CN109031049A - 一种基于单侧谐波量的高压直流接地极线路故障测距方法 - Google Patents

一种基于单侧谐波量的高压直流接地极线路故障测距方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于单侧谐波量的高压直流接地极线路故障测距方法，属电力系统故障测距技术领域。当高压直流接地极线发生故障时，利用故障线上的量测端所测得的电压和电流可以计算出极址点的电压和极址电流，从而根据极址电阻能计算出故障极线的沿线电流；根据沿线电流和极址端电压可以计算出故障点的右侧电压分量和故障点右侧电流分量；同时，利用量测端电压和故障极电流可以计算出故障点左侧的电压和故障点左侧电流分量；最后利用两个故障电流分流可以求出故障电流，而利用故障点左侧和右侧的电压相量的虚部相等构造函数，利用函数的最小值可以计算出故障距离。本发明对于远端故障的测距精度有所提高，算法简单，容易实现且可靠。

Description

一种基于单侧谐波量的高压直流接地极线路故障测距方法
技术领域
本发明涉及一种基于单侧谐波量的高压直流接地极线路故障测距方法，属于电力系统故障测距技术领域。
背景技术
接地极线路是高压直流输电系统中不可或缺的重要组成部分，为了实现正常运行或故障情况下短时间以大地或海水作为电流回路的运行而设计和建造的一组装置，它主要由接地极线路、接地极馈电电缆和接地极组成。双极高压直流通常为双极平衡运行，当出现不平衡运行或短时单极运行时，流入接地极的电流可以通过大地返回。为防止接地极入地电流对交流侧的正常运行带来的危害或干扰，一般接地极极址接地点距离直流换流站几十公里到上百公里左右，其间通常架设双导线并联的接地极引线。通常，接地极电压较低，接地极故障大多发生在接地极线路上，多为瞬时性故障，接地极线路发生故障后，会影响直流输电系统安全隐患，甚至可能造成周围人员伤亡。
接地极线路的电压等级较低，发生线路故障概率较大，接地极线路发生故障后影响直流双极系统，不仅对直流系统安全运行影响较大，而且对大电网稳定运行也有很大的影响。目前，接地极线路大都装有基于脉冲反射原理的接地极线路检测系统，但故障时仍然难以准确测距，尤其是半线长之外的故障测距用传统测距方法更是难以准确测出。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于单侧谐波量的高压直流接地极线路故障测距方法，用以解决接地极线路发生半线长以外故障的测距问题。
本发明采用的技术方案是：一种基于单侧谐波量的高压直流接地极线路故障测距方法，包括如下步骤：
当高压直流接地极线发生故障时，利用故障线上的量测端所测得的电压和电流可以计算出极址点的电压和极址电流，从而根据极址电阻能计算出故障极线的沿线电流；根据沿线电流和极址端电压可以计算出故障点的右侧电压分量和故障点右侧电流分量；同时，利用量测端电压和故障极电流可以计算出故障点左侧的电压和故障点左侧电流分量；最后利用两个故障电流分流可以求出故障电流，而利用故障点左侧和右侧的电压相量的虚部相等构造函数，利用函数的最小值可以计算出故障距离。
具体步骤如下：
第一步：当高压直流接地极线路l2发生故障时，利用量测端的电压健全极电流计算极址端电压极址电流
式中，线路参数波阻抗Zp，传播常数γp，l为接地极线路l2的长度，Lp为对地电感，Cp为对地电容；
第二步，利用极址端电压和极址电阻Rg和上述极址电流可以得出故障极沿线电流
第三步，利用故障极沿线电流和极址端电压可以计算出故障点右侧电压分量和故障右侧分量电流
式中xf为故障点到测量端的距离；
第四步，利用量测端电压和故障极电流由M端计算故障点左侧电压和左侧故障电流分量
第五步，利用两个故障电流分量和求得故障点电流为：
第六步，利用电压虚部相等，构造的测距函数即可算出故障点到量测端的距离：
将x从0到l的距离上，每隔0.1km取一个点带入公式(11)中，其函数的最小值则为故障距离，继续寻遍数据进行计算检验发现，该测距方法适合于半线长之外的故障测距。
本发明的有益效果是：
(1)本方法是基于现有的接地极单端测距的补充，使得单端测距方法不能精确测得远端故障的弊端得以改善。
(2)本测距方法采用线路分布式参数模型，考虑了沿线分布电容及极址电阻影响，使得测距精度更高。
(3)有效改善了故障靠近极值点时量测端所检测到电气量差异小，即所含谐波分量幅值小的问题所带来的测距困难。
附图说明
图1为本发明接地极线路，图中l1是健全极线，l2接地极线，两条线长度都是l；
图2为本发明实例1中，接地极线路l2距量测端70km发生接地故障，极址电阻为0.3Ω，过渡电阻为0.15Ω情况下的故障定位图；
图3为本发明实例2中，接地极线路l2距量测端75km发生接地故障，极址电阻为0.3Ω，过渡电阻为0.15Ω情况下的故障定位图；
