CN103760460B - 一种基于贝杰龙模型的高压直流接地极线路时域故障测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于贝杰龙模型的高压直流接地极线路时域故障测距方法，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，分别实测接地极线路首端引线的电压和两回出线电流，根据贝杰龙模型，利用故障线路上首端电压、电流计算出接地极线路上故障点左侧电压；同时利用非故障线路上首端电压、电流计算出接地极线路极址处电压和极址处非故障线路电流，再通过极址边界条件计算出极址处故障线路电流，然后利用极址电压和极址处故障线路电流计算出接地极线路上故障点右侧电压；根据故障点左右两侧电压相等列写故障定位方程，通过求解定位方程得到故障距离。本发明利用了线路的单端信息量，原理简单，方便实现，且测距可靠性较高。

Description

一种基于贝杰龙模型的高压直流接地极线路时域故障测距 方法

技术领域

本发明涉及一种基于贝杰龙模型的高压直流接地极线路时域故障测距方法，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。

接地极线路电压较低，发生故障的概率较大，其发生故障后不仅会影响直流系统的安全运行，而且对电网骨干网架的稳定运行也存在很大影响。目前，尽管接地极线路大多装有脉冲行波测距装置，但在实际运行过程中，仍多次出现无法对接地极线路故障进行准确测距的情况。因此，针对现有接地极线路故障测距装置的不足，我们迫切需要寻找一种新型的故障测距方法来准确可靠实现故障定位，以保证骨干电网的安全稳定运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在现有保护和测量装置的基础上，通过接地极引线测量端的电压和两回出线电流推算故障点的左侧及右侧电压值。根据故障点左右两侧电压值相等的关系确定故障定位函数，以求出故障距离。

本发明的技术方案是：一种基于贝杰龙模型的高压直流接地极线路时域故障测距方法，当高压直流接地极线路发生接地故障时，分别实测接地极线路首端引线的电压和两回出线电流，根据贝杰龙模型，利用故障线路上首端电压、电流计算出接地极线路上故障点左侧电压；同时利用非故障线路上首端电压、电流计算出接地极线路极址处电压和极址处非故障线路电流，再通过极址边界条件计算出极址处故障线路电流，然后利用极址电压和极址处故障线路电流计算出接地极线路上故障点右侧电压；根据故障点左右两侧电压相等列写故障定位方程，通过求解定位方程得到故障距离。

具体步骤如下：

（1）当高压直流接地极线路发生接地故障时，分别实测接地极线路首端引线的电压和两回出线电流，提取接地极引线测量端的电压u_M(t)和故障线路电流i_dee2(t)，基于贝杰龙线路模型的沿线电压分布公式计算故障点左侧电压值：

（1）

式中，r、、v分别为电阻率、特征阻抗、波速度，u_M(t)为t时刻测量端电压，i_dee2(t)为t时刻测量端故障线路电流，x为离测量端的距离。

（2）提取接地极引线测量端的电压u_M(t)和非故障线路电流i_dee1(t)，利用非故障线路上首端电压、电流计算出接地极线路极址处电压u_g(t)和极址处非故障线路电流i_dee1(t)：

（2）

（3）

再通过极址边界条件计算出极址处故障线路电流i_gright(t) ：

（4）

基于贝杰龙线路模型的沿线电压、电流分布公式计算沿线电压、电流分布，并利用极址处边界条件通过极址电压和极址处故障线路电流计算出故障点右侧电压：

（5）

上述2～5式中，u_g(t)为t时刻极址处电压，i_dee1(t)为t时刻测量端非故障线路电流，i_gleft(t)为t时刻极址处非故障线路电流，i_gright(t)为t时刻极址处故障线路电流，R_g为极址电阻，l为接地极引线全长。

（3）根据故障点两侧电压相等的关系，得故障定位函数为：

（6）

式中，x_f为计算所得故障距离。

本发明的原理是：高压直流接地极线路发生接地故障时，接地极线路引线首端的电压和两回出线电流为可测量值。基于贝杰龙线路模型，根据故障线路首端电压电流可推算出接地极线路上的故障点左侧电压；根据非故障线路上的首端电压电流可推算出接地极极址点电压和极址处非故障线路电流，由极址处边界条件推算极址处故障线路电流，再根据极址点电压和极址处故障线路电流可推算出接地极线路上的故障点右侧电压。根据故障点左右两侧电压相等的关系列写故障定位方程，从而求得故障距离，实现高压直流接地极线路故障测距。

