CN104950224A - 双回线路非同名相跨线接地故障单端测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双回线路非同名相跨线接地故障单端测距方法。本发明计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流相角，计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流，计算同杆并架双回线路I回线路接地故障点电压，计算同杆并架双回线路I回线路保护整定范围处到接地故障点的线路距离，然后利用保护整定范围减去同杆并架双回线路I回线路保护整定范围处到接地故障点的线路距离，得到同杆并架双回线路I回线路保护安装处到接地故障点的故障距离。本发明方法计及线间零序互感的影响，消除了线间零序互感对同杆并架双回线路非同名相跨线接地故障单端测距精度的影响。

Description

双回线路非同名相跨线接地故障单端测距方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体地说是涉及一种双回线路非同名相跨线接地故障单端测距方法。

背景技术

从测距所用电气量来划分，故障测距的方法可分为两大类：双端测距和单端测距。双端故障测距法是利用输电线路两端电气量确定输电线路故障位置的方法，它需要通过通道获取对端电气量，因此对通道的依赖性强，实际使用中还易受双端采样值同步性的影响。单端测距法是仅利用输电线路一端的电压电流数据确定输电线路故障位置的一种方法，由于它仅需要一端数据，无须通讯和数据同步设备，运行费用低且算法稳定，因此在中低压线路中获得了广泛地应用。目前，单端测距方法主要分为两类，一类为行波法，另一类为阻抗法。行波法利用故障暂态行波的传送性质进行测距，精度高，不受运行方式、过度电阻等影响，但对采样率要求很高，需要专门的录波装置，目前未获得实质性的应用。阻抗法利用故障后的电压、电流量计算故障回路的阻抗，根据线路长度与阻抗成正比的特性进行测距，测距原理简单可靠，但应用于同杆并架双回线路接地故障单端故障测距时，测距精度受到故障点过渡电阻和线间零序互感影响严重。同杆并架双回线路线间存在零序互感，零序互感会对零序补偿系数产生影响，进而导致阻抗法测距结果误差偏大。若同杆并架双回线路发生高阻接地故障，受线间零序互感和高过渡电阻综合影响，阻抗法测距结果常常超出线路全长或无测距结果，无法提供准确的故障位置信息，导致线路故障巡线困难，不利于故障快速排出和线路供电快速恢复。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种故障测距精度不受线间零序互感、过渡电阻和负荷电流影响的双回线路非同名相跨线接地故障单端测距方法。

为完成上述目的，本发明采用如下技术方案：

双回线路非同名相跨线接地故障单端测距方法，其特征在于，包括如下依序步骤：

(1)保护装置测量同杆并架双回线路I回线路保护安装处的故障相电压故障相电流和零序电流其中，φ为故障相；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；

(2)保护装置计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流相角α：

α＝r₁+r₂-π-β

其中， $r_1={\sin }^{-1}\left(\frac{a_3{b}_1}{\sqrt{{\left(a_3{b}_1\right)}^2+{\left(a_1{b}_3\right)}^2}}\right);r_2={\sin }^{-1}\left(\frac{a_1{b}_2-a_2{b}_1}{\sqrt{{\left(a_3{b}_1\right)}^2+{\left(a_1{b}_3\right)}^2}}\right);a_1=\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{I\mathrm{\φ}}}{Z_{I1}}\right);b_1=\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{I\mathrm{\φ}}}{Z_{I1}}\right);$ $a_2=\mathrm{Re}({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0});b_2=\mathrm{Im}({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0});a_3=b_3=\left|\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}\right|;\mathrm{\β}=Arg\left(\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}\right);$ Z_m为同杆并架双回线路I回线路与同杆并架双回线路II回线路之间的零序互感；Z_I0为同杆并架双回线路I回线路的零序阻抗；Z_I1为同杆并架双回线路I回线路的正序阻抗；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；为的幅值；为的相角；为的反正弦函数值；为的反正弦函数值；j为复数算子。

