CN103837799B - 一种基于r-l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r-l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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Abstract

本发明涉及一种基于R‑L模型的高压直流接地极线路故障测距的频域方法，属于电力系统测距技术领域。本发明为当高压直流接地极线路发生接地故障时，利用中性母线电压和接地极故障线路的电流的谐波分量计算出故障点到测量点的测量阻抗，并对接地极线路用R‑L模型进行等效后推算出故障点到量测点的等效阻抗，根据故障后测量阻抗和等效阻抗相等来推算出故障距离。本发明利用6.4kHz采样频率的数据进行故障定位，采样率和现场故障录波数据的采样率一样，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R-L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R-L模型的高压直流接地极线路故障测距的频域方法，属于电力系统测距技术领域。
背景技术
接地极线路是高压直流输电系统中不可缺少的重要部分。直流接地极线路电压等级较低，线路发生接地故障概率较大，接地极线路发生故障后会直接影响直流双极系统，不仅对直流系统安全运行影响较大，而且对南方电网骨干网架稳定运行造成重大影响。同时接地极引出线路经过地多为山区，雷电活动频繁，直流线路和接地极线路容易同时遭受雷击影响。以上这些因素都导致了接地极线路容易发生线路故障，且故障点很难通过巡线查找。
高压输电线路的故障测距研究是保证电网安全、稳定和经济运行的重要措施之一。现有的故障测距方法按原理来分,基本上可以分为阻抗法、行波法、故障分析法。阻抗法的优点是简单、可靠,但大多数阻抗法存在着精度问题。误差主要来源于算法本身的假设,测距精度深受故障点的过渡电阻的影响。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。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种基于R-L模型的高压直流接地极线路故障测距的频域方法，利用量测端电压电流计算出故障点到量测点的测量阻抗，通过测量阻抗和故障距离的关系来推算出故障距离。
本发明的技术方案是：一种基于R-L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，利用中性母线电压和接地极故障线路的电流的谐波分量计算出故障点到测量点的测量阻抗，并对接地极线路用R-L模型进行等效后推算出故障点到量测点的等效阻抗，根据故障后测量阻抗和等效阻抗相等来推算出故障距离。
具体步骤如下：
（1）当接地极线路发生故障时，设其中一条线路l2发生接地故障，利用FFT提取量测端f=600Hz电压电流的谐波分量为，根据量测端电压谐波分量和故障线路量测端电流谐波分量计算得到故障点到量测点的测量阻抗为Zmeas，则：
（1）
式中，为量测端电压，为故障线路量测端电流；
（2）利用故障点到量测点的阻抗是等于故障点到量测点的线路阻抗加上故障过渡电阻，将故障点到量测点的接地极线路用R-L模型进行等效，得到等效阻抗为：
（2）
式中，为故障点到测量点单位长度线路电阻，为故障点到测量点单位长度线路电抗，为故障点到测量点距离，为过渡电阻，其中=；
（3）通过故障点到量测点的测量阻抗Zmeas和故障点到量测点等效阻抗相等，从（2）式中便可解出故障定位函数：
（3）
可得：
（4）
其中，表示取复数的虚部。
本发明的原理是：当接地极引出的双回线路中，换流站中性母线电压和接地极线路首端电流是可测的，当其中一条线路发生接地故障时，由于阻抗的减少，这条线路的电流将升高，另一条非故障线路电流将减少，利用信号处理方法提取换流站中性母线电压和接地极故障线路的电流的谐波分量，再将两者相比可得到接地极线路首端到故障接地点之间的测量阻抗（忽略从故障点到极址接地点之间的分流），利用故障点到量测点的阻抗是等于故障点到量测点的线路阻抗加上故障过渡电阻，将故障点到量测点的接地极线路用R-L模型进行等效，得到等效阻抗为，故障后，故障点到量测点的测量阻抗为Zmeas和故障点到量测点等效阻抗相等，因此，单位长度电抗与故障距离长度的乘积便是阻抗Zmeas内的全部电抗，所以故障距离长度等于提取阻抗Zmeas中电抗除以单位长度电抗。
本发明的有益效果是：
（1）本次算法利用6.4kHz采样频率的数据进行故障定位，采样率和现场故障录波数据的采样率一样，易于现场实现。
（2）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为高压直流接地极线路模型；
图中，为量测端电压；为量测端电流；，分别为单位长度线路阻抗；L为接地极线路总长；为过渡电阻；为故障点到量测端的距离。
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。
一种基于R-L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，利用中性母线电压和接地极故障线路的电流的谐波分量计算出故障点到测量点的测量阻抗，并对接地极线路用R-L模型进行等效后推算出故障点到量测点的等效阻抗，根据故障后测量阻抗和等效阻抗相等来推算出故障距离。
