CN103293387A - 一种基于故障录波数据的输电线路故障接地电阻计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于故障录波数据的输电线路故障接地电阻计算方法，包括下列步骤：（1）根据双侧电源线路的两端保护装置故障录波文件来计算故障时线路两端的母线电压向量和线路电流向量，并计算向量的各序分量；（2）根据故障测距装置得到故障点距线路两端的距离，结合线路每公里正序阻抗、负序阻抗、零序阻抗参数，计算母线到故障点的正序阻抗、负序阻抗、零序阻抗；（3）根据线路每公里零序分布电容的容抗值计算线路电容电流；（4）计算故障点相电压和接地电阻的电流，确定故障相，并计算接地电阻值。采用本发明的方法，通过线路保护装置获取故障录波文件，在此基础上，计算故障时接地电阻的大小，为电网故障起因分析提供了依据数据。

Description

一种基于故障录波数据的输电线路故障接地电阻计算方法

 

技术领域

本发明属于电工技术领域，更准确地说本发明涉及一种输电线路发生故障时接地电阻计算的实现方法。

背景技术

电力系统输电线路大多暴露于旷野之中，周边环境复杂，引起线路跳闸的因素很多，主要包括：山火、雷电、覆冰、雾闪、树障等，而这些因素导致输电线路故障绝大多数表现为接地故障。不同因素引起的接地故障，其接地电阻值的大小上是有差异的，计算出故障接地电阻也为分析故障起因提供了必要的依据。

在现代电网保护和控制系统，都包含有保护装置、录波装置和故障测距装置等，这也为我们为计算故障接地电阻提供了充分条件。

发明内容

本发明的发明目的是：通过线路保护装置获取故障录波文件，在此基础上，计算故障时接地电阻的大小。本方法不考虑弧光电阻可能产生的影响。

1、计算线路两侧母线电压和线路电流以及它们的序分量；

2、计算故障线路的正序、负序、零序阻抗；

3、计算故障线路的电容电流。

4、计算故障点相电压，确定故障相，并计算出接地电阻值。

为了实现上述目的，本发明是采取以下的技术方案来实现的：

（1）根据双侧电源线路的两端保护装置故障录波文件来计算故障时线路两端的母线电压向量和线路电流向量，并计算向量的各序分量；

（2）根据故障测距装置得到故障点距线路两端的距离，结合线路每公里正序阻抗、负序阻抗、零序阻抗参数，计算母线到故障点的正序阻抗、负序阻抗、零序阻抗；

（3）根据线路每公里零序分布电容的容抗值计算线路电容电流；

（4）计算故障点相电压和接地电阻的电流，确定故障相，并计算出接地电阻值。

具体包括以下步骤：

（1）依据录波文件，以故障电流消失为基准，向前推一个周波，做为录波数据的计算点，来计算线路两侧的母线电压和线路电流（线路两侧分别为M侧和N侧）；

（2）已知线路每公里正序阻抗Z_L1、负序阻抗Z_L2、零序阻抗Z_L0的线路参数，结合线路故障测距装置所测的故障点距M侧的线路距离L_M，计算计算母线到故障点的正序阻抗、负序阻抗、零序阻抗。M侧正、负、零序阻抗：

（3）以线路每公里长分布电容为单位，电容值作为线路参数为已知条件，结合每公里长线路零序电压变化计算出故障两侧线路电容电流；

（4）根据母线电压和线路电路的计算序分量，结合母线至故障点的正序、负序、零序阻抗，计算出故障点的正序、负序、零序电压，继而得出三相相电压，根据A、B、C三相电压中，电压最低则判断为故障相（并小于70%的额定电压），其它相与最低相电压的差值，小于最大相电压的10%，则同样认为是故障相这一判据，来确定故障相。

