CN103744001A - 一种基于分布参数模型的高压直流接地极线路故障测距的频域方法 - Google Patents

一种基于分布参数模型的高压直流接地极线路故障测距的频域方法 Download PDF

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CN103744001A CN201410021177.XA CN201410021177A CN103744001A CN 103744001 A CN103744001 A CN 103744001A CN 201410021177 A CN201410021177 A CN 201410021177A CN 103744001 A CN103744001 A CN 103744001A
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Abstract

本发明涉及一种基于分布参数模型的高压直流接地极线路故障测距的频域，属于电力系统故障测距技术领域。当高压直流接地极线路发生接地故障时，利用故障线路可测的电压、电流，从量测端计算接地极线路沿线的电压分布；同时利用非故障线路可测的电压、电流推算至极址点，计算出极址点的电压和电流；再利用极址点的电压和电流，从极址端计算接地极线路沿线电压分布，根据故障点的过渡电阻为纯阻性，列写出故障定位函数，通过求解定位函数计算出故障距离。本发明是基于现有故障测量数据实现接地极单端故障测距，无需对端参数，算法简单，容易实现。

Description

一种基于分布参数模型的高压直流接地极线路故障测距的频域方法
技术领域
本发明涉及一种基于分布参数模型的高压直流接地极线路故障测距的频域方法，属于电力系统故障测距技术领域。
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，实际中接地极极址的选择相对比较困难。为了减少接地极电流对换流站设备的影响，直流系统中接地极的极址一般选择在距离换流站几十到一百多千米的地方，极址与换流站之间通常架设双导线并联的接地极引线。
接地极线路电压等级较低，发生线路故障概率较大，接地极线路发生故障后会影响直流双极系统，不仅对直流系统安全运行影响较大，而且对大电网骨干网架稳定运行影响很大。目前，接地极线路大都装有脉冲行波测距装置，但是当接地极引线故障时，多次发生无法测距的情况。利用暂态故障录波数据对接地极保护进行仿真判断，减少现场运行维护人员分析故障录波的工作量，有利于及时分析故障性质，并对故障线路进行修复，保证供电的可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于分布参数模型的高压直流接地极线路故障测距的频域方法，用以解决上述问题。
本发明的技术方案是：一种基于分布参数模型的高压直流接地极线路故障测距的频域方法，当高压直流接地极线路发生接地故障时，利用故障线路可测的电压、电流，从量测端计算接地极线路沿线的电压分布；同时利用非故障线路可测的电压、电流推算至极址点，计算出极址点的电压和电流；再利用极址点的电压和电流，从极址端计算接地极线路沿线电压分布，根据故障点的过渡电阻为纯阻性，列写出故障定位函数，通过求解定位函数计算出故障距离。
所述方法具体步骤为：
第一步：当高压直流接地极线路                                                
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE001
发生故障时，利用测量端（M端）的电压、电流测量值，根据线路分布参数模型计算沿线电压和电流
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE003
：
Figure 617723DEST_PATH_IMAGE004
                  （1）
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE005
                     （2）
式中，
Figure 702354DEST_PATH_IMAGE006
为量测端电压；为故障引线量测端电流；
Figure 104254DEST_PATH_IMAGE008
为距离量测端M的距离； 
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE009
为传播常数；
Figure 223520DEST_PATH_IMAGE010
为线波阻抗；
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE011
;                                     （3）
;                                     （4）
式中，Z、Y分别为线路单位长度阻抗和导纳。
第二步：利用高压直流接地极线路
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE013
参数计算出极址点电压
Figure 827862DEST_PATH_IMAGE014
和线路电流
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE015
：
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE017
                   （5）
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE019
                     （6）
式中，
Figure 679330DEST_PATH_IMAGE014
为极址端的电压；
Figure 243166DEST_PATH_IMAGE020
为非故障接地极线路量测端电流；             
第三步：利用极址点参数和线路
Figure 800924DEST_PATH_IMAGE013
电流
Figure 108409DEST_PATH_IMAGE015
推算出线路
Figure 264584DEST_PATH_IMAGE001
的电流
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE021
：
Figure 937004DEST_PATH_IMAGE022
  （7） 
式中，
Figure 545840DEST_PATH_IMAGE021
为线路
Figure 889972DEST_PATH_IMAGE001
上靠近极址点的电流；
第四步：利用极址点的电压
Figure 838336DEST_PATH_IMAGE014
、线路
Figure 743975DEST_PATH_IMAGE001
流向极址点的电流
Figure 840107DEST_PATH_IMAGE021
和波阻抗
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE023
计算得到故障点流向极址点的电流
Figure 925613DEST_PATH_IMAGE024
：
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE025
                   （8）
第五步：利用
Figure 994063DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 70603DEST_PATH_IMAGE024
求取距M端
Figure 326135DEST_PATH_IMAGE026
处检测点的电流
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE027
：
                          