具体步骤如下：
（1）当接地极线路发生故障时，设其中一条线路l2发生接地故障，利用FFT提取量测端f=600Hz电压电流的谐波分量为，根据量测端电压谐波分量和故障线路量测端电流谐波分量计算得到故障点到量测点的测量阻抗为Zmeas，则：
（1）
式中，为量测端电压，为故障线路量测端电流；
（2）利用故障点到量测点的阻抗是等于故障点到量测点的线路阻抗加上故障过渡电阻，将故障点到量测点的接地极线路用R-L模型进行等效，得到等效阻抗为：
（2）
式中，为故障点到测量点单位长度线路电阻，为故障点到测量点单位长度线路电抗，为故障点到测量点距离，为过渡电阻，其中=；
（3）通过故障点到量测点的测量阻抗Zmeas和故障点到量测点等效阻抗相等，从（2）式中便可解出故障定位函数：
（3）
可得：
（4）
其中，表示取复数的虚部。
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，线路阻抗为：0.0231+0.01273237/km，极址入地电阻为0.2Ω。数据采样率为6.4kHz。接地极线路l2距量测端20km发生接地故障，过渡电阻为0.2Ω。
（1）从故障点到量测点的测量阻抗为Zmeas，对量测端电压、电流利用matlab软件编写FFT算法程序来提取量测端f=600Hz电压电流的谐波分量为，则：
（1）
（2）利用故障点到量测点的阻抗等于故障点到量测点的线路阻抗加上故障过渡电阻，将故障点到量测点的接地极线路用R-L模型进行等效，得到等效阻抗为：
（2）
（3）通过故障点到量测点的测量阻抗为和故障点到量测点等效阻抗相等，据此，从（2）式中便可解出故障定位函数：
（3）
可得：
（4）
（4）根据步骤（4）计算故障距离xf=19.8050km。
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，线路阻抗为：0.0231+0.01273237Ω/km，极址入地电阻为0.2Ω。数据采样率为6.4kHz。接地极线路l2距量测端20km发生接地故障，过渡电阻为4Ω。
（1）从故障点到量测点的测量阻抗为Zmeas，对量测端电压、电流利用matlab软件编写FFT算法程序来提取量测端f=600Hz电压电流的谐波分量为，则：
（1）
（2）利用故障点到量测点的阻抗等于故障点到量测点的线路阻抗加上故障过渡电阻，将故障点到量测点的接地极线路用R-L模型进行等效，得到等效阻抗为
（2）
（3）通过故障点到量测点的测量阻抗为和故障点到量测点等效阻抗相等，据此，从（2）式中便可解出故障定位函数：
（3）
可得：
（4）
（4）根据步骤（4）计算故障距离xf=19.8163km。
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，线路阻抗为：0.0231+0.01273237/km，极址电阻为0.2Ω。数据采样率为6.4kHz。接地极线路l2距量测端30km发生接地故障，过渡电阻为0.2Ω。
（1）从故障点到量测点的测量阻抗为Zmeas，对量测端电压、电流利用matlab软件编写FFT算法程序来提取量测端f=600Hz电压电流的谐波分量为，则：
（1）
（2）利用故障点到量测点的阻抗等于故障点到量测点的线路阻抗加上故障过渡电阻，将故障点到量测点的接地极线路用R-L模型进行等效，得到等效阻抗为：
（2）
（3）通过故障点到量测点的测量阻抗为和故障点到量测点等效阻抗相等，据此，从（2）式中便可解出故障定位函数：
（3）
可得：
（4）
（4）根据步骤（4）计算故障距离xf=31.7856km。
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R-L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，利用中性母线电压和接地极故障线路的电流的谐波分量计算出故障点到量测点的测量阻抗，并对接地极线路用R-L模型进行等效后推算出故障点到量测点的等效阻抗，根据故障后测量阻抗和等效阻抗相等来推算出故障距离；
具体步骤如下：
(1)当接地极线路发生故障时，设其中一条线路l2发生接地故障，利用FFT提取量测端f＝600Hz电压电流的谐波分量为根据量测端电压谐波分量和故障线路量测端电流谐波分量计算得到故障点到量测点的测量阻抗为Zmeas，则：
Z m e a s = U · M I · d e 2 - - - ( 1 )
式中，为量测端电压，为故障线路量测端电流；
(2)利用故障点到量测点的阻抗是等于故障点到量测点的线路阻抗加上故障过渡电阻，将故障点到量测点的接地极线路用R-L模型进行等效，得到等效阻抗为：
Zeq＝(r+jωl)xf+Rf (2)
式中，r为故障点到量测点单位长度线路电阻，l为故障点到量测点单位长度线路电抗，xf为故障点到量测点距离，Rf为过渡电阻，其中ω＝2πf；
(3)通过故障点到量测点的测量阻抗Zmeas和故障点到量测点等效阻抗Zeq相等，从(2)式中便可解出故障定位函数：
x f = Im ( Z m e a s ) ω l - - - ( 3 )
可得：
x f = Im ( U · M / I · d e 2 ) 2 π f l - - - ( 4 )
其中，Im(Zmeas)表示取复数Zmeas的虚部。
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