CN107271841B - 基于正序电流差的同塔双回t型输电线路故障测距方法 - Google Patents

基于正序电流差的同塔双回t型输电线路故障测距方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于正序电流差的同塔双回T型输电线路故障测距方法，其特征在于，首先利用保护安装处的电流互感器采集双回T型输电线路系统三端的各相电流数据，并用对称分量法求出两回线路的正序电流分量；然后由双回T型输电线路的正序电流分量计算三条支路的测距函数，根据各条支路首末两端的测距测距函数差值大小判断出故障支路；最后利用故障距离解析表达式在故障支路上计算故障距离。

Description

基于正序电流差的同塔双回T型输电线路故障测距方法
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基于正序电流差的同塔双回T型输电线路故障测距方法。
背景技术
随着电力系统的不断发展，T型支接线路越来越多地出现在高压电网中。同塔并架双回线路更是以其输送能力大、出线走廊窄、占地面积小等优势，在高压输配电网中得到日益广泛的应用。同塔并架双回线路相互连接，形成双回T型输电线路。双回T型线路输电负荷重，一旦故障亟待准确定位，快速排查故障。由于T型线路结构的特殊性，不能简单地把已有双回线路的故障测距方法应用到T型输电线路上。
电网故障定位方法从原理上主要可以分为行波法和故障分析法。行波法存在波头识别问题，且需投入专门硬件设备，技术较为复杂。故障分析法对设备要求低，投资小，获得了广泛应用。目前已有的T型线路故障分析法多是针对单回线路，这些方法存在的问题有：T节点附近发生高阻抗短路时故障支路判别存在判别死区、测距结果受过渡电阻性质影响、需要在各支路全线搜索寻找故障点、测距方程的数值求解存在收敛性和伪根问题等，这些都是研究T型线路故障测距方法需要考虑的问题。同塔并架双回线路与单回线路相比结构更加复杂，双回线间存在耦合效应且故障类型繁多，给双回T型输电线路的故障测距增加了难度，相关研究也比较少。现已提出的双回T型线路故障测距方法多是采用集中参数线路模型进行推导，无法应用于对地分布电容较大的长距离高压输电线路。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用分布参数模型建模的基于正序电流差的同塔双回T型输电线路故障测距方法。技术方案如下：
一种基于正序电流差的同塔双回T型输电线路故障测距方法，其特征在于，首先利用保护安装处的电流互感器采集双回T型输电线路系统三端的各相电流数据，并用对称分量法求出两回线路的正序电流分量；然后由双回T型输电线路的正序电流分量计算三条支路的测距函数，根据各条支路首末两端的测距测距函数差值大小判断出故障支路；最后利用故障距离解析表达式在故障支路上计算故障距离，步骤如下：
(1)利用保护安装处的电流互感器采集故障发生后双回T型输电线路M、N、P三端的电流数据，并用对称分量法求出两回线路的正序电流分量：M端两回线路的正序电流分量N端两回线路的正序电流分量P端两回线路的正序电流分量I代表第一条回路，II代表第二条回路。
(2)计算两回线路正序电流分量之差：
(3)利用MT支路的测距函数计算D1＝|f(0)-f(l1)|，若D1≥K，则故障发生在NT支路上。其中 l1、l2、l3分别MT、NT、PT支路的长度，lk为MT支路上k点到M端的距离，和分别为由M、T端电气量推算得到的MT支路上k点处的两回线路正序电压分量与正序电流分量之差，Zc1为线路正序特性阻抗，γ1为线路正序传播常数，arg(·)为取相位函数，。
(4)利用NT支路的测距函数计算D2＝|f(0)-f(l2)|，若D2≥K，则故障发生在NT支路上。其中 lk为NT支路上k点到N端的距离，和分别为由N、T端推算得到的NT支路上k点处的两回线路正序电压分量与正序电流分量之差。
(5)利用PT支路的测距函数计算D3＝|f(0)-f(l3)|，若D3≥K，则故障发生在NT支路上。其中 lk为PT支路上k点到P端的距离，和 分别为由P、T端推算得到的PT支路上k点处的两回线路正序电压分量与正序电流分量之差。
(6)利用故障距离解析表达式在故障支路上定位故障：
1)若故障发生在MT支路上，故障点距离M端的距离为 其中β为线路正序传播常数的虚部。
2)若故障发生在NT支路上，故障点距离N端的距离为
3)若故障发生在PT支路上，故障点距离P端的距离为
若两到三条支路均满足故障条件，则故障发生在T节点。
本发明的有益效果：