本发明的有益效果是：

（1）本发明利用了线路的单端信息量，原理简单，方便实现，且测距可靠性较高。

（2）本发明采用贝杰龙模型，测距结果不受故障点过渡电阻的影响，测量精度较高。

附图说明

图1为本发明接地极线路示意图：图中，u_M为接地极引线测量端电压，u_g为极址点电压，i_dee1、i_dee2分别为接地极引线测量端线路l₁和l₂上电流，R_f为故障点过渡电阻，R_g为极址电阻，i_gleft为极址处非故障线路电流，i_gright为极址处故障线路电流，x_f为计算故障距离，l为接地极引线全长。

图2为实施例1中，接地极线路l2距测量端10km发生接地故障，极址电阻为0.2Ω，过渡电阻分别为0.2Ω、2Ω、5Ω情况下的故障定位图。

图3为实施例2中，接地极线路l2距测量端40km发生接地故障，极址电阻为0.2Ω，过渡电阻分别为0.2Ω、2Ω、5Ω情况下的故障定位图。

图4为实施例3中，接地极线路l2距测量端70km发生接地故障，极址电阻为0.2Ω，过渡电阻分别为0.2Ω、2Ω、5Ω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1：800kV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1MHz。接地极线路l₂距量测端10km发生接地故障，过渡电阻分别为0.2Ω、2Ω、5Ω。

该基于贝杰龙模型的高压直流接地极线路时域故障测距方法的步骤如下：

（1）提取接地极引线测量端的电压u_M(t)和故障线路电流i_dee2(t)，基于贝杰龙线路模型的沿线电压分布公式推算故障点左侧电压值：

（1）

式中，r、、v分别为电阻率、特征阻抗、波速度，u_M(t)为t时刻测量端电压，i_dee2(t)为t时刻测量端故障线路电流，x为离测量端的距离。

（2）提取接地极引线测量端的电压u_M(t)和非故障线路电流i_dee1(t)，基于贝杰龙线路模型的沿线电压、电流分布公式计算沿线电压、电流分布，并利用极址处边界条件推算至故障点右侧电压值：

（2）

（3）

（4）

（5）

式中，u_g(t)为t时刻极址处电压，i_dee1(t)为t时刻测量端非故障线路电流，i_gleft(t)为t时刻极址处非故障线路电流，i_gright(t)为t时刻极址处故障线路电流，R_g为极址电阻，l为接地极引线全长。

（3）利用故障点两侧电压相等的关系，确定故障定位函数：

（6）

式中，x_f为计算所得故障距离。

通过仿真实验得：在各种过渡电阻下，计算故障距离x_f均为10.000km，误差为0km，其故障定位图如图2所示。

实施例2：800kV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1MHz。接地极线路l₂距量测端40km发生接地故障，过渡电阻分别为0.2Ω、2Ω、5Ω。

该基于贝杰龙模型的高压直流接地极线路时域故障测距方法的步骤如下：

（1）提取接地极引线测量端的电压u_M(t)和故障线路电流i_dee2(t)，基于贝杰龙线路模型的沿线电压分布公式推算故障点左侧电压值：

（1）

式中，r、、v分别为电阻率、特征阻抗、波速度，u_M(t)为t时刻测量端电压，i_dee2(t)为t时刻测量端故障线路电流，x为离测量端的距离。

（2）提取接地极引线测量端的电压u_M(t)和非故障线路电流i_dee1(t)，基于贝杰龙线路模型的沿线电压、电流分布公式计算沿线电压、电流分布，并利用极址处边界条件推算至故障点右侧电压值：

（2）

（3）

（4）

（5）

式中，u_g(t)为t时刻极址处电压，i_dee1(t)为t时刻测量端非故障线路电流，i_gleft(t)为t时刻极址处非故障线路电流，i_gright(t)为t时刻极址处故障线路电流，R_g为极址电阻，l为接地极引线全长。

（3）利用故障点两侧电压相等的关系，确定故障定位函数：

（6）

式中，x_f为计算所得故障距离。

通过仿真实验得：在各种过渡电阻下，计算故障距离x_f均为40.100km，误差为0.1km，其故障定位图如图3所示。

实施例3：800kV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1MHz。接地极线路l₂距量测端70km发生接地故障，过渡电阻分别为0.2Ω、2Ω、5Ω。

该基于贝杰龙模型的高压直流接地极线路时域故障测距方法的步骤如下：

（1）提取接地极引线测量端的电压u_M(t)和故障线路电流i_dee2(t)，基于贝杰龙线路模型的沿线电压分布公式推算故障点左侧电压值：

（1）

式中，r、、v分别为电阻率、特征阻抗、波速度，u_M(t)为t时刻测量端电压，i_dee2(t)为t时刻测量端故障线路电流，x为离测量端的距离。

（2）提取接地极引线测量端的电压u_M(t)和非故障线路电流i_dee1(t)，基于贝杰龙线路模型的沿线电压、电流分布公式计算沿线电压、电流分布，并利用极址处边界条件推算至故障点右侧电压值：

