CN104007364A - 一种基于电压相位关系的单端行波测距方法 - Google Patents

Abstract

一种基于电压相位关系的单端行波测距方法，它包括以下步骤：进行故障相模变换，选择适当的电压模量和电流模量；根据测量点故障前、后的电压分量和电流分量求得初始行波电压；根据测量点处故障前电压分量和电流分量求得线路各点处的故障前电压；将初始行波电压和线路各点处的故障前电压进行相关性计算，求得相关系数的绝对值；根据相关性系数的绝对值确定故障点并求得故障距离。本发明首先求出故障后初始行波电压和线路各点处的故障前电压，然后进行相关性计算得出相关系数的绝对值，最后找出故障点并求得故障距离。本发明颠覆了以前单端行波测距的固有方法，解决了现有的单端行波测距方法存在远端故障测距不准确的问题。

Description

一种基于电压相位关系的单端行波测距方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统故障测距方法，具体地说是一种基于电压相位关系的单端行波测距方法，属于电力系统超高压输电线路保护技术领域。

背景技术

超高压输电线路故障测距是电力系统运行管理技术中的一个重要领域。迅速准确地测定输电线路的故障点，可以减轻巡线负担，及时发现绝缘隐患，加快线路恢复供电，减少因停电而造成的经济损失。

行波测距是电力系统故障测距的方法之一，兼具保护和测距的功能。相比与传统的工频测距方法，行波测距具有测距时间短、不受系统振荡和过渡电阻影响等优点。单端行波测距方法是行波测距方法的一种。传统的单端行波测距原理是利用行波传播的相关理论，通过初始行波电压和故障点反射波到达测量点的时间差与行波在线路上的传播速度，求得故障距离。这种传统的单端行波测距方法原理简单、不需要通信和对时，但也存在很多严重限制了单端行波测距发展的问题，比如当故障点较远时，对端母线反射波会在故障点折射并领先到达测量点，导致对端母线反射波与故障点反射波混淆，使得测距结果不准确。近几年也出现很多方法来试图解决远方故障测距不准确的问题，但都不仅没有从根本原理上避免这一问题，而且还使测距方案更加复杂。

发明内容

针对现有单端行波测距技术的不足，本发明提供了一种基于电压相位关系的单端行波测距方法，其能够从根本上解决现有单端行波测距方法的不足。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：高压长距离输电线路发生故障时，故障点故障前电压分量和故障分量初始行波电压之间相位差为π，则进行相关计算，其相关性系数绝对值为1。而故障分量初始行波电压与线路其他点的相关性系数绝对值小于1，且离故障点越远，此绝对值越小。在保护测量点处，可以得到故障前的电压分量u_q、电流分量i_q和故障后的电压分量u_g、电流分量i_g。根据此，可以求出测量点处故障电压分量、电流分量，进而求出初始行波电压u_r。根据测量点处故障前的电压分量u_q和电流分量i_q可以求得线路各点处的故障前电压u_F。求解初始行波电压u_r和故障前电压u_F的方法都已经很成熟，本申请不再赘述。如前所述，在线路各点中，只有故障点初始行波电压和故障前电压的相关系数绝对值最大，通过求得初始行波电压和故障点故障前电压的相关系数绝对值最大点就可以求出故障点的距离。需要说明的是，本发明利用相关系数绝对值最大，是考虑到对于计算机技术正数比较大小更简单。实际上不求绝对值，通过相关性系数最小的负数(理论值为-1)也可以判断出故障点。所以后者也属于本发明专利的保护范围内。由于本申请并不利用母线的反射波，所以不受对端母线的影响，对于远端故障，也能准确测距。

本发明所述一种基于电压相位关系的单端行波测距方法的具体步骤如下：

步骤1、进行故障相模变换，选择适当的电压模量和电流模量；

步骤2、根据测量点故障前、后的电压分量和电流分量求得初始行波电压；

步骤3、根据测量点处故障前电压分量和电流分量求得线路各点处的故障前电压；

步骤4、将初始行波电压和线路各点处的故障前电压进行相关性计算，求得相关系数的绝对值；

步骤5、根据相关性系数的绝对值确定故障点，进而求得故障点的故障距离。

上述方法中，所述进行故障相模变换就是当三相电力系统发生故障时，根据相模变换矩阵将不对称的相量分解成互相对称的模量。

上述方法中，所述相模变换矩阵中针对于不同的故障类型所需要的模量可从表1中查得：

表1：

表1中，AG、BG、CG分别代表A相、B相、C相单相接地，ABG、BCG、CAG分别代表AB相、BC相、CA相两相短路接地，BC、CA、AB分别代表BC相、CA相、AB相两相相间短路，u_r代表初始行波电压，u_F代表故障点故障前电压。