Figure 301086DEST_PATH_IMAGE028
                                （9）
第六步：利用和
Figure 471484DEST_PATH_IMAGE002
求取距M端
Figure 214312DEST_PATH_IMAGE026
处检测点的过渡电阻：
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE029
                              （10）
利用故障点过渡电阻为纯阻性的边界条件，得到故障定位函数为：
                      （11）
将
Figure 481400DEST_PATH_IMAGE008
从0到
Figure 899743DEST_PATH_IMAGE032
的距离上，每隔0.1km取一点代入公式（11）进行计算检测，然后遍历数据，数据中的最小值所对应的距离就为故障点。
本发明第五步求取
Figure 457764DEST_PATH_IMAGE027
具体为：
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE033
本发明的有益效果是：
（1）本方法是基于现有故障测量数据实现接地极单端故障测距，无需对端参数，算法简单，容易实现。
（2）本测距方法采用线路分布参数模型，考虑线路分布电容以及极址点的极址电阻的影响，所以测量精度较高。
附图说明
图1是本发明接地极线路：图中，
Figure 423183DEST_PATH_IMAGE034
为两侧端电压；
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE035
为极址点电压，
Figure 320732DEST_PATH_IMAGE036
分别为接地极线路l 1和l 2量测端电流；
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE037
分别为接地极故障线路l 2上流进、流出接地点的电流；
Figure 847660DEST_PATH_IMAGE038
分别为接地极线路l 1和l 2极址端电流；
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE039
为接地极线路检测点处的过渡电阻；l为接地极线路总长；
Figure 63615DEST_PATH_IMAGE040
为极址电阻；x为检测点到量测端的距离；
Figure 396508DEST_PATH_IMAGE041
为检测点处电压；
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE042
为流入检测点电流；
图2是本发明实施例1中，接地极线路l 2距量测端20km发生接地故障，极址电阻为0.2Ω，过渡电阻为20Ω情况下的故障定位图；
图3是本发明实施例2中，接地极线路l 2距量测端50km发生接地故障，极址电阻为0.2Ω，过渡电阻为4Ω情况下的故障定位图；
图4是本发明实施例3中，接地极线路l 2距量测端70km发生接地故障，极址电阻为0.2Ω，过渡电阻为0.2Ω情况下的故障定位图。
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：
Figure 86246DEST_PATH_IMAGE043
800kV直流接地极线路如图1所示。其线路参数如下：线路全长80km，直流阻抗为：0.023165Ω/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20km发生接地故障，过渡电阻为20Ω。
（1）利用快速傅里叶变换（FFT），窗函数选择切比雪夫窗，数据窗长度N=128，提取量测端f=600Hz的电气量主导频率成分。计算出电压
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE044
电流
Figure 344927DEST_PATH_IMAGE045
的幅值和相位，计算沿线电压和电流：
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE046
Figure 549643DEST_PATH_IMAGE047
（2）电压
Figure 623909DEST_PATH_IMAGE044
电流
Figure 729006DEST_PATH_IMAGE045
计算极址电压和电流
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE048
Figure 660053DEST_PATH_IMAGE049
（3）利用极址点参数和线路
Figure 352066DEST_PATH_IMAGE013
电流
Figure 292340DEST_PATH_IMAGE015
推算出线路
Figure 251944DEST_PATH_IMAGE001
的电流。
Figure 595517DEST_PATH_IMAGE051
    （4）利用极址点的电压
Figure 73903DEST_PATH_IMAGE014
、线路
Figure 389478DEST_PATH_IMAGE001
流向极址点电流和波阻抗
Figure 765150DEST_PATH_IMAGE023
计算电流
Figure 47227DEST_PATH_IMAGE024
（5） 计算故障点电流为
Figure 715844DEST_PATH_IMAGE053
（6）求取距M端
Figure 425174DEST_PATH_IMAGE026
处检测点的过渡电阻：
Figure 313495DEST_PATH_IMAGE029
              
