CN107255773B - 一种输电线路双端故障测距方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种输电线路双端故障测距方法，该方法先测量输电线路两端的电压电流值，再根据故障点的电压建立一个二元一次方程，对该方程的x和y取共轭复数，可得关于y的一元四次方程，解方程式得到y的值，将y带进二元一次方程，即得到故障距离x的值；该方法采用数学方法中的故障分量法及共轭复数法，结合电力系统分析构造出简单的方程，使测距无需双端数据同步，无需已知线路单位长度阻抗，实现了双端数据不同步通信的故障测距，测距精度高，且不受线路单位长度阻抗影响，能广泛应用于现场工程。

Description

一种输电线路双端故障测距方法
技术领域
本发明涉及一种双端故障测距方法，具体为一种输电线路双端故障测距方法，主要应用于电力系统的变电站。
背景技术
输电线路是电力系统发电、输送电等的基本设备，在电力系统中占有非常重要的地位,输电线路故障时，若不能及时切除或误切除，则容易造成电网解列，以及变压器越级跳闸等重大事故，故障测距装置的出现，使巡线人员能及时找到故障点，利于快速恢复供电。
目前，输电线路故障测距方法主要为行波法，行波法利用故障暂态行波的传送性质进行单端故障测距，精度高，不受运行方式、过渡电阻等影响，但对采样率要求很高，故障距离测量结果会严重偏离真实故障距离，甚至出现故障测距失败，且需要专门的录波装置，应用成本高。
同时，采用故障分析法原理的双端故障测距系统，能有效解决行波法测距失效的问题。在原理上，双端故障测距系统不易受系统运行方式和系统参数变化的影响，但其固有的双端数据通信同步问题不可避免。目前，国内外研究关于该问题的解决方法，大多是将故障距离、线路基本参数、不同步角均作为未知量，通过构造非线性最优数学模型求解，有牛顿拉佛逊法、信赖域法、最小二乘法等。这些方法需要迭代搜索求解，与典型的传统测距方法相比，无法给出故障距离表达式，容易受非线性最优方程求解可靠性的影响。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提出一种输电线路双端故障测距方法，该方法采用数学方法中的故障分量法及共轭复数法，结合电力系统分析构造出简单的一元方程，使测距无需双端数据同步，无需已知线路单位长度阻抗，实现了双端数据不同步通信的故障测距，测距精度高，且不受线路单位长度阻抗影响，能广泛应用于现场工程。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：一种输电线路双端故障测距方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一.参数设定：用M、N表示输电线路两端母线，f为故障点，L为线路全长，单位长度阻抗为Z，线路M侧到故障点F的距离为x，且N侧相对于M侧的不同步角为δ，记：y＝ejδ；
步骤二.通过故障录波仪测的M、N两侧的电压、电流值，分别为UM、UN、IM、IN；
步骤三.故障点f的电压为UM-xZIM或y[UN-(L-x)ZIN]，故可得：UM-xZIM＝y[UN-(L-x)ZIN] (1)；
步骤四.根据叠加原理，得：△UM-xZ△IM＝y[△UN-(L-x)Z△IN] (2)，
其中，ΔUM、ΔUN、ΔIM、ΔIN为M、N两侧电压电流故障分量；
步骤五.联立式(1)(2)，可得故障距离x：
Figure BDA0001318746280000021
其中，x的表达式系数A、B、C、D、E分别为：
A＝UM△INL-△UMINL，
B＝-L(UN△IN-△UNIN)，
C＝UM△IM-△UMIM，
D＝UM△IN-UN△IM-△UMIN+△UNIM，
E＝△UNIN-UN△IN，
对式(3)取共轭复数，则有
Figure BDA0001318746280000022
同时
Figure BDA0001318746280000023
可得关于y的一元四次方程：ay4+by3+cy2+dy+e＝0 (4)，
其中，方程式(4)的系数a、b、c、d、e分别为：
Figure BDA0001318746280000024
Figure BDA0001318746280000025
Figure BDA0001318746280000026
Figure BDA0001318746280000027
Figure BDA0001318746280000028
步骤六.解方程式(4)，可得y的值，将y的值带入式(3)，即可得故障距离x。
进一步地，在解方程式(4)的过程中，可得到四组y的解，相应的得到故障距离x的解也为四组，(yi，xi)，i＝1、2、3、4；
进一步地，将Z作为未知量，同时将四组解(yi，xi)，i＝1、2、3、4分别带入方程式(2)，可得四组Z的值，根据实际测量结果，最接近真实值的一组为所求值。
进一步地，N侧相对于M侧的不同步角δ的值为-180°～180°。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)测距无需双端数据同步；
2)测距无需已知线路单位长度阻抗；
3)通过数学方法中的故障分量法、共轭复数法消去了不同步角、线路单位长度阻抗，得到简易测距方程，避免了构造非线性最优数学模型迭代搜索求解的复杂化；
4)给出了故障距离表达式；
