k} \leq l_{1}) \\ l_{1 k} - l_{1}, (l_{1 k} > l_{1}) \end{matrix};

则可以得到下列方程组（1）和方程组（2）：

\{\begin{matrix} l_{1 k} + l_{2 k} + l_{3 k} = l_{1} + l_{2} + l_{3} + l_{Ok} \\ l_{1 k} - l_{2 k} = v (T_{1} - T_{2}) \\ l_{1 k} - l_{3 k} = v (T_{1} - T_{3}) \\ l_{Ok} = l_{1} - l_{1 k} \end{matrix} (l_{1 k} \leq l_{1}) - - - (1)

\{\begin{matrix} l_{1 k} + l_{2 k} + l_{3 k} = l_{1} + l_{2} + l_{3} + l_{Ok} \\ l_{1 k} - l_{2 k} = v (T_{1} - T_{2}) \\ l_{1 k} - l_{3 k} = v (T_{1} - T_{3}) \\ l_{Ok} = l_{1 k} - l_{1} \end{matrix} (l_{1 k} > l_{1}) - - - (2)

2）可能故障位置计算：选定参考测量点后，分别对方程组（1）和方程组（2）求解，可以得到故障点的可能位置，即第一个可能故障点到测量点1、测量点2、测量点3的距离分别为l_1k1、l_2k1、l_3k1；第二个可能故障点到测量点1、测量点2、测量点3的距离分别为l_1k2、l_2k2、l_3k2，具体如下：

\{\begin{matrix} l_{1 k 1} = L + v (T_{12} + T_{13}) \\ l_{2 k 1} = L + v (T_{23} - 2 T_{12}) \\ l_{3 k 1} = L - v (T_{23} + 2 T_{13}) \end{matrix}

或

\{\begin{matrix} l_{1 k 2} = L^{'} + 2 v (T_{12} - T_{23}) \\ l_{2 k 2} = L^{'} + 2 v T_{23} \\ l_{3 k 2} = L^{'} - 2 v T_{23} \end{matrix}

式中：L＝(2l₁+l₂+l₃)/4，L'＝(l₂+l₃)/2，T₁₂＝(T₁-T₄)/4，T₁₃＝(T₁-T₃)/4，T₂₃＝(T₂-T₃)/4；

3）最终故障测距结果确定：若0≤l_1k1≤l₁，那么最终故障点的测距结果为：l_1k=l_1k1，l_2k=l_2k1，l_3k＝l_3k1；否则，最终故障点的测距结果为：l_1k＝l_1k2，l_2k=l_2k2，l_3k＝l_3k2。

工作原理：根据故障行波的传播路径可知，当T接线路上的任意位置发生故障时，位于T接线路端M、端N、端P的测量点1、测量点2、测量点3接收到的第一个故障行波应为故障点发出的故障初始行波。此时，故障初始行波传播的总距离即为故障点到测量点1的距离l_1k、故障点到测量点2的距离l_2k和故障点到测量点3的距离l_3k之和。从T接线路的网架结构来看，故障初始行波传播的距离就是整个T接线路所有分支线路的长度之和再加上故障点k到T接线结点O的距离l_Ok。因此，可以获得关于故障初始行波传播的距离的一个等式：l_1k+l_2k+l_3k＝l₁+l₂+l₃+l_Ok。其中，故障点k到T接线结点O的距离l_Ok可以用任何一个T接线路的分支线路长度l_i（i＝1，2，3）和故障点到此测量终端的距离l_ik（i=1，2，3）来表示，本例中选择l_Ok＝|l₁-l_1k|，若l_1k≤l₁，则l_Ok＝l₁-l_1k；若l_1k＞l₁，则l_Ok＝l_1k-l₁。在时间同步的情况下，故障点到测量点1和测量点2、测量点3的距离之差就是故障初始行波在测量点1和测量点2、测量点3接收到初始行波绝对时间差内传播的距离。这样可以得到两个等式：l_1k-l_2k＝v(T₁-T₂)和l_1k-l_3k＝v(T₁-T₃)。通过对以上等式求解即可得到故障点到测量点1、测量点2、测量点3的距离l_1k、l_2k、l_3k，实现T接线路的故障测距。