 利用故障点过渡电阻为纯阻性的边界条件，得到故障定位函数为：
Figure 196001DEST_PATH_IMAGE030
      
在上面所有含x的式子，x的取值为[0,l]，变化步长为0.1km，计算R x（x），当R x（x）最小所对应的距离为故障距离。x f = 20.02km，其故障定位图如图2所示。
实施例2：
Figure 486168DEST_PATH_IMAGE043
800kV直流接地极线路如图1所示。其线路参数如下：线路全长80km，直流阻抗为：0.023165Ω/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40km发生接地故障，过渡电阻为4Ω。
（1）利用快速傅里叶变换（FFT），窗函数选择切比雪夫窗，数据窗长度N=128，提取量测端f=600Hz的电气量主导频率成分。计算出电压
Figure 864934DEST_PATH_IMAGE044
电流的幅值和相位，计算沿线电压和电流
Figure 926748DEST_PATH_IMAGE046
Figure 71422DEST_PATH_IMAGE047
（2）电压电流
Figure 47785DEST_PATH_IMAGE045
计算极址电压和电流
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE054
Figure 973070DEST_PATH_IMAGE055
（3）利用极址点参数和线路
Figure 929525DEST_PATH_IMAGE013
电流
Figure 279735DEST_PATH_IMAGE015
推算出线路的电流
Figure 925535DEST_PATH_IMAGE021
。
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE056
    （4）利用极址点的电压、线路
Figure 890397DEST_PATH_IMAGE001
流向极址点电流
Figure 394190DEST_PATH_IMAGE021
和波阻抗
Figure 132077DEST_PATH_IMAGE023
计算电流
Figure 695913DEST_PATH_IMAGE024
Figure 817453DEST_PATH_IMAGE052
（5） 计算故障点电流为
Figure 124938DEST_PATH_IMAGE053
（6）求取距M端
Figure 218796DEST_PATH_IMAGE026
处检测点的过渡电阻：
Figure 452069DEST_PATH_IMAGE029
              
 利用故障点过渡电阻为纯阻性的边界条件，得到故障定位函数为：
Figure 60905DEST_PATH_IMAGE030
      
在上面所有含x的式子，x的取值为[0,l]，变化步长为0.1km，计算R x（x），当R x（x）最小所对应的距离为故障距离。x f = 40.64km，其故障定位图如图3所示。        
实施例3：
Figure 906501DEST_PATH_IMAGE043
800kV直流接地极线路如图1所示。其线路参数如下：线路全长80km，直流阻抗为：0.023165Ω/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70km发生接地故障，过渡电阻为4Ω。
 （1）利用快速傅里叶变换（FFT），窗函数选择切比雪夫窗，数据窗长度N=128，提取量测端f=600Hz的电气量主导频率成分。计算出电压
Figure 854865DEST_PATH_IMAGE044
电流
Figure 822821DEST_PATH_IMAGE045
的幅值和相位，计算沿线电压和电流
Figure 856636DEST_PATH_IMAGE046
Figure 4459DEST_PATH_IMAGE047
（2）电压
Figure 807330DEST_PATH_IMAGE044
电流
Figure 946187DEST_PATH_IMAGE045
计算极址电压和电流
Figure 920276DEST_PATH_IMAGE057
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE058
（3）利用极址点参数和线路
Figure 76189DEST_PATH_IMAGE013
电流推算出线路
Figure 332038DEST_PATH_IMAGE001
的电流
Figure 385444DEST_PATH_IMAGE021
。
Figure 162908DEST_PATH_IMAGE059
    （4）利用极址点的电压
Figure 915723DEST_PATH_IMAGE014
、线路流向极址点电流
Figure 940628DEST_PATH_IMAGE021
和波阻抗
Figure 634915DEST_PATH_IMAGE023
计算电流
Figure 489738DEST_PATH_IMAGE024
（5） 计算故障点电流为
Figure 100903DEST_PATH_IMAGE053
（6）求取距M端
Figure 852958DEST_PATH_IMAGE026
处检测点的过渡电阻：
Figure 613104DEST_PATH_IMAGE029
              