(1)利用双回线路的正序电流分量进行测距，不受平行线间零序互感的影响，无需线间互感参数和电压测量数据也能定位故障。
(2)根据测距函数在支路首末两端的相位差大小判断故障分支，基于此特性提出的故障支路选取判据在T节点附近无判别死区。
(3)通过对故障距离解析表达式的计算进行精确测距，从原理上不出现伪根，无需繁琐的搜索和迭代过程，算法简单，易于实现。
(4)测距结果不受分布电容、过渡电阻、系统阻抗、负荷电流等因素的影响，测距精度高，对线性电阻故障和电弧型故障均具有良好的适用性。
附图说明
图1同塔双回T型输电线路系统示意图
图2双回T型输电线路在MT支路发生故障时的单回线正序网络等效图
附图中及文字中各标号的含义：
l1为MT支路长度，l2为NT支路长度，l3为PT支路长度；
为M端电源电势，为N端电源电势，为P端电源电势；
为母线M端的正序电压，为母线N端的正序电压，为母线P端的正序电压；
为由M端流向线路的正序电流，为由N端流向线路的正序电流，为由P端流向线路的正序电流；
为MT支路注入T节点的正序电流，为NT支路注入T节点的正序电流，分别为PT支路注入T节点的正序电流；
为故障点正序电压；
为正序故障电流，i＝I，II。
具体实施方式
下面根据说明书附图对本发明的发明内容做进一步详细表述。
图1为应用本发明的同塔双回T型输电线路系统示意图。本发明利用分布参数模型提出基于正序电流差的同塔双回T型输电线路故障测距方法，首先利用保护安装处的电流互感器采集双回T型输电线路系统三端的各相电流数据，并用对称分量法求出两回线路的正序电流分量；然后由双回T型输电线路的正序电流分量计算三条支路的测距函数，根据各条支路首末两端的测距测距函数差值大小判断出故障支路；最后利用故障距离解析表达式在故障支路上计算故障距离。具体步骤如下：
(1)利用保护安装处的电流互感器采集故障发生后双回T型输电线路M、N、P三端的电流数据，并用对称分量法求出两回线路的正序电流分量：为M端两回线路的正序电流分量；为N端两回线路的正序电流分量；为P端两回线路的正序电流分量，I代表第一条回路，II代表第二条回路。
(2)计算两回线路正序电流分量之差：
(3)利用两回线路正序电流分量构造测距函数，根据故障支路选取判据判断故障支路。
由于两回线路的正序网络彼此相互独立且线路参数完全相同，以单回T型输电线路的正序网络进行推算分析。图2为双回T型输电线路在MT支路发生故障时的单回线正序网络等效图。
分别为由M、N、P三端数据推算得到的T节点正序电压，则有：
1)在故障支路MT上测距时，T节点电压和注入电流取为i＝I、II。构造测距函数如下式所示：
和分别为由M、T端电气量推算得到的MT支路上k点处的两回线路正序电压分量与正序电流分量之差，l1、l2、l3分别MT、NT、PT支路的长度，lf为故障点到M端的距离，lk为k点到M端的距离，Zc1为线路正序特性阻抗，γ1为线路正序传播常数。
测距函数(2)的函数特性为：当lf＞lk时，f(lk)≈90°；当lf＜lk时，f(lk)≈-90°；当lf＝lk时，f(lk)≈0°。
2)在正常支路NT上测距时，T节点电压和注入电流取为i＝I，II。构造测距函数如下所示：
和分别为由N、T端推算得到的NT支路上k点处的两回线路正序电压分量与正序电流分量之差，lf为故障点到N端的距离，lk为k点到N端的距离。
测距函数(4)的函数特性为：当k点在支路NT上移动时，f(lk)≈90°。
3)在正常支路PT上测距时，T节点电压和注入电流取为i＝I，II。构造测距函数如下所示：
和分别为由P、T端推算得到的PT支路上k点处的两回线路正序电压分量与正序电流分量之差，其表达式不再给出。lf为故障点到P端的距离，lk为k点到P端的距离。
支路PT和支路NT在电气结构上完全对称，测距函数(6)的函数特性为：当k点在支路PT上移动时，f(lk)≈90°。
4)利用测距函数在各条之路上的函数特性构造故障支路选取判据：令Di＝abs(f(0)-f(li))(i＝1、2、3，abs(·)代表取绝对值)，若Di≥K，则故障在该条支路上；若Di＜K，则故障不在该条支路上；若两到三条支路满足条件，则T节点发生故障。为了保证灵敏度，K值可取为90。
(4)利用故障距离解析表达式在故障之路上定位故障：
1)若故障发生在MT支路上，故障定位方程如下：
求解方程得到 其中arg(·)为取相位函数，β为线路正序传播常数的虚部。
2)若故障发生在NT支路上，故障定位方程如下：
求解方程得到 其中arg(·)为取相位函数，β为线路正序传播常数的虚部。
3)若故障发生在PT支路上，故障定位方程如下：
求解方程得到 其中arg(·)为取相位函数，β为线路正序传播常数的虚部。