（5）流经接地电阻的电流：线路两侧零序电流的向量和，同时减去所有线路分布电容电流之和。最后由故障点相电压出去接地电阻电流，得出接地电阻值。

以下列出计算步骤与公式

已知数据： 

1)母线电压 

M侧母线电压：U_MA、U_MB、U_MC；

N侧母线电压：U_NA、U_NB、U_NC。

2)线路电流

M侧线路电流：I_MA、I_MB、I_MC；

N侧线路电流：I_NA、I_NB、I_NC。

3)线路参数

每公里正序阻抗：Z_L1；

每公里负序阻抗：Z_L2；

每公里零序阻抗：Z_L0；

每公里零序分布容抗：Z_C0。

4)故障点

M侧母线距离故障点的距离：L_M公里；

N侧母线距离故障点的距离：L_N公里。

确定基准点：根据录波文件，以故障电流消失为基准，向前推一个周波，作为录波数据的计算点。

电压、电流计算：

1)采用付氏计算，获得基准点母线电压、线路电流的有效值；

2)通过付氏计算获得上述电气量的角度。

序分量计算：（以下均为复数计算）

1)电压计算

U_MA1＝（U_MA＋U_MB e^j120＋U_MC e^－j120）÷3

U_MA2＝（U_MA＋U_MB e^－j120＋U_MC e^j120）÷3

3U_MA0＝U_MA＋U_MB＋U_MC

2)电流计算

I_MA1＝（I_MA＋I_MB e^j120＋I_MC e^－j120）÷3

I_MA2＝（I_MA＋I_MB e^－j120＋I_MC e^j120）÷3

3I_MA0＝I_MA＋I_MB＋I_MC。

线路参数计算：M侧正、负、零序阻抗

Z_ML1＝Z_L1×L_M

Z_ML2＝Z_L2×L_M

  Z_ML0＝Z_L0×L_M。

故障点电压序分量计算：

U_KMA1＝U_MA1－I_MA1×Z_ML1

U_KMA2＝U_MA2－I_MA2×Z_ML2

U_KMA0＝（3U_MA0－3I_MA0×Z_ML0）÷3。

故障点相电压计算：

U_KMA＝U_KMA1＋U_KMA2＋U_KMA0

 U_KMB＝U_KMA1 e^－j120＋U_KMA2 e^j120＋U_KMA0

U_KMC＝U_KMA1 e^j120＋U_KMA2 e^－j120＋U_KMA0。

M侧电容电流的计算：

1)   每公里线路，M侧零序电压的变化值

Δ3U_M0＝3I_MA0×Z_L0；

2)   M侧零序电容电流I_M0C

I_M0C＝L_M[3U_MA0＋Δ3U_M0(L_M＋1) ÷2] ÷Z_C0。

N侧电容电流的计算：

1)   N侧母线零序电压

3U_NA0＝U_NA＋U_NB＋U_NC；

2)   N侧线路零序电流

3I_NA0＝I_NA＋I_NB＋I_NC；

3)   每公里线路，N侧零序电压的变化值

Δ3U_N0＝3I_NA0×Z_L0；

4)   N侧零序电容电流I_N0C

I_N0C＝L_N[3U_NA0＋Δ3U_N0(L_N＋1) ÷2] ÷Z_C0。

接地电阻计算：

1)   接地电阻中的电流

3I_0g＝3I_MA0＋3I_NA0－I_M0C－I_N0C；

2)   接地电阻Rg为：（当A相故障时）

R_g＝U_KMA÷3I_0g。

本发明所达到的有益效果：

采用本发明的方法，通过线路保护装置获取故障录波文件，在此基础上，计算故障时接地电阻的大小，为电网故障起因分析提供了依据数据。

附图说明

图1为系统主接线图。

具体实施方式

以下结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以图1所示的系统为例，说明本发明的方法一个较佳的实施例，包括以下步骤：

1.根据双侧电源线路的两端保护装置故障录波文件来计算故障时线路两端的母线电压向量和线路电流向量，包括M侧母线电压U_MA、U_MB、U_MC、N侧母线电压U_NA、U_NB、U_NC和M侧线路电流I_MA、I_MB、I_MC 、N侧线路电流I_NA、I_NB、I_NC；并计算向量的各序分量U_MA1、U_MA2、3U_MA0、I_MA1、I_MA2、3I_MA0；

2.根据故障测距装置可以得到故障点距线路两端的距离，结合线路每公里正序阻抗Z_L1、负序阻抗Z_L2、零序阻抗Z_L0参数，计算母线到故障点的正序阻抗、负序阻抗、零序阻抗；

3.根据线路每公里零序分布电容的容抗值计算线路电容电流I_M0C、I_N0C；

4.计算故障点相电压U_KMA、U_KMB、U_KMC和接地电阻的电流3I_0g，确定故障相，并计算接地电阻值R_g。

上述实施例只是为了更好地揭示本发明，而并不对本发明产生限制。任何基于本发明做出的修改和变化都属于本发明的实施和精神涵盖之下。

Claims (6)

1.一种基于故障录波数据的输电线路故障接地电阻计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）根据双侧电源线路的两端保护装置故障录波文件来计算故障时线路两端的母线电压向量和线路电流向量，并计算向量的各序分量；

