CN103278740B - 抗附加故障距离影响的线路单相接地故障单端测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗附加故障距离影响的线路单相接地故障单端测距方法。本发明方法首先测量输电线路保护安装处的故障相电压、故障相负序电流、故障相电流和零序电流，作为输入量；利用故障相电气量计算因过渡电阻引起的附加故障距离，利用故障相电压与单位长度输电线路电压降的比值减去因过渡电阻引起的附加故障距离得到输电线路保护安装处到单相接地故障点的故障距离。本发明方法克服了过渡电阻和负荷电流对单端故障测距精度的影响问题，输电线路单相高阻接地故障时具有很高的测距精度，测距原理简单，程序实现容易，且无需采用搜索算法直接计算故障距离，测距速度快，实时性强。

Description

抗附加故障距离影响的线路单相接地故障单端测距方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体地说是涉及一种抗附加故障距离影响的线路单相接地故障单端测距方法。

背景技术

单端故障测距方法仅利用输电线路一端电气量进行故障定位，无须通讯和数据同步设备，运行费用低且算法稳定，在输电线路中获得广泛应用。单端测距方法主要分为行波法和阻抗法。行波法利用故障暂态行波的传送性质进行单端故障测距，精度高，不受运行方式、过度电阻等影响，但对采样率要求很高，需要专门的录波装置，应用成本高。阻抗法利用故障后的电压、电流量计算故障回路阻抗，根据线路长度与阻抗成正比的特性进行单端故障测距，简单可靠，但测距精度受到过渡电阻和负荷电流等因素影响严重，尤其过渡电阻较大时，因过渡电阻引起的附加故障距离的影响，故障距离测量结果会严重偏离真实故障距离，甚至出现故障测距失败。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种抗附加故障距离影响、能精确测量故障距离的线路单相接地故障单端测距方法。

为完成上述目的，本发明采用如下技术方案：

抗附加故障距离影响的线路单相接地故障单端测距方法，其要点在于，包括如下步骤：

（1）提供一种保护装置，其测量输电线路保护安装处的故障相电压故障相负序电流故障相电流和零序电流其中，φ=A、B、C相。

（2）保护装置计算因过渡电阻引起的附加故障距离△x：

$\mathrm{\Δx}=\frac{\mathrm{Im}\left(z_1\right)\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)-\mathrm{Re}\left(z_1\right)\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)}{\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)\mathrm{Im}\left(z_1\right)-\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)\mathrm{Re}\left(z_1\right)}\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}$

其中，z₁、z₀分别为单位长度输电线路正序阻抗、零序阻抗；Re(z₁)为z₁的实部；Im(z₁)为z₁的虚部； $\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)$ 为 $\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}$ 的虚部； $\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)$ 为 $\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}$ 的实部； $\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)$ 为 $\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}$ 的虚部； $\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)$ 为 $\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}$ 的实部；

（3）保护装置利用 $\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}$ 减去因过渡电阻引起的附加故障距离△x得到输电线路保护安装处到单相接地故障点的故障距离x：

$x=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}-\frac{\mathrm{Im}\left(z_1\right)\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)-\mathrm{Re}\left(z_1\right)\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)}{\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)\mathrm{Im}\left(z_1\right)-\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)}\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}$

本发明与现有技术相比较，具有以下积极成果：

本发明方法首先利用故障相电气量计算因过渡电阻引起的附加故障距离，利用故障相电压与单位长度输电线路电压降的比值减去因过渡电阻引起的附加故障距离得到输电线路保护安装处到单相接地故障点的故障距离。本发明方法克服了过渡电阻和负荷电流对单端故障测距精度的影响问题，输电线路单相高阻接地故障时具有很高的测距精度，测距原理简单，程序实现容易，且无需采用搜索算法直接计算故障距离，测距速度快，实时性强。