(3)保护装置计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流

(4)保护装置计算同杆并架双回线路I回线路接地故障点电压

${\stackrel{\·}{U}}_f=\frac{\mathrm{Re}\left({\stackrel{\·}{U}}_{\text{I}\mathrm{\φ}}\right)\mathrm{Im}\left(Z_{\text{I1}}\right({\stackrel{\·}{I}}_{\text{I}\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{\text{I}0}-Z_{\text{I1}}}{Z_{\text{I}1}}{\stackrel{\·}{I}}_{\text{I}0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{II0}))-Im\left({\stackrel{\·}{U}}_{I\mathrm{\φ}}\right)\mathrm{Re}\left(Z_{I1}\right({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{II0}))}{\mathrm{Re}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{II0})\mathrm{Im}\left(Z_{I1}\right({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{II0}))-\mathrm{Im}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{II0})\mathrm{Re}\left(Z_{I1}\right({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{II0}))}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{II0})$

其中，Z_I0为同杆并架双回线路I回线路的零序阻抗；Z_I1为同杆并架双回线路I回线路的正序阻抗；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；Z_m为同杆并架双回线路I回线路与同杆并架双回线路II回线路之间的零序互感；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；

(5)保护装置计算同杆并架双回线路I回线路保护安装处到接地故障点的故障距离x：

$x=l_{set}-\frac{{\stackrel{\·}{U}}_f-{\stackrel{\·}{U}}_{I\mathrm{\φ}}+Z_{I1}\frac{l_{set}}{l}({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{II0})}{\frac{Z_{I1}}{l}({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{II0})}$

其中，l_set为同杆并架双回线路I回线路保护整定范围，取0.85倍同杆并架双回线路I回线路长度；l为同杆并架双回线路I回线路长度；Z_I0为同杆并架双回线路I回线路的零序阻抗；Z_I1为同杆并架双回线路I回线路的正序阻抗；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；Z_m为同杆并架双回线路I回线路与同杆并架双回线路II回线路之间的零序互感。

本发明的特点及技术成果：

本发明方法首先测量同杆并架双回线路I回线路保护安装处的故障相电压、故障相电流和零序电流，计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流相角，计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流，计算同杆并架双回线路I回线路接地故障点电压，计算同杆并架双回线路I回线路保护整定范围处到接地故障点的线路距离，然后利用保护整定范围减去同杆并架双回线路I回线路保护整定范围处到接地故障点的线路距离，得到同杆并架双回线路I回线路保护安装处到接地故障点的故障距离。本发明方法计及线间零序互感的影响，消除了线间零序互感对同杆并架双回线路非同名相跨线接地故障单端测距精度的影响。本发明方法在算法模型中考虑了接地故障点电压的影响，消除了过渡电阻和负荷电流对同杆并架双回线路非同名相跨线接地故障单端测距精度的影响，具有很高的测距精度，适用于同杆并架双回线路非同名相跨线接地故障的单端故障测距。

附图说明

图1为应用本发明的同杆并架双回线路输电系统示意图。

具体实施方式

图1为应用本发明的同杆并架双回线路输电系统示意图。图1中PT为电压互感器、CT为电流互感器，m、n为同杆并架双回线路的两端编号。保护装置测量同杆并架双回线路I回线路保护安装处的故障相电压故障相电流和零序电流其中，φ为故障相；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相。

