CN107167703A - 一种风电场集电线路单相接地故障测距方法 - Google Patents

Abstract

一种风电场集电线路单相接地故障测距方法，测量风电场集电线路保护安装处的故障相电压、相电流以及零序电流作为输入量；基于均分原则求解出每台风机故障后的支路电流；基于集电线路上各风机的实际接线拓扑结构，写出保护安装处至故障点之间的线路描述方程，然后将量测量依次代入该方程，假设故障区段初值并逐步搜索计算故障距离，当计算得到的故障距离值测距结果恰好位于假设的故障区段时，搜索结束，此时的故障距离值即为测距结果；本发明充分利用风机箱式变压器高压侧采用三角形接法导致零序电流无法通过的特点，仅利用集电线路出口电流量测量即可近似得到每台风机支路的电流，无需安装新量测设备，成本低，具有很高的实用价值。

Description

一种风电场集电线路单相接地故障测距方法

技术领域

本发明属于电力系统故障检测与保护领域，特别涉及一种风电场集电线路单相接地故障测距方法。

背景技术

风电已成为我国第三大电源，风电场内故障的快速定位与修复，对于并网电力系统的安全运行具有重要意义。然而风电场主要分布在走向和主风向平行的隘口和峡谷，高原和台地，比较突出的山脊和山峰，海岸以及岛屿的迎风和侧风角等较高平均风速的地理位置，受自然环境等因素影响，集电线路故障概率高，特别是集电线路上各风机支路T接接入，故障后多电源馈出短路电流，而可供利用的量测信息仅能从集电线路出口处量测获得，受信息量不足的局限，发生故障后定位非常困难。截止目前，关于风电场场内集电线路故障测距的研究几乎处于空白状态。

单端故障测距算法从原理上来讲，分为两类：阻抗法和行波法。行波法通过测量行波波头在观测点和故障点之间来回往返的时间实现故障测距，但是集电线路多风电支路T接，导致了观测点与故障点之间的不连续点众多，因此难以准确识别来自故障点的反射波头，导致了单端行波法无法在集电线路上应用。阻抗法通过描述观测点至故障点之间的集电线路方程，利用集电线路出口量测电压、电流量，计算观测点至故障点之间的等值阻抗，从而实现故障定位；该方法应用到风电场集电线路，主要面临的困难是故障后集电线路所连接的各风机支路均为电源支路，均向故障点注入故障电流，且各支路故障电流无法量测，使得直接应用阻抗法测距精度不可信。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种风电场集电线路单相接地故障测距方法，测量风电场集电线路保护安装处的故障相电压、相电流以及零序电流作为输入量；基于均分原则近似求解出每台风机故障后的支路电流；基于集电线路上各风机的实际接线拓扑结构，写出保护安装处至故障点之间的线路描述方程，然后将量测量依次代入该方程，假设故障区段初值并逐步搜索计算故障距离，当计算得到的故障距离值测距结果恰好位于假设的故障区段时，搜索结束，此时的故障距离值即为测距结果。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种风电场集电线路单相接地故障测距方法，包括以下步骤：

(1)测量风电场集电线路出口保护安装处的故障相电压相量故障相电流相量零序电流相量作为输入量，其中φ为故障相别：A相、B相或C相；

(2)基于均分原则计算故障后每台风机的支路电流

其中n为该集电线路上所连接的风机数量；

(3)将连有n台风机的集电线路以风机支路并网节点作为分界点，分成n段，每一段的长度分别为L₁、L₂……L_n，从m＝1开始对L₁进行搜索，m值依次增加，对应搜索的区段也相应增加，直到求出的测距结果l在所搜索的区段为止，最后一次得到的l值则为测距结果；

m＝(1,2,3,4…n-1,n)

Z₁、Z₂、Z₀为集电线路单位长度的正、负、零序阻抗；

K为零序电流补偿系数，K＝(Z₀-Z₁)/3Z₁；

R_f为过渡电阻。

本发明的特点及技术效果：

本发明充分利用风机箱式变压器高压侧采用三角形接法导致零序电流无法通过的特点，仅利用集电线路出口电流量测量即可近似得到每台风机支路的电流，无需安装新量测设备，成本低，算法计算量小；本发明方法是一种搜索式测距方法，不存在解方程法的伪根问题和迭代法的不收敛问题，具有很高的实用价值。

附图说明

图1为应用本发明方法的风电场结构示意图。

图2为风机支路接线示意图。

图3为风电场集电线路单相接地故障后零序等值网络图。

具体实施方式：

本发明提出的一种风电场集电线路单相接地故障测距方法，实施例详细说明如下：

应用本发明方法的双馈风电场模型如图1所示，集电线路长度为15km，线路参数值如表1所示。集电线路上一共连接了5台1.5MW的双馈风机，集电线路上每两台风机之间的间距为3km，因此将风电场集电线路分成5个区段，每个区段长度3km。图2给出了集电线路上任一风机支路的详细拓扑结构，可见，风机箱变的35kV高压侧为三角形接线方式，使得集电线路发生单相接地故障后，零序电流无法流向风机支路；因此可以得到图1所示系统对应的零序等值网络图，如图3所示。应用本发明方法的故障测距装置分别通过电压互感器(PT)、电流互感器(CT)量测母线电压和集电线路电流值。假设图1中D点发生单相接地故障，实际故障距离为9km，过渡电阻为10Ω。

表1风电场集电线路主要参数

1)测量线路在保护安装处故障相电压相量、相电流相量、零序电流相量、作为输入量，即(故障相为A相)：

A相电压

A相电流

零序电流

2)基于均分原则计算故障后每台风机的支路电流

3)逐步分段搜索得出测距结果：

假设故障点位于第1区段，将步骤1)得到的量测量带入

计算得到l＝9.293km，故障距离与故障区段不符，因此判定为不在此区段，继续搜索。

进一步假设故障点位于第2区段，将步骤1)得到的量测量带入如下公式：

计算得到l＝9.175km，故障距离与故障区段不符，因此判定为不在此区段，继续搜索。

再假设故障点位于第3区段，将步骤1)得到的量测量带入如下公式：

计算得到得l＝8.968km，故障距离与故障区段相符，搜索完毕，得出测距结果为8.968km。

表2风电场集电线路上不同故障点的测距结果与误差

Claims (1)

1.一种风电场集电线路单相接地故障测距方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)测量风电场集电线路出口保护安装处的故障相电压相量故障相电流相量零序电流相量作为输入量，其中φ为故障相别：A相、B相或C相；

(2)基于均分原则计算故障后每台风机的支路电流

其中n为该集电线路上所连接的风机数量；

(3)将连有n台风机的集电线路以风机支路并网节点作为分界点，分成n段，每一段的长度分别为L₁、L₂……L_n，从m＝1开始对L₁进行搜索，m值依次增加，对应搜索的区段也相应增加，直到求出的测距结果l在所搜索的区段为止，最后一次得到的l值则为测距结果；

Z₁、Z₂、Z₀为集电线路单位长度的正、负、零序阻抗；

K为零序电流补偿系数，K＝(Z₀-Z₁)/3Z₁；

R_f为过渡电阻。