附图说明

图1为应用本发明的线路输电系统示意图。

具体实施方式

下面根据说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细表述。

图1为应用本发明的线路输电系统示意图。图1中PT为电压互感器、CT为电流互感器。保护装置对输电线路保护安装处的电压互感器PT的电压波形和电流互感器CT的电流波形进行采样得到电压、电流瞬时值，并利用傅里叶算法计算输电线路保护安装处的故障相电压故障相负序电流故障相电流和零序电流作为输入量；其中，φ=A相、B相、C相。

保护装置利用输电线路保护安装处的故障相电压故障相负序电流故障相电流和零序电流计算因过渡电阻引起的附加故障距离△x：

$\mathrm{\Δx}=\frac{\mathrm{Im}\left(z_1\right)\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)-\mathrm{Re}\left(z_1\right)\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)}{\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)\mathrm{Im}\left(z_1\right)-\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)\mathrm{Re}\left(z_1\right)}\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}$

其中，z₁、z₀分别为单位长度输电线路正序阻抗、零序阻抗；Re(z₁)为z₁的实部；Im(z₁)为z₁的虚部； $\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)$ 为 $\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}$ 的虚部； $\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)$ 为 $\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}$ 的实部； $\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)$ 为 $\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}$ 的虚部； $\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)$ 为 $\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}$ 的实部。

由于 $\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}=x+\mathrm{\Δx},$ 因此，利用 $\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}$ 减去因过渡电阻引起的附加故障距离△x得到输电线路保护安装处到单相接地故障点的故障距离x：

$x=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}-\frac{\mathrm{Im}\left(z_1\right)\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)-\mathrm{Re}\left(z_1\right)\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)}{\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)\mathrm{Im}\left(z_1\right)-\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0}\right)}\frac{{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{z_1({\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{\·}{I}}_0)}$

本发明方法首先利用故障相电气量计算因过渡电阻引起的附加故障距离，利用故障相电压与单位长度输电线路电压降的比值减去因过渡电阻引起的附加故障距离得到输电线路保护安装处到单相接地故障点的故障距离。本发明方法克服了过渡电阻和负荷电流对单端故障测距精度的影响问题，输电线路单相高阻接地故障时具有很高的测距精度，测距原理简单，程序实现容易，且无需采用搜索算法直接计算故障距离，测距速度快，实时性强。

以上所述仅为本发明的较佳具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.抗附加故障距离影响的线路单相接地故障单端测距方法，包括如下步骤：

(1)提供一种保护装置，其测量输电线路保护安装处的故障相电压故障相负序电流故障相电流和零序电流其中，φ＝A、B、C相；

其特征在于，

(2)保护装置计算因过渡电阻引起的附加故障距离Δx：

$\mathrm{\Δx}=\frac{\mathrm{Im}\left(z_1\right)\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{.}{\mathrm{\φ}}}_0}\right)-\mathrm{Re}\left(z_1\right)\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{.}{I}}_0}\right)}{\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{.}{I}}_0}\right)\mathrm{Im}\left(z_1\right)-\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{.}{I}}_0}\right)\mathrm{Re}\left(z_1\right)}\frac{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{z_1({\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{.}{I}}_0)}$

其中，z₁、z₀分别为单位长度输电线路正序阻抗、零序阻抗；Re(z₁)为z₁的实部；Im(z₁)为z₁的虚部；为的虚部；为的实部；为的虚部为的实部；

(3)保护装置利用减去因过渡电阻引起的附加故障距离△x得到输电线路保护安装处到单相接地故障点的故障距离x：

$x=\frac{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{z_1({\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{.}{I}}_0)}-\frac{\mathrm{Im}\left(z_1\right)\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{.}{\mathrm{\φ}}}_0}\right)-\mathrm{Re}\left(z_1\right)\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{\φ}}}{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{.}{I}}_0}\right)}{\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{\mathrm{\φ}{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{.}{I}}_0}\right)\mathrm{Im}\left(z_1\right)-\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{.}{I}}_0}\right)\mathrm{Re}\left(z_1\right)}\frac{{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}2}}{z_1({\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{\φ}}+\frac{z_0-z_1}{z_1}{\stackrel{.}{I}}_0)}.$