保护装置计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流相角α：

α＝r₁+r₂-π-β

其中， $r_1={\sin }^{-1}\left(\frac{a_3{b}_1}{\sqrt{{\left(a_3{b}_1\right)}^2+{\left(a_1{b}_3\right)}^2}}\right);r_2={\sin }^{-1}\left(\frac{a_1{b}_2-a_2{b}_1}{\sqrt{{\left(a_3{b}_1\right)}^2+{\left(a_1{b}_3\right)}^2}}\right);a_1=\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{I\mathrm{\φ}}}{Z_{I1}}\right);b_1=\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{I\mathrm{\φ}}}{Z_{I1}}\right);$ $a_2=\mathrm{Re}({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0});b_2=\mathrm{Im}({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0});a_3=b_3=\left|\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}\right|;\mathrm{\β}=Arg\left(\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}\right);$ Z_m为同杆并架双回线路I回线路与同杆并架双回线路II回线路之间的零序互感；Z_I0为同杆并架双回线路I回线路的零序阻抗；Z_I1为同杆并架双回线路I回线路的正序阻抗；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；为的幅值；为的相角；r₁、r₂为中间变量，无物理意义；为的反正弦函数值；为的反正弦函数值。

保护装置计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流其中，j为复数算子。

保护装置计算同杆并架双回线路I回线路接地故障点电压

${\stackrel{\·}{U}}_f=\frac{\mathrm{Re}\left({\stackrel{\·}{U}}_{\text{I}\mathrm{\φ}}\right)\mathrm{Im}\left(Z_{\text{I1}}\right({\stackrel{\·}{I}}_{\text{I}\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{\text{I}0}-Z_{\text{I1}}}{Z_{\text{I}1}}{\stackrel{\·}{I}}_{\text{I}0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{II0}))-Im\left({\stackrel{\·}{U}}_{I\mathrm{\φ}}\right)\mathrm{Re}\left(Z_{I1}\right({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{II0}))}{\mathrm{Re}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{II0})\mathrm{Im}\left(Z_{I1}\right({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{II0}))-\mathrm{Im}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{II0})\mathrm{Re}\left(Z_{I1}\right({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{II0}))}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{II0})$

其中，Z_I0为同杆并架双回线路I回线路的零序阻抗；Z_I1为同杆并架双回线路I回线路的正序阻抗；Z_m为同杆并架双回线路I回线路与同杆并架双回线路II回线路之间的零序互感；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相。

保护装置计算同杆并架双回线路I回线路保护整定范围处到接地故障点的线路距离：

$\frac{{\stackrel{\·}{U}}_f-{\stackrel{\·}{U}}_{I\mathrm{\φ}}+Z_{I1}\frac{l_{set}}{l}({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{II0})}{\frac{Z_{I1}}{l}({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{II0})}$

其中，l_set为同杆并架双回线路I回线路保护整定范围，取0.85倍同杆并架双回线路I回线路长度；l为同杆并架双回线路I回线路长度；Z_I0为同杆并架双回线路I回线路的零序阻抗；Z_I1为同杆并架双回线路I回线路的正序阻抗；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；Z_m为同杆并架双回线路I回线路与同杆并架双回线路II回线路之间的零序互感。

保护装置计算同杆并架双回线路I回线路保护安装处到接地故障点的故障距离x：

$x=l_{set}-\frac{{\stackrel{\·}{U}}_f-{\stackrel{\·}{U}}_{I\mathrm{\φ}}+Z_{I1}\frac{l_{set}}{l}({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{II0})}{\frac{Z_{I1}}{l}({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{II0})}$

本发明方法首先测量同杆并架双回线路I回线路保护安装处的故障相电压、故障相电流和零序电流，计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流相角，计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流，计算同杆并架双回线路I回线路接地故障点电压，计算同杆并架双回线路I回线路保护整定范围处到接地故障点的线路距离，然后利用保护整定范围减去同杆并架双回线路I回线路保护整定范围处到接地故障点的线路距离，得到同杆并架双回线路I回线路保护安装处到接地故障点的故障距离。本发明方法计及线间零序互感的影响，消除了线间零序互感对同杆并架双回线路非同名相跨线接地故障单端测距精度的影响。本发明方法在算法模型中考虑了接地故障点电压的影响，消除了过渡电阻和负荷电流对同杆并架双回线路非同名相跨线接地故障单端测距精度的影响，具有很高的测距精度，适用于同杆并架双回线路非同名相跨线接地故障的单端故障测距。

