CN103743996A - 一种基于π型等效电路直流接地极线路故障测距方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于π型等效电路直流接地极线路故障测距方法，属于电力系统故障测距技术领域。本发明所述方法为当高压直流接地极线路发生接地故障时，将故障点到量测端的线路等效为π型等效电路，利用单端电压电流量计算出输入阻抗，根据输入阻抗等于故障点到量测端的线路等效阻抗，确定故障定位函数，通过求解故障定位函数计算故障距离。本发明基于π型等效模型对线路模型进行等效，简化了计算，基于现场录波数据，易于现场实现，仅利用单端可测的电压和电流量，无需对端的数据。

Description

一种基于π型等效电路直流接地极线路故障测距方法
技术领域
本发明涉及一种基于π型等效电路直流接地极线路故障测距方法，属于电力系统保护和测距技术领域。 
背景技术
接地极线路是直流输电系统中不可缺少的一部分，直流系统换流站一般距离接地点几十到一百多千米，其间通常架设双导线并联的接地极引线。由于接地极线路电压等级较低，容易发生接地短路和断线故障，进而对整个高压直流输电系统产生影响，造成单极闭锁，严重的可能造成双极闭锁，导致系统无法正常输送功率。所以，准确地测量出故障点的位置排除故障变得十分重要。 
现有测距方法有阻抗法、行波法和故障分析法。行波法测距的可靠性和测量的精度较高，在理论上不受线路类型、故障电阻及量测系统的影响，但是在实际中则受到许多工程因素的制约。阻抗法的优点是比较简单可靠。 
本发明基于π型等效电路进行故障测距。利用单端电压电流量计算出等效输入阻抗，根据故障点的阻抗虚部为零确定故障定位函数，通过求解故障定位函数计算出故障距离。 
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种基于π型等效电路直流接地极线路故障测距方法，以解决接地极线路故障准确定位的问题 
本发明的技术方案是：一种基于π型等效电路直流接地极线路故障测距方法，其特征在于：当高压直流接地极线路发生接地故障时，将故障点到量测端的线路等效为π型等效电路，利用单端电压电流量计算输入阻抗，根据故障点的阻抗虚部为零确定故障定位函数，通过求解故障定位函数计算出故障距离。
所述测距方法的具体步骤如下： 
（1）假设接地极线路中的一条线路距离测量端M点的 
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE001
处发生接地故障，采用集中参数模型，将故障点到量测端M的线路等效为π型等效电路，则等效阻抗为： 
 
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE002
               （1）                                                                            
 式中，
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE003
为从M端到故障点的系统等效阻抗，
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE004
为线路的单位长度电阻；为线路的单位长度电抗；
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE006
为线路的单位长度导纳；
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE007
为故障距离，为待求量。
（2）根据接地极引线M端测量的电压和电流，提取接地极引线M端电压和电流，计算出量测端的测量阻抗Z meas： 
     
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE008
                              （2）                        
 式中，
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE009
为引线M端的电压；
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE010
为引线端部流入故障线路的电流；
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE011
为输入阻抗；
（3）在故障点处，输入阻抗与M端到故障点的等效阻抗相等，故障定位函数为：
                     
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE012
                   （3）
式中， 
Figure DEST_PATH_777157DEST_PATH_IMAGE007
为故障距离，
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE013
表示取复数Z的虚部。              
（4）求解故障定位函数，当
Figure DEST_PATH_631981DEST_PATH_IMAGE007
的值最小时即为故障距离。
本发明的工作原理是：当高压直流接地极线路发生接地故障时，将故障点到量测端的线路等效为π型等效电路，利用单端电压电流量计算出输入阻抗，根据输入阻抗等于故障点到量测端的线路等效阻抗，确定故障定位函数，通过求解故障定位函数计算故障距离，为了提高测距精度，可以采用增加π模型的节数。 
本发明的有益效果是： 
（1）本方法基于π型等效模型对线路模型进行等效，简化了计算，基于现场录波数据，易于现场实现。
（2）本方法本测距方法仅利用单端可测的电压和电流量，无需对端的数据。 
附图说明
图1为本发明中直流输电系统中的接地极线路：图中，UdN1为极I换流站中性母线测量电压，Idee1为接地极线路
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE014
测量电流，Idee2为接地极线路测量电流； 
图2为本发明中图1的高压直流接地极线路π型等效模型：图中，为两侧端电压；
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE017
为极址点电压，
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE019
分别为接地极线路l 1和l 2量测端电流；I 3、I 4分别为接地极线路l 1和l 2极址端电流；为线路的单位长度电阻；
Figure DEST_PATH_433026DEST_PATH_IMAGE005
为线路的单位长度电抗；为线路的单位长度导纳；l为线路的全长；
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE020
为极址电阻；
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE021
为故障点到量测端的距离。 
图3是本发明中实施例2中故障发生在30km的定位图，过渡电阻为0.2Ω，转折点即为故障距离； 
图4是本发明中实施例3中故障发生在50km的定位图，过渡电阻为20Ω，转折点即为故障距离。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。 
实施例1：一种基于π型等效电路直流接地极线路故障测距方法，800kV直流接地极线路如图2所示。其线路参数如下：线路全长80km，线路阻抗为：0.0231+j0.001273237Ω/km，极址电阻为0.2Ω。数据采样率为6.4kHz。接地极线路l 2距量测端3km发生接地故障，过渡电阻为0.2Ω。将故障点到量测端的线路等效为π型等效电路，利用单端电压电流量计算出等效输入阻抗，根据输入阻抗等于故障点到量测端的线路等效阻抗，确定故障定位函数，通过求解故障定位函数计算故障距离。 
所述测距方法的具体步骤如下： 
（1）假设接地极线路中的一条线路距离测量端M点的
Figure DEST_PATH_310339DEST_PATH_IMAGE001
处发生接地故障，采用集中参数模型，将故障点到量测端M的线路等效为π型等效电路，则等效阻抗为： 
 