附图说明
图1为本发明的故障测距等值网示意图。
图2为本发明的测距流程图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
根据图1和图2所示，一种输电线路双端故障测距方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一.参数设定：用M、N表示输电线路两端母线，f为故障点，L为线路全长，单位长度阻抗为Z，线路M侧到故障点F的距离为x，且N侧相对于M侧的不同步角为δ，δ的值为-180°～180°，记：y＝ejδ；
步骤二.通过故障录波仪测的M、N两侧的电压、电流值，分别为UM、UN、IM、IN；
步骤三.故障点f的电压为UM-xZIM或y[UN-(L-x)ZIN]，故可得：UM-xZIM＝y[UN-(L-x)ZIN] (1)；
步骤四.根据叠加原理，得：△UM-xZ△IM＝y[△UN-(L-x)Z△IN] (2)，
其中，ΔUM、ΔUN、ΔIM、ΔIN为M、N两侧电压电流故障分量；
步骤五.联立式(1)(2)，可得故障距离x：
Figure BDA0001318746280000031
其中，x的表达式系数A、B、C、D、E分别为：
A＝UM△INL-△UMINL，
B＝-L(UN△IN-△UNIN)，
C＝UM△IM-△UMIM，
D＝UM△IN-UN△IM-△UMIN+△UNIM，
E＝△UNIN-UN△IN，
对式(3)取共轭复数，则有
Figure BDA0001318746280000032
同时
Figure BDA0001318746280000033
可得关于y的一元四次方程：ay4+by3+cy2+dy+e＝0 (4)，
其中，方程式(4)的系数a、b、c、d、e分别为：
Figure BDA0001318746280000034
Figure BDA0001318746280000035
Figure BDA0001318746280000036
Figure BDA0001318746280000037
Figure BDA0001318746280000038
步骤六.解方程式(4)，可得y的值，将y的值带入式(3)，即可得故障距离x。
在解方程式(4)的过程中，可得到四组y的解，相应的得到故障距离x的解也为四组，(yi，xi)，i＝1、2、3、4；将Z作为未知量，同时将四组解(yi，xi)，i＝1、2、3、4分别带入方程式(2)，可得四组Z的值，根据实际测量结果，最接近真实值的一组为所求值。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种输电线路双端故障测距方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一.参数设定：用M、N表示输电线路两端母线，f为故障点，L为线路全长，Z为单位长度阻抗，线路M侧到故障点f的距离为x，且N侧相对于M侧的不同步角为δ，记：y＝ejδ；
步骤二.通过故障录波仪测的M、N两侧的电压、电流值，分别为UM、UN、IM、IN；
步骤三.故障点f的电压为UM-xZIM或y[UN-(L-x)ZIN]，故可得：UM-xZIM＝y[UN-(L-x)ZIN] (1)；
步骤四.根据叠加原理，得：△UM-xZ△IM＝y[△UN-(L-x)Z△IN] (2)，
其中，ΔUM、ΔUN、ΔIM、ΔIN为M、N两侧电压电流故障分量；
步骤五.联立式(1)(2)，可得故障距离x：
其中，x的表达式系数A、B、C、D、E分别为：
A＝UM△INL-△UMINL，
B＝-L(UN△IN-△UNIN)，
C＝UM△IM-△UMIM，
D＝UM△IN-UN△IM-△UMIN+△UNIM，
E＝△UNIN-UN△IN，
对式(3)取共轭复数，则有
Figure FDA0001318746270000012
同时
Figure FDA0001318746270000013
可得关于y的一元四次方程：ay4+by3+cy2+dy+e＝0 (4)，
其中，方程式(4)的系数a、b、c、d、e分别为：
Figure FDA0001318746270000014
Figure FDA0001318746270000015
Figure FDA0001318746270000016
Figure FDA0001318746270000018
其中，
Figure FDA0001318746270000019
分别为A、B、C、D、E的共轭复数形式；
步骤六.解方程式(4)，可得y的值，将y的值带入式(3)，即可得故障距离x。
2.根据权利要求1所述的一种输电线路双端故障测距方法，其特征在于：在解方程式(4)的过程中，可得到四组y的解，相应的得到故障距离x的解也为四组，(yi，xi)，i＝1、2、3、4。
3.根据权利要求2所述的一种输电线路双端故障测距方法，其特征在于：将Z作为未知量，同时将四组解(yi，xi)，i＝1、2、3、4分别带入方程式(2)，可得四组Z的值，根据实际测量结果，最接近真实值的一组为所求值。
4.根据权利要求1所述的一种输电线路双端故障测距方法，其特征在于：N侧相对于M侧的不同步角δ的值为-180°～180°。
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