本发明与现有技术相比，优点在于直接利用故障初始行波到达T接线路三端的绝对时间进行故障测距，无需进行故障分支的判断，计算简单，并且消除了故障时行波发生的复杂的折反射对故障测距的影响，进而提高了故障测距的准确性与可靠性；当T接线路发生故障后，无需花费很多时间寻找确定故障点，提高了供电可靠性，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的故障暂态行波传播过程示意图。

图中：M、N、P表示T接线路三端，也是测量点1、测量点2、测量点3对应所在位置，测量点1、测量点2、测量点3所在的分支线长度依次为l₁，l₂，l₃；k为故障点；时间T₁、T₂、T₃为在时钟完全同步的情况下，故障初始行波浪涌到达测量点1、测量点2、测量点3的时间。

具体实施方式

下面结合附图以某仿真实例对本发明作以下说明：

实施例1：电压等级为110kV，M、N、P表示T接线路三端；测量点1、测量点2、测量点3分别位于T接线路的M、N、P三端，其所在的分支线长度依次为l₁=150km、l₂=200km、l₃=120km；时间T₁、T₂、T₃分别为在时钟完全同步的情况下，故障初始行波浪涌到达测量点1、测量点2、测量点3的绝对时间；实际故障点k到测量点1、测量点2、测量点3的距离分别140km、210km、130km，行波在线路中的传播速度v＝2.928×10⁵km/s。t=0s时刻发生故障。

步骤一、选择参考测量点：设故障点到测量点1、测量点2、测量点3的距离分别为l_1k、l_2k、l_3k；选取测量点1为参考测量点，那么T接线路接点O与故障点k的距离l_Ok＝|l₁-l_1k|，则可以得到如下方程组（1）和方程组（2）：

\{\begin{matrix} l_{1 k} + l_{2 k} + l_{3 k} = l_{1} + l_{2} + l_{3} + l_{Ok} \\ l_{1 k} - l_{2 k} = v (T_{1} - T_{2}) \\ l_{1 k} - l_{3 k} = v (T_{1} - T_{3}) \\ l_{Ok} = l_{1} - l_{1 k} \end{matrix} (l_{1 k} \leq l_{1}) - - - (1)

\{\begin{matrix} l_{1 k} + l_{2 k} + l_{3 k} = l_{1} + l_{2} + l_{3} + l_{Ok} \\ l_{1 k} - l_{2 k} = v (T_{1} - T_{2}) \\ l_{1 k} - l_{3 k} = v (T_{1} - T_{3}) \\ l_{Ok} = l_{1 k} - l_{1} \end{matrix} (l_{1 k} > l_{1}) - - - (2)

步骤二、可能故障位置计算：在时钟完全同步的情况下，故障初始行波浪涌到达测量点1、测量点2、测量点3的绝对时间分别为：T₁＝481μs，T₂＝720μs，T₃＝447μs。对方程组（1）和方程组（2）求解得到可能的故障点的位置如下：

\{\begin{matrix} l_{1 k 1} = 139.994 km \\ l_{2 k 1} = 209.973 km \\ l_{3 k 1} = 130.039 km \end{matrix}

和

\{\begin{matrix} l_{1 k 2} = 129.988 km \\ l_{2 k 2} = 199.967 km \\ l_{3 k 2} = 120.033 km \end{matrix}

步骤三、最终故障测距结果确定：因为l_1k1=139.994<150，则故障点k到测量点1、测量点2、测量点3的距离l_1k、l_2k、l_3k分别为：l_1k=l_1k1=139.994km，l_2k=l_2k1=209.973km，l_3k＝l_3k1=130.039km。本发明所测故障点到测量点1、测量点2、测量点3的测距误差分别为6m，27m和39m。

实施例2：电压等级为110kV，M、N、P表示T接线路三端；测量点1、测量点2、测量点3分别位于T接线路的M、N、P三端，其所在的分支线长度依次为l₁=150km、l₂=200km、l₃=120km；时间T₁、T₂、T₃分别为在时钟完全同步的情况下，故障初始行波浪涌到达测量点1、测量点2、测量点3的绝对时间；实际故障发生在T接线路接点O，行波在线路中的传播速度v＝2.928×10⁵km/s。t=0s时刻发生故障。