Figure DEST_PATH_515055DEST_PATH_IMAGE002
               （1）                                                                            
 式中，
Figure DEST_PATH_713955DEST_PATH_IMAGE003
为从M端到故障点的系统等效阻抗，
Figure DEST_PATH_320517DEST_PATH_IMAGE004
为线路的单位长度电阻；
Figure DEST_PATH_251564DEST_PATH_IMAGE005
为线路的单位长度电抗；
Figure DEST_PATH_442112DEST_PATH_IMAGE006
为线路的单位长度导纳；
Figure DEST_PATH_116807DEST_PATH_IMAGE007
为故障距离，为待求量。
（2）根据接地极引线M端测量的电压和电流，提取接地极引线M端电压和电流，计算出量测端的测量阻抗Z meas： 
     
Figure DEST_PATH_640192DEST_PATH_IMAGE008
                              （2）                        
 式中，
Figure DEST_PATH_7719DEST_PATH_IMAGE009
为引线M端的电压；
Figure DEST_PATH_249345DEST_PATH_IMAGE010
为引线端部流入故障线路的电流；
Figure DEST_PATH_462152DEST_PATH_IMAGE011
为输入阻抗；
（3）在故障点处，输入阻抗与M端到故障点的等效阻抗相等，故障定位函数为：
                     
Figure DEST_PATH_544770DEST_PATH_IMAGE012
                   （3）
式中， 
Figure DEST_PATH_879937DEST_PATH_IMAGE007
为故障距离，表示取复数Z的虚部。              
（4）通过Matlab求解故障定位函数，把线路全长80km分成8000个点，迭代8000次，当的值最小时对应的横坐标即为故障距离，得到距离x f =2.9km。
实施例2：一种基于π型等效电路直流接地极线路故障测距方法，
Figure DEST_PATH_61016DEST_PATH_IMAGE022
 800kV直流接地极线路如图2所示。其线路参数如下：线路全长80km，线路阻抗为：0.0231+j0.001273237Ω/km，极址电阻为0.2Ω。数据采样率为6.4kHz。接地极线路l 2距量测端30km发生接地故障，过渡电阻为4Ω。将故障点到量测端的线路等效为π型等效电路，利用单端电压电流量计算出等效输入阻抗，根据输入阻抗等于故障点到量测端的线路等效阻抗，确定故障定位函数，通过求解故障定位函数计算故障距离。 
所述测距方法的具体步骤如下： 
（1）假设接地极线路中的一条线路距离测量端M点的
Figure DEST_PATH_770347DEST_PATH_IMAGE001
处发生接地故障，采用集中参数模型，将故障点到量测端M的线路等效为π型等效电路，则等效阻抗为： 
 
Figure DEST_PATH_157203DEST_PATH_IMAGE002
               （1）                                                                            
 式中，
Figure DEST_PATH_39709DEST_PATH_IMAGE003
为从M端到故障点的系统等效阻抗，
Figure DEST_PATH_329876DEST_PATH_IMAGE004
为线路的单位长度电阻；为线路的单位长度电抗；
Figure DEST_PATH_648042DEST_PATH_IMAGE006
为线路的单位长度导纳；
Figure DEST_PATH_445490DEST_PATH_IMAGE007
为故障距离，为待求量。
（2）根据接地极引线M端测量的电压和电流，提取接地极引线M端电压和电流，计算出量测端的测量阻抗Z meas： 
     
Figure DEST_PATH_855742DEST_PATH_IMAGE008
                              （2）                        
 式中，为引线M端的电压；
Figure DEST_PATH_832106DEST_PATH_IMAGE010
为引线端部流入故障线路的电流；
Figure DEST_PATH_994097DEST_PATH_IMAGE011
为输入阻抗；
（3）在故障点处，输入阻抗与M端到故障点的等效阻抗相等，故障定位函数为：
                     