Claims (2)

1.一种基于正序电流差的同塔双回T型输电线路故障测距方法，其特征在于，首先利用保护安装处的电流互感器采集双回T型输电线路系统三端的各相电流数据，并用对称分量法求出两回线路的正序电流分量；然后由双回T型输电线路的正序电流分量计算三条支路的测距函数，根据各条支路首末两端的测距函数差值大小判断出故障支路；最后利用故障距离解析表达式在故障支路上计算故障距离；具体步骤如下：
(1)利用保护安装处的电流互感器采集故障发生后双回T型输电线路M、N、P三端的电流数据，并用对称分量法求出两回线路的正序电流分量：为M端两回线路的正序电流分量；为N端两回线路的正序电流分量；为P端两回线路的正序电流分量，I代表第一条回路，II代表第二条回路；
(2)计算两回线路正序电流分量之差：
(3)利用MT支路的测距函数计算D1＝|f(0)-f(l1)|，若D1≥K，则故障发生在NT支路上，其中 l1、l2、l3分别MT、NT、PT支路的长度，lk为MT支路上k点到M端的距离，和分别为由M、T端电气量推算得到的MT支路上k点处的两回线路正序电压分量与正序电流分量之差，Zc1为线路正序特性阻抗，γ1为线路正序传播常数，arg(·)为取相位函数；
(4)利用NT支路的测距函数计算D2＝|f(0)-f(l2)|，若D2≥K，则故障发生在NT支路上，其中 lk为NT支路上k点到N端的距离，和 分别为由N、T端推算得到的NT支路上k点处的两回线路正序电压分量与正序电流分量之差；
(5)利用PT支路的测距函数计算D3＝|f(0)-f(l3)|，若D3≥K，则故障发生在NT支路上，其中 lk为PT支路上k点到P端的距离，和 分别为由P、T端推算得到的PT支路上k点处的两回线路正序电压分量与正序电流分量之差；
(6)利用故障距离解析表达式在故障支路上定位故障：
1)若故障发生在MT支路上，故障点距离M端的距离为 其中，β为线路正序传播常数的虚部；
2)若故障发生在NT支路上，故障点距离N端的距离为
3)若故障发生在PT支路上，故障点距离P端的距离为
若两到三条支路均满足故障条件，则故障发生在T节点。
2.根据权利要求1所述的输电线路故障测距方法，其特征在于，K值取为90°。
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