图4为本发明实例3中，接地极线路l2距量测端77km发生接地故障，极址电阻为0.3Ω，过渡电阻为5Ω情况下的故障定位图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实例1：如图1、2所示，某±800kV高压直流接地极工程模型如图1所示。其详细参数如下：接地极线路全长80km,,接地极线路极线上的参数波阻抗Zp＝401.83Ω，传播常数γp＝j1.489×10-5rad/m。极址电阻为0.3Ω，过渡电阻为0.15Ω。采样率为6.4kHz，接地极线路故障点距量测端70km。
(1)利用快速傅里叶变换(FFT)，时窗函数为切比雪夫函数，数据时窗长度为N＝128，提取测量端f＝600Hz的谐波成分。根据发明内容中第一步可以计算出极址点电压：
根据说明书中第二步和第三部可以得出故障点右侧电流
根据说明书中第三步和第四步可以得出故障点左侧电压
根据说明书第五步可以得出故障点电流
根据说明书第六步可以得出故障点距离xf：
式中的x的取值为[0，l]，变化步长为0.1km，数据中最小值则为故障距离，其故障定位图如图2所示。
实例2：如图1、3所示，某±800kV高压直流接地极工程模型如图1所示。其详细参数如下：接地极线路全长80km,,接地极线路极线上的参数波阻抗Zp＝401.83Ω，传播常数γp＝j1.489×10-5rad/m。极址电阻为0.3Ω，过渡电阻为0.15Ω。采样率为6.4kHz，接地极线路故障点距量测端75km。
(1)利用快速傅里叶变换(FFT)，时窗函数为切比雪夫函数，数据时窗长度为N＝128，提取测量端f＝600Hz的谐波成分。根据发明内容中第一步可以计算出极址点电压：
根据说明书中第二步和第三部可以得出故障点右侧电流
根据说明书中第三步和第四步可以得出故障点左侧电压
根据说明书第五步可以得出故障点电流
根据说明书第六步可以得出故障点距离xf：
式中的x的取值为[0，l]，变化步长为0.1km，数据中最小值则为故障距离，其故障定位图如图3所示。
实例3：如图1、4所示，某±800kV高压直流接地极工程模型如图1所示。其详细参数如下：接地极线路全长80km,,接地极线路极线上的参数波阻抗Z p＝401.83Ω，传播常数γp＝j1.489×10-5rad/m。极址电阻为0.3Ω，过渡电阻为5Ω。采样率为6.4kHz，接地极线路故障点距量测端77km。
(1)利用快速傅里叶变换(FFT)，时窗函数为切比雪夫函数，数据时窗长度为N＝128，提取测量端f＝600Hz的谐波成分。根据发明内容中第一步可以计算出极址点电压：
根据说明书中第二步和第三部可以得出故障点右侧电流
根据说明书中第三步和第四步可以得出故障点左侧电压
根据说明书第五步可以得出故障点电流
根据说明书第六步可以得出故障点距离xf：
式中的x的取值为[0，l]，变化步长为0.1km，数据中最小值则为故障距离，其故障定位图如图4所示。
本发明是利用谐波量的双端原理故障测距，基于分布式参数模型，现在故障测量数据表明本测距方法对对于远端故障的测距精度有所提高，算法简单，容易实现且可靠。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种基于单侧谐波量的高压直流接地极线路故障测距方法，其特征在于：包括如下步骤：
当高压直流接地极线发生故障时，利用故障线上的量测端所测得的电压和电流可以计算出极址点的电压和极址电流，从而根据极址电阻能计算出故障极线的沿线电流；根据沿线电流和极址端电压可以计算出故障点的右侧电压分量和故障点右侧电流分量；同时，利用量测端电压和故障极电流可以计算出故障点左侧的电压和故障点左侧电流分量；最后利用两个故障电流分流可以求出故障电流，而利用故障点左侧和右侧的电压相量的虚部相等构造函数，利用函数的最小值可以计算出故障距离。
2.根据权利要求1所述的一种基于单侧谐波量的高压直流接地极线路故障测距方法，其特征在于：具体步骤如下：
第一步：当高压直流接地极线路l2发生故障时，利用量测端的电压健全极电流计算极址端电压极址电流
式中，线路参数波阻抗Zp，传播常数γp，l为接地极线路l2的长度，Lp为对地电感，Cp为对地电容；
第二步，利用极址端电压和极址电阻Rg和上述极址电流可以得出故障极沿线电流
第三步，利用故障极沿线电流和极址端电压可以计算出故障点右侧电压分量和故障右侧分量电流
式中xf为故障点到测量端的距离；
第四步，利用量测端电压和故障极电流由M端计算故障点左侧电压和左侧故障电流分量
第五步，利用两个故障电流分量和求得故障点电流为：
第六步，利用电压虚部相等，构造的测距函数即可算出故障点到量测端的距离：
将x从0到l的距离上，每隔0.1km取一个点带入公式(11)中，其函数的最小值则为故障距离，继续寻遍数据进行计算检验发现，该测距方法适合于半线长之外的故障测距。
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