上述方法中，所述故障点的确定方法为：故障后初试行波电压与线路各点中的故障前电压的相关系数绝对值最大的点就是故障点。

上述方法中，所述故障点的故障距离就是相关性系数的绝对值的最大点所对应的距离。

本发明的有益效果是：本发明首先通过测量点处故障前、后的电压分量和电流分量求出故障后初始行波电压和线路各点处的故障前电压，然后将线路各点处的故障前电压与所求初始行波电压进行相关性计算，得出相对应的相关系数的绝对值，最后通过这些相关系数的绝对值，找出其中数值最大且为1的点即为故障点，进而求得故障点的故障距离。本发明颠覆了以前单端行波测距的固有方法，有一定的开创性，解决了现有的单端行波测距方法存在远端故障测距不准确的问题。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，本发明的一种基于电压相位关系的单端行波测距方法，它包括以下步骤：

步骤1、进行故障相模变换，选择适当的电压模量和电流模量，所述进行故障相模变换就是当三相电力系统发生故障时，根据克拉克相模变换矩阵(针对于不同的故障类型所需要的模量可从表1中查得)将不对称的相量分解成互相对称的模量。目前有相模变换的选相方法很多且都成熟，本本申请需要快速选相，所以利用暂态量选相的方法均可以。考虑测距时间限制相对宽松，如果实际工作中只进行测距，则可以利用工频选相方法。

步骤2、根据测量点故障前的电压分量u_q、电流分量i_q和故障后的电压分量u_g、电流分量i_g求得初始行波电压u_r。

步骤3、根据测量点处故障前电压分量u_q和电流分量i_q求得线路各点处的故障前电压u_F1,u_F2,u_F3,…,u_Fx,…,u_FL，其中u_F1、u_F2等为线路各点对应的故障前电压，u_Fx为测量的故障点对应的故障电压，u_FL为线路末端对应的故障电压。可以看出，线路各点并非连续点，而是根据采样频率的大小将线路离散了的点。离散间隔越小，计算机计算量越大，测距也越准确。

步骤4、将初始行波电压u_r和线路各点处的故障前电压u_F1,u_F2,u_F3,…,u_Fx,…,u_FL进行相关性计算，求得相关系数ρ₁,ρ₂,ρ₃,…,ρ_x,…,ρ_L的绝对值。

步骤5、根据相关性系数的绝对值确定故障点，进而求得故障点的故障距离，所述故障点就是在线路各点中的初始行波电压和故障前电压的相关系数绝对值最大的点，所述故障点的故障距离就是相关性系数的绝对值的最大点所对应的距离。

表1是以克拉克相模变换为例的不同故障采用电压电流模量的对照表，

表1：

表1中，AG、BG、CG分别代表A相、B相、C相单相接地，ABG、BCG、CAG分别代表AB相、BC相、CA相两相短路接地，BC、CA、AB分别代表BC相、CA相、AB相两相相间短路，u_r代表初始行波电压，u_F代表故障点故障前电压。

对于三相系统发生故障时，要根据相模变换矩阵将不对称的相量分解成互相对称的模量。根据行波相关理论，以采用克拉克相模变换为例，不同故障采用的电压电流模量如表1所示。其中对于两相相间短路，以BC相相间故障为例，以A相为基准的相模变换，其1模分量为0，故选用以B相为基准的相模变换的1模变换。但相应初始行波电压u_r与故障前电压u_F的相位差为150°，所以在进行相关之前，要进行平移。这样才能保证相关系数最大点为故障点。其它两相相间短路都可以遵循此相模变换矩阵的规律进行计算。利用其它相模变换矩阵也可以得到类似结论，故均属于本发明专利的范畴。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于电压相位关系的单端行波测距方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、进行故障相模变换，选择适当的电压模量和电流模量；

步骤2、根据测量点故障前、后的电压分量和电流分量求得初始行波电压；

步骤3、根据测量点处故障前电压分量和电流分量求得线路各点处的故障前电压；

步骤4、将初始行波电压和线路各点处的故障前电压进行相关性计算，求得相关系数的绝对值；

步骤5、根据相关性系数的绝对值确定故障点，进而求得故障点的故障距离。

2.根据权利要求1所述的一种基于电压相位关系的单端行波测距方法，其特征是，所述进行故障相模变换就是当三相电力系统发生故障时，根据相模变换矩阵将不对称的相量分解成互相对称的模量。

3.根据权利要求2所述的一种基于电压相位关系的单端行波测距方法，其特征是，所述相模变换矩阵中针对于不同的故障类型所需要的模量可从表1中查得：

表1：

表1中，AG、BG、CG分别代表A相、B相、C相单相接地，ABG、BCG、CAG分别代表AB相、BC相、CA相两相短路接地，BC、CA、AB分别代表BC相、CA相、AB相两相相间短路，u_r代表初始行波电压，u_F代表故障点故障前电压。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于电压相位关系的单端行波测距方法，其特征是，所述故障点的确定方法为：故障后初试行波电压与线路各点中的故障前电压的相关系数绝对值最大的点就是故障点。

5.根据权利要求4所述的一种基于电压相位关系的单端行波测距方法，其特征是，所述故障点的故障距离就是相关性系数的绝对值的最大点所对应的距离。