步骤一：选择参考测量点：设故障点到测量点1、测量点2、测量点3的距离分别为l_1k、l_2k、l_3k；选取测量点1为参考测量点，那么T接线路接点O与故障点k的距离l_Ok＝|l₁-l_1k|，则可以得到如下方程组（1）和方程组（2）：

\{\begin{matrix} l_{1 k} + l_{2 k} + l_{3 k} = l_{1} + l_{2} + l_{3} + l_{Ok} \\ l_{1 k} - l_{2 k} = v (T_{1} - T_{2}) \\ l_{1 k} - l_{3 k} = v (T_{1} - T_{3}) \\ l_{Ok} = l_{1} - l_{1 k} \end{matrix} (l_{1 k} \leq l_{1}) - - - (1)

\{\begin{matrix} l_{1 k} + l_{2 k} + l_{3 k} = l_{1} + l_{2} + l_{3} + l_{Ok} \\ l_{1 k} - l_{2 k} = v (T_{1} - T_{2}) \\ l_{1 k} - l_{3 k} = v (T_{1} - T_{3}) \\ l_{Ok} = l_{1 k} - l_{1} \end{matrix} (l_{1 k} > l_{1}) - - - (2)

步骤二：可能故障位置计算：在时钟完全同步的情况下，故障初始行波浪涌到达测量点1、测量点2、测量点3的绝对时间分别为：T₁＝515μs，T₂＝686μs，T₃＝412μs。对方程组（1）和方程组（2）求解得到可能的故障点的位置如下：

\{\begin{matrix} l_{1 k 1} = 150.022 km \\ l_{2 k 1} = 200.091 km \\ l_{3 k 1} = 119.864 km \end{matrix}

和

\{\begin{matrix} l_{1 k 2} = 150.045 km \\ l_{2 k 2} = 200.114 km \\ l_{3 k 2} = 119.886 km \end{matrix}

步骤三：最终故障测距结果确定：因为l_1k1=150.022>150，则故障点k到测量点1、测量点2、测量点3的距离l_1k，l_2k，l_3k为：l_1k=l_1k2=150.045km，l_2k＝l_2k2=200.114km，l_3k=l_3k2=119.886km。本发明所测故障点故障点到测量点1、测量点2、测量点3的测距误差分别为45m，114m和114m。

Claims

1.一种T接线路三端行波故障测距方法，其特征在于采用以下步骤：

则可以得到下列方程组（1）和方程组（2）：

\{\begin{matrix} l_{1 k} + l_{2 k} + l_{3 k} = l_{1} + l_{2} + l_{3} + l_{Ok} \\ l_{1 k} - l_{2 k} = v (T_{1} - T_{2}) \\ l_{1 k} - l_{3 k} = v (T_{1} - T_{3}) \\ l_{Ok} = l_{1} - l_{1 k} \end{matrix} (l_{1 k} \leq l_{1}) - - - (1)

\{\begin{matrix} l_{1 k} + l_{2 k} + l_{3 k} = l_{1} + l_{2} + l_{3} + l_{Ok} \\ l_{1 k} - l_{2 k} = v (T_{1} - T_{2}) \\ l_{1 k} - l_{3 k} = v (T_{1} - T_{3}) \\ l_{Ok} = l_{1 k} - l_{1} \end{matrix} (l_{1 k} > l_{1}) - - - (2)

\{\begin{matrix} l_{1 k 1} = L + v (T_{12} + T_{13}) \\ l_{2 k 1} = L + v (T_{23} - 2 T_{12}) \\ l_{3 k 1} = L - v (T_{23} + 2 T_{13}) \end{matrix}

或

\{\begin{matrix} l_{1 k 2} = L^{'} + 2 v (T_{12} - T_{23}) \\ l_{2 k 2} = L^{'} + 2 v T_{23} \\ l_{3 k 2} = L^{'} - 2 v T_{23} \end{matrix}

式中：L＝(2l₁+l₂+l₃)/4，L'＝(l₂+l₃)/2，T₁₂＝(T₁-T₂)/4，T₁₃＝(T₁-T₃)/4，T₂₃＝(T₂-T₃)/4；