（2）根据故障测距装置得到故障点距线路两端的距离，结合线路每公里正序阻抗、负序阻抗、零序阻抗参数，计算母线到故障点的正序阻抗、负序阻抗、零序阻抗；

（3）根据线路每公里零序分布电容的容抗值计算线路电容电流；

（4）计算故障点相电压和接地电阻的电流，确定故障相，并计算出接地电阻值。

2.根据权利要求1所述的基于故障录波数据的输电线路故障接地电阻计算方法，其特征在于，线路两侧故障向量的计算：根据录波文件，以故障电流消失为基准，向前推一个周波，做为录波数据的计算点，设线路两侧分别为M侧和N侧，

计算母线电压向量、线路电流向量，包括M侧母线电压U_MA、U_MB、U_MC、N侧母线电压U_NA、U_NB、U_NC和M侧线路电流I_MA、I_MB、I_MC 、N侧线路电流I_NA、I_NB、I_NC；

a）采用傅立叶计算，获得基准点母线电压、线路电流的有效值；

b）通过傅立叶计算获得上述电气量的角度；

序分量计算

a）正序、负序、零序电压计算

    U_MA1＝（U_MA＋U_MB e^j120＋U_MC e^－j120）÷3

           U_MA2＝（U_MA＋U_MB e^－j120＋U_MC e^j120）÷3

              3U_MA0＝U_MA＋U_MB＋U_MC

b）正序、负序、零序电流计算

   I_MA1＝（I_MA＋I_MB e^j120＋I_MC e^－j120）÷3

     I_MA2＝（I_MA＋I_MB e^－j120＋I_MC e^j120）÷3

     3I_MA0＝I_MA＋I_MB＋I_MC。

3.根据权利要求2所述的基于故障录波数据的输电线路故障接地电阻计算方法，其特征在于，已知线路每公里正序阻抗Z_L1、负序阻抗Z_L2、零序阻抗Z_L0的线路参数，结合线路故障测距装置所测的故障点距M侧的线路距离L_M，计算母线到故障点的正序阻抗、负序阻抗、零序阻抗,其中M侧正、负、零序阻抗分别为：

Z_ML1＝Z_L1×L_M

Z_ML2＝Z_L2×L_M

Z_ML0＝Z_L0×L_M。

4.根据权利要求3所述的基于故障录波数据的输电线路故障接地电阻计算方法，其特征在于，线路电容电流的计算， 

1）M侧电容电流的计算

a)每公里线路，M侧零序电压的变化值为：

   Δ3U_M0＝3I_MA0×Z_L0

b)M侧零序电容电流I_M0C为：

   I_M0C＝L_M[3U_MA0＋Δ3U_M0(L_M＋1) ÷2] ÷Z_C0      

2)N侧电容电流的计算

a)N侧母线零序电压：

   3U_NA0＝U_NA＋U_NB＋U_NC

b)N侧线路零序电流：

   3I_NA0＝I_NA＋I_NB＋I_NC

c)每公里线路，N侧零序电压的变化值：

   Δ3U_N0＝3I_NA0×Z_L0

d)N侧零序电容电流I_N0C为：

   I_N0C＝L_N[3U_NA0＋Δ3U_N0(L_N＋1) ÷2] ÷Z_C0，其中，L_N为故障点距N侧的线路距离。

5.根据权利要求4所述的基于故障录波数据的输电线路故障接地电阻计算方法，其特征在于，线路故障点的电压和电流计算：

1)故障点电压序分量的计算

U_KMA1＝U_MA1－I_MA1×Z_ML1

U_KMA2＝U_MA2－I_MA2×Z_ML2

U_KMA0＝（3U_MA0－3I_MA0×Z_ML0）÷3

2)故障点相电压的计算

U_KMA＝U_KMA1＋U_KMA2＋U_KMA0

U_KMB＝U_KMA1 e^－j120＋U_KMA2 e^j120＋U_KMA0

U_KMC＝U_KMA1 e^j120＋U_KMA2 e^－j120＋U_KMA0

3)故障向判别

采用保护动作报告中的数据；A、B、C三相电压中，电压最低、并小于70%的额定电压则判断为故障相；其它相与最低相电压的差值小于最大相电压的10%，则同样认为是故障相。

6.根据权利要求5所述的基于故障录波数据的输电线路故障接地电阻计算方法，其特征在于，计算出接地电阻中的电流，结合故障点接地电阻电压的值来计算接地电阻值；

1)接地电阻中的电流

3I_0g＝3I_MA0＋3I_NA0－I_M0C－I_N0C

2)当A相故障时，接地电阻R_g 值：

R_g＝U_KMA÷3I_0g。