 利用故障点过渡电阻为纯阻性的边界条件，得到故障定位函数为：
      
在上面所有含x的式子，x的取值为[0,l]，变化步长为0.1km，计算R x（x），当R x（x）最小所对应的距离为故障距离。x f = 70.87km，其故障定位图如图3所示。
实施例4：一种基于分布参数模型的高压直流接地极线路故障测距的频域方法，当高压直流接地极线路发生接地故障时，利用故障线路可测的电压、电流，从量测端计算接地极线路沿线的电压分布；同时利用非故障线路可测的电压、电流推算至极址点，计算出极址点的电压和电流；再利用极址点的电压和电流，从极址端计算接地极线路沿线电压分布，根据故障点的过渡电阻为纯阻性，列写出故障定位函数，通过求解定位函数计算出故障距离。
所述方法具体步骤为：
第一步：当高压直流接地极线路
Figure 16720DEST_PATH_IMAGE001
发生故障时，利用测量端（M端）的电压、电流测量值，根据线路分布参数模型计算沿线电压和电流
Figure 52864DEST_PATH_IMAGE003
：
                  （1）
Figure 744877DEST_PATH_IMAGE061
                     （2）
式中，为量测端电压；为故障引线量测端电流；
Figure 379175DEST_PATH_IMAGE008
为距离量测端M的距离； 
Figure 746703DEST_PATH_IMAGE009
为传播常数；
Figure 926011DEST_PATH_IMAGE023
为线波阻抗；
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE064
;                                     （3）
Figure 138818DEST_PATH_IMAGE065
;                                     （4）
式中，Z、Y分别为线路单位长度阻抗和导纳。
第二步：利用高压直流接地极线路
Figure 218507DEST_PATH_IMAGE013
参数计算出极址点电压
Figure 491356DEST_PATH_IMAGE014
和线路
Figure 157961DEST_PATH_IMAGE013
电流
Figure 236776DEST_PATH_IMAGE015
：
Figure 672436DEST_PATH_IMAGE017
                   （5）
Figure 201410021177X100002DEST_PATH_IMAGE066
                     （6）
式中，
Figure 880301DEST_PATH_IMAGE014
为极址端的电压；
Figure 768623DEST_PATH_IMAGE020
为非故障接地极线路量测端电流；             
第三步：利用极址点参数和线路电流
Figure 878978DEST_PATH_IMAGE015
推算出线路
Figure 821527DEST_PATH_IMAGE001
的电流
Figure 695679DEST_PATH_IMAGE021
：
Figure 53980DEST_PATH_IMAGE022
  （7） 
式中，
Figure 526549DEST_PATH_IMAGE021
为线路上靠近极址点的电流；
第四步：利用极址点的电压、线路
Figure 101122DEST_PATH_IMAGE001
流向极址点的电流
Figure 162619DEST_PATH_IMAGE021
和波阻抗
Figure 384653DEST_PATH_IMAGE023
计算得到故障点流向极址点的电流
Figure 734863DEST_PATH_IMAGE024
：
Figure 700545DEST_PATH_IMAGE025
                   （8）
第五步：利用和求取距M端
Figure 345524DEST_PATH_IMAGE026
处检测点的电流
Figure 911635DEST_PATH_IMAGE027
：
                                                          （9）
第六步：利用和
Figure 272581DEST_PATH_IMAGE002
求取距M端
Figure 642382DEST_PATH_IMAGE026
处检测点的过渡电阻：
Figure 470661DEST_PATH_IMAGE029
                              （10）
利用故障点过渡电阻为纯阻性的边界条件，得到故障定位函数为：
                      （11）
将
Figure 751918DEST_PATH_IMAGE008
从0到
Figure 925410DEST_PATH_IMAGE032
的距离上，每隔0.1km取一点代入公式（11）进行计算检测，然后遍历数据，数据中的最小值所对应的距离就为故障点。
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)