以上所述仅为本发明的较佳具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.双回线路非同名相跨线接地故障单端测距方法，其特征在于，包括如下依序步骤：

(1)保护装置保护装置测量同杆并架双回线路I回线路保护安装处的故障相电压故障相电流和零序电流其中，φ为故障相；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相。

(2)保护装置保护装置计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流相角α：

α＝r₁+r₂-π-β

其中， $r_1={\sin }^{-1}\left(\frac{a_3{b}_1}{\sqrt{{\left(a_3{b}_1\right)}^2+{\left(a_1{b}_3\right)}^2}}\right);r_2={\sin }^{-1}\left(\frac{a_1{b}_2-a_2{b}_1}{\sqrt{{\left(a_3{b}_1\right)}^2+{\left(a_1{b}_3\right)}^2}}\right);a_1=\mathrm{Re}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{I\mathrm{\φ}}}{Z_{I1}}\right);b_1=\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{I\mathrm{\φ}}}{Z_{I1}}\right);$ $a_2=\mathrm{Re}({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0});b_2=\mathrm{Im}({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0});a_3=b_3=\left|\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}\right|;\mathrm{\β}=Arg\left(\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}\right);$ Z_m为同杆并架双回线路I回线路与同杆并架双回线路II回线路之间的零序互感；Z_I0为同杆并架双回线路I回线路的零序阻抗；Z_I1为同杆并架双回线路I回线路的正序阻抗；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；为的幅值；为的相角；为的反正弦函数值；为的反正弦函数值；j为复数算子。

(3)保护装置计算同杆并架双回线路II回线路的零序电流

(4)保护装置计算同杆并架双回线路I回线路接地故障点电压

${\stackrel{\·}{U}}_f=\frac{\mathrm{Re}\left({\stackrel{\·}{U}}_{I\mathrm{\φ}}\right)\mathrm{Im}\left(Z_{I1}\right({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{II0}))-\mathrm{Im}\left({\stackrel{\·}{U}}_{I\mathrm{\φ}}\right)\mathrm{Re}\left(Z_{I1}\right({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{II0}))}{\mathrm{Re}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{II0})\mathrm{Im}\left(Z_{I1}\right({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{II0}))-Im({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{II0})\mathrm{Re}\left(Z_{I1}\right({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{II0}))}({\stackrel{\·}{I}}_{I0}+{\stackrel{\·}{I}}_{II0})$

其中，Z_I0为同杆并架双回线路I回线路的零序阻抗；Z_I1为同杆并架双回线路I回线路的正序阻抗；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；Z_m为同杆并架双回线路I回线路与同杆并架双回线路II回线路之间的零序互感；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；为的实部；为的虚部；

(5)保护装置计算同杆并架双回线路I回线路保护安装处到接地故障点的故障距离x：

$x=l_{set}-\frac{{\stackrel{\·}{U}}_f-{\stackrel{\·}{U}}_{I\mathrm{\φ}}+Z_{I1}\frac{l_{set}}{l}({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{II0})}{\frac{Z_{I1}}{l}({\stackrel{\·}{I}}_{I\mathrm{\φ}}+\frac{Z_{I0}-Z_{I1}}{Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{I0}+\frac{Z_m}{3Z_{I1}}{\stackrel{\·}{I}}_{II0})}$

其中，l_set为同杆并架双回线路I回线路保护整定范围，取0.85倍同杆并架双回线路I回线路长度；l为同杆并架双回线路I回线路长度；Z_I0为同杆并架双回线路I回线路的零序阻抗；Z_I1为同杆并架双回线路I回线路的正序阻抗；φ＝I回线路A相、I回线路B相、I回线路C相；Z_m为同杆并架双回线路I回线路与同杆并架双回线路II回线路之间的零序互感。