（2）

（3）

（4）

（5）

式中，u_g(t)为t时刻极址处电压，i_dee1(t)为t时刻测量端非故障线路电流，i_gleft(t)为t时刻极址处非故障线路电流，i_gright(t)为t时刻极址处故障线路电流，R_g为极址电阻，l为接地极引线全长。

（3）利用故障点两侧电压相等的关系，确定故障定位函数：

（6）

式中，x_f为计算所得故障距离。

通过仿真实验得：在各种过渡电阻下，计算故障距离x_f均为69.700km，误差为0.3km，其故障定位图如图4所示。

由上述各实例的仿真实验可见，本方法能有效、可靠地实现基于贝杰龙模型的高压直流接地极线路时域故障测距，测距结果理论上不受过渡电阻的影响，误差较小。

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 (1)

1.一种基于贝杰龙模型的高压直流接地极线路时域故障测距方法，其特征在于：当高压直流接地极线路发生接地故障时，分别实测接地极线路首端引线的电压和两回出线电流，根据贝杰龙模型，利用故障线路上首端电压、电流计算出接地极线路上故障点左侧电压；同时利用非故障线路上首端电压、电流计算出接地极线路极址处电压和极址处非故障线路电流，再通过极址边界条件计算出极址处故障线路电流，然后利用极址电压和极址处故障线路电流计算出接地极线路上故障点右侧电压；根据故障点左右两侧电压相等列写故障定位方程，通过求解定位方程得到故障距离；

具体步骤如下：

(1)当高压直流接地极线路发生接地故障时，分别实测接地极线路首端引线的电压和两回出线电流，提取接地极引线测量端的电压u_M(t)和故障线路电流i_dee2(t)，基于贝杰龙线路模型的沿线电压分布公式计算故障点左侧电压值u_left(x,t)：

$\begin{array}{c}{u}_{left}(x,t)=\frac{1}{2}\left(\frac{Z_c+rx/4}{Z_c}\right)\[u_M(t+x/v)-i_{dee2}(t+x/v)\·(Z_c+rx/4)\]+\frac{1}{2}{\left(\frac{Z_c-rx/4}{Z_c}\right)}^2\[u_M(t-x/v)+i_{dee2}(t-x/v)\·(Z_c-rx/4)\]\\ -{\left(\frac{rx/4}{Z_c}\right)}^2{u}_M\left(t\right)-\frac{rx}{4}\left(\frac{Z_c+rx/4}{Z_c}\right)\·\left(\frac{Z_c-rx/4}{Z_c}\right)i_{dee2}\left(t\right)\end{array}---\left(1\right)$

式中，r、Z_c、v分别为电阻率、特征阻抗、波速度，u_M(t)为t时刻测量端电压，i_dee2(t)为t时刻测量端故障线路电流，x为离测量端的距离；

(2)提取接地极引线测量端的电压u_M(t)和非故障线路电流i_dee1(t)，基于贝杰龙线路模型的沿线电压、电流分布公式计算沿线电压、电流分布，并利用极址处边界条件计算出故障点右侧电压值u_right(x,t)：

$\begin{array}{c}{u}_{right}(x,t)=\frac{1}{2}\left(\frac{Z_c+r(l-x)/4}{Z_c}\right)\[u_g(t+(l-x)/v)-i_{gright}(t+(l-x)/v)\·(Z_c+r(l-x)/4)\]\\ +\frac{1}{2}\left(\frac{Z_c-r(l-x)/4}{Z_c}\right)\[u_g(t-(l-x)/v)+i_{gright}(t-(l-x)/v)\·(Z_c-r(l-x)/4)\]\\ -{\left(\frac{r(l-x)/4}{Z_c}\right)}^2{u}_g\left(t\right)-\frac{r(l-x)}{4}\left(\frac{Z_c+r(l-x)/4}{Z_c}\right)\·\left(\frac{Z_c-r(l-x)/4}{Z_c}\right)i_{gright}\left(t\right)\end{array}---\left(2\right)$

式中，u_g(t)为t时刻极址处电压，i_gright(t)为t时刻极址处故障线路电流，l为接地极引线全长；

(3)根据故障点两侧电压相等的关系，得故障定位函数为：

$x_f=min|u_{left}(x,t)-u_{right}(x,t){|}_{x_f},x_f\∈(0,l)---\left(3\right)$

式中，x_f为计算所得故障距离。