1.一种基于分布参数模型的高压直流接地极线路故障测距的频域方法，其特征在于：当高压直流接地极线路发生接地故障时，利用故障线路可测的电压、电流，从量测端计算接地极线路沿线的电压分布；同时利用非故障线路可测的电压、电流推算至极址点，计算出极址点的电压和电流；再利用极址点的电压和电流，从极址端计算接地极线路沿线电压分布，根据故障点的过渡电阻为纯阻性，列写出故障定位函数，通过求解定位函数计算出故障距离。
2.根据权利要求1所述的基于分布参数模型的高压直流接地极线路故障测距的频域方法，其特征在于所述方法具体步骤为：
第一步：当高压直流接地极线路                                                
Figure 201410021177X100001DEST_PATH_IMAGE001
发生故障时，利用测量端（M端）的电压、电流测量值，根据线路分布参数模型计算沿线电压
Figure 693425DEST_PATH_IMAGE002
和电流
Figure 201410021177X100001DEST_PATH_IMAGE003
：
Figure 66769DEST_PATH_IMAGE004
                  （1）
                     （2）
式中，
Figure 298072DEST_PATH_IMAGE006
为量测端电压；
Figure 201410021177X100001DEST_PATH_IMAGE007
为故障引线量测端电流；
Figure 124076DEST_PATH_IMAGE008
为距离量测端M的距离； 
Figure 201410021177X100001DEST_PATH_IMAGE009
为传播常数；为线波阻抗；
第二步：利用高压直流接地极线路参数计算出极址点电压
Figure 732967DEST_PATH_IMAGE012
和线路
Figure 675515DEST_PATH_IMAGE011
电流：
                   （3）
                     （4）
式中，
Figure 926499DEST_PATH_IMAGE012
为极址端的电压；
Figure 347116DEST_PATH_IMAGE018
为非故障接地极线路量测端电流；             
第三步：利用极址点参数和线路
Figure 255904DEST_PATH_IMAGE011
电流
Figure 307037DEST_PATH_IMAGE013
推算出线路
Figure 232267DEST_PATH_IMAGE001
的电流
Figure 201410021177X100001DEST_PATH_IMAGE019
：
  （5） 
式中，
Figure 393439DEST_PATH_IMAGE019
为线路
Figure 677789DEST_PATH_IMAGE001
上靠近极址点的电流；
第四步：利用极址点的电压
Figure 526534DEST_PATH_IMAGE012
、线路
Figure 492216DEST_PATH_IMAGE001
流向极址点的电流和波阻抗
Figure 201410021177X100001DEST_PATH_IMAGE021
计算得到故障点流向极址点的电流
Figure 738838DEST_PATH_IMAGE022
：
Figure 201410021177X100001DEST_PATH_IMAGE023
                   （6）
第五步：利用
Figure 74879DEST_PATH_IMAGE003
和求取距M端
Figure 880341DEST_PATH_IMAGE024
处检测点的电流
Figure 201410021177X100001DEST_PATH_IMAGE025
：
                                                          （7）
第六步：利用和求取距M端
Figure 200016DEST_PATH_IMAGE024
处检测点的过渡电阻：
Figure 201410021177X100001DEST_PATH_IMAGE027
                              （8）
利用故障点过渡电阻为纯阻性的边界条件，得到故障定位函数为：
                      （9）
将
Figure 481273DEST_PATH_IMAGE008
从0到
Figure 654765DEST_PATH_IMAGE030
的距离上，每隔0.1km取一点代入公式（9）进行计算检测，然后遍历数据，数据中的最小值所对应的距离就为故障点。
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