Figure DEST_PATH_491812DEST_PATH_IMAGE012
                   （3）
式中， 
Figure DEST_PATH_776163DEST_PATH_IMAGE007
为故障距离，
Figure DEST_PATH_126373DEST_PATH_IMAGE013
表示取复数Z的虚部。              
（4）通过Matlab求解故障定位函数，把线路全长80km分成8000个点，迭代8000次，当
Figure DEST_PATH_92055DEST_PATH_IMAGE007
的值最小时对应的横坐标即为故障距离，得到故障距离x f =29.27km，其故障定位图如图3所示。
实施例3：一种基于π型等效电路直流接地极线路故障测距方法， 800kV直流接地极线路如图2所示。其线路参数如下：线路全长80km，线路阻抗为：0.0231+j0.001273237Ω/km，极址电阻为0.2Ω。数据采样率为6.4kHz。接地极线路l 2距量测端50km发生接地故障，过渡电阻为20Ω。将故障点到量测端的线路等效为π型等效电路，利用单端电压电流量计算出等效输入阻抗，根据输入阻抗等于故障点到量测端的线路等效阻抗，确定故障定位函数，通过求解故障定位函数计算故障距离。 
所述测距方法的具体步骤如下： 
（1）假设接地极线路中的一条线路距离测量端M点的
Figure DEST_PATH_400993DEST_PATH_IMAGE001
处发生接地故障，采用集中参数模型，将故障点到量测端M的线路等效为π型等效电路，则等效阻抗为： 
                （1）                                                                            
 式中，
Figure DEST_PATH_243758DEST_PATH_IMAGE003
为从M端到故障点的系统等效阻抗，
Figure DEST_PATH_545426DEST_PATH_IMAGE004
为线路的单位长度电阻；
Figure DEST_PATH_843683DEST_PATH_IMAGE005
为线路的单位长度电抗；
Figure DEST_PATH_168485DEST_PATH_IMAGE006
为线路的单位长度导纳；
Figure DEST_PATH_974505DEST_PATH_IMAGE007
为故障距离，为待求量。
（2）根据接地极引线M端测量的电压和电流，提取接地极引线M端电压和电流，计算出量测端的测量阻抗Z meas： 
     
Figure DEST_PATH_865101DEST_PATH_IMAGE008
                              （2）                        
 式中，
Figure DEST_PATH_599839DEST_PATH_IMAGE009
为引线M端的电压；
Figure DEST_PATH_146358DEST_PATH_IMAGE010
为引线端部流入故障线路的电流；
Figure DEST_PATH_257533DEST_PATH_IMAGE011
为输入阻抗；
（3）在故障点处，输入阻抗与M端到故障点的等效阻抗相等，故障定位函数为：
                     
Figure DEST_PATH_268214DEST_PATH_IMAGE012
                   （3）
式中， 
Figure DEST_PATH_499537DEST_PATH_IMAGE007
为故障距离，表示取复数Z的虚部。              
（4）通过Matlab求解故障定位函数，把线路全长80km分成8000个点，迭代8000次，当
Figure DEST_PATH_182639DEST_PATH_IMAGE007
的值最小时对应的横坐标即为故障距离，得到故障距离xf =50.2km，其故障定位图如图4所示。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。 

Claims (2)

1.一种基于π型等效电路直流接地极线路故障测距方法，其特征在于：当高压直流接地极线路发生接地故障时，将故障点到量测端的线路等效为π型等效电路，利用单端电压电流量计算出等效输入阻抗，根据输入阻抗等于故障点到量测端的线路等效阻抗，确定故障定位函数，通过求解故障定位函数计算故障距离。
2.根据权利要求1所述的一种基于π型等效电路直流接地极线路故障测距方法，其特征在于: 所述测距方法的具体步骤如下：
（1）假设接地极线路中的一条线路距离测量端M点的                                                
Figure 273587DEST_PATH_IMAGE001
处发生接地故障，采用集中参数模型，将故障点到量测端M的线路等效为π型等效电路，则等效阻抗为： 
 
Figure 777380DEST_PATH_IMAGE002
               （1）                                                                            
 式中，
Figure 751153DEST_PATH_IMAGE003
为从M端到故障点的系统等效阻抗，
Figure 377306DEST_PATH_IMAGE004
为线路的单位长度电阻；
Figure 436529DEST_PATH_IMAGE005
为线路的单位长度电抗；
Figure 806330DEST_PATH_IMAGE006
为线路的单位长度导纳；
Figure 897259DEST_PATH_IMAGE007
为故障距离，为待求量；
（2）根据接地极引线M端测量的电压和电流，提取接地极引线M端电压和电流，计算出量测端的测量阻抗Z meas：
     
Figure 631997DEST_PATH_IMAGE008
                              （2）                        
 式中，为引线M端的电压；为引线端部流入故障线路的电流；
Figure 34793DEST_PATH_IMAGE011
为输入阻抗；
（3）在故障点处，输入阻抗与M端到故障点的等效阻抗相等，故障定位函数为：
                    
Figure 2749DEST_PATH_IMAGE012
                   （3）
式中， 
Figure 36564DEST_PATH_IMAGE007
为故障距离，表示取复数Z的虚部；
（4）求解故障定位函数，当
Figure 816618DEST_PATH_IMAGE007
的值最小时即为故障距离。
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