CN109358268A - 一种不依赖于线路参数的同杆双回线精确故障测距方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种不依赖于线路参数的同杆双回线精确故障测距方法，根据线路参数已知的双回线测距原理，得到含已知线路参数的单线双端故障距离表达式及双回线双端故障距离表达式；将线路参数作为未知量，对含故障距离和线路参数两个未知量的测距方程，消除线路参数未知量构造简易测距方程；确定选择何种测距方式，若一回线运行、一回线检修，则采用单线双端测距方式，若两回线路均正常运行，则采用双回线双端测距方式。本发明实现参数未知或多变情况下可以精确定位线路故障点，大大减少巡线的工作量，加快抢修效率，缩短故障修复时间并快速恢复供电。
Description
技术领域
本发明属于故障测量技术领域，特别涉及一种不依赖于线路参数的同杆双回线精确故障测距方法。
背景技术
一直以来，故障测距始终是电力工程界的研究热点。国内外众多学者针对输电线路的故障测距技术已开展了大量的研究工作，并取得一定成果。在传统的故障测距原理中，单端法和双端法在计算故障距离时均需采用线路基本参数，即线路单位长度阻抗、单位长度导纳，通常将其作为已知量进行求解。对于参数变化影响测距的问题，国内外学者的研究甚少。仅有基于线路基本模型将故障距离、线路参数、非同步角作为未知量，构造非线性最优数学模型，通过采用最小二乘法、牛顿拉弗逊迭代法、信赖域迭代搜索法、参数修正法等求解非线性最优问题来实现测距。这些方法都需要迭代搜索求解非线性方程，初值和收敛性问题不可避免，并未从原理上解决线路参数未知的影响。国外有学者提出了构造一元二次方程的测距方法，消去了线路参数，在原理上克服了参数变化对测距的影响，但是一元二次方程有两个解，存在伪根判别问题。至今，无伪根、无需迭代求解、能消去线路参数的测距原理研究在国内外仍然为空白。
因此，可研究通过基本数理方法构造出无需迭代求解、无伪根问题的简易测距方程来实现故障距离测量，该测距方法能够从原理上克服线路参数变化影响，为线路参数未知的故障测距技术提供理论基础。
发明内容
本发明实现参数未知或多变情况下可以精确定位线路故障点，大大减少巡线的工作量，加快抢修效率，缩短故障修复时间并快速恢复供电。
本发明具体为一种不依赖于线路参数的同杆双回线精确故障测距方法，所述不依赖于线路参数的同杆双回线精确故障测距方法具体包括如下步骤：
步骤(1)、确定发生故障时故障距离与线路两端电压、电流的关系，确定不同运行方式下发生不同类型故障对线路模型的影响及对构造测距方程的影响；
步骤(2)、确定采用线模变换解耦后的单线表示双回线的双端法测距模型；
步骤(3)、确定采用双线表示双回线的双端法测距模型；
步骤(4)、根据线路参数已知的双回线测距原理，得到含已知线路参数的单线双端故障距离表达式及双回线双端故障距离表达式；
步骤(5)、分别针对步骤(4)中的单线双端故障距离表达式及双回线双端故障距离表达式，将线路参数作为未知量，对含故障距离和线路参数两个未知量的测距方程，消除线路参数未知量构造简易测距方程；
步骤(6)、考虑所需电压、电流电气量，得到同时采用电压、电流计算的单线双端测距方程；或仅采用电流计算的单线双端测距方程，避免电压互感器传变特性影响；或仅采用电压计算的单线双端测距方程，避免电流互感器饱和影响；
步骤(7)、考虑所需电压、电流电气量，得到同时采用电压、电流计算的双回线双端测距方程；或仅采用电流计算的双回线双端测距方程，避免电压互感器传变特性影响；或仅采用电压计算的双回线双端测距方程，避免电流互感器饱和影响；
步骤(8)、为了保证线路保护能够自适应地构建双回线不同运行方式下的测距方案，双回线路保护之间需要传递本线当前的运行状态，通过识别断路器的位置来判别是否处于运行状态或检修状态，将判别的状态发送给邻线的线路保护装置；
步骤(9)、确定选择何种测距方式，若一回线运行、一回线检修，则采用单线双端测距方式，若两回线路均正常运行，则采用双回线双端测距方式；
步骤(10)、根据选定的测距方式完成精确故障测距。
进一步的，所述步骤(2)中的单线测距模型包括集中参数单线测距模型和分布参数单线测距模型。
进一步的，所述集中参数单线测距模型线路接于M侧与N侧之间，故障点F与已知始端M侧的距离为x，线路全长为l，其单位长度阻抗为Z，已知始端M侧电压UM，始端M侧电流IM，末端N侧电压UN，末端N侧电流IN，从始端M侧推算至故障点F处的电压UFM＝UM-xIMZ，从末端N侧推算至故障点F处的电压UFN＝UN-IN(I-x)Z，不考虑两侧数据采集失步问题，在故障点依据电压相等原理UFM＝UFN，得到测距方程F(x)＝0，该测距方程为简易的一元方程，求解得故障距离x与两端电气量UM、IM、UN、IN和线路基本参数l、Z的关系。
进一步的，所述分布参数单线测距模型线路传播常数为γ，波阻抗为ZC，依据均匀传输线方程，始端M侧推算至故障点F处的电压UFM＝UMchγx-ZCIMshγx，末端N侧推算至故障点F处的电压UFN＝UNchγ(l-x)-ZCINshγ(l-x)，通过故障点等电压原理，在故障点F处恒满足UFM＝UFN，得到测距方程F(x)＝0，求解该方程的未知量x，得到测距结果与始末端电压电流UM、IM、UN、IN、线路长度l、特性阻抗ZC和传播常数γ的关系。
进一步的，所述步骤(3)中的双回线双端测距模型同杆双回线Ⅰ、Ⅱ连接于母线M和母线N之间，对Ⅰ、Ⅱ回线路分别用两侧电压电流表示出在故障情况下的母线M与母线N之间压降的方程，通过分析比较可以整理得到不含线路单位长度阻抗Z的简易测距方程F(x)＝0，且故障距离仅与两侧双回线的电流有关。
进一步的，所述步骤(5)中的消除线路参数未知量构造简易测距方程采用正负序分量法、共轭法或者基于电路叠加定理的故障分量法。
进一步的，正负序分量法包括对于输电线路的正序和负序等值电路，分别得到F1(x,y)＝0和F2(x,y)＝0两个方程，对方程组构造出关于x的简单方程F(x)＝0或关于y的简单方程F(y)＝0，可以求得故障距离x。
进一步的，共轭法包括对含未知数的复数方程F(x,y)＝0等号两侧同时取共轭复数，此时，构造出新方程F*(x，y)＝0，通过联立原复数方程和新方程求解x和y。
进一步的，基于电路叠加定理的故障分量法包括对线性电路采用电路叠加定理进行计算，线路发生故障后，其故障等值电路等效为正常状态等值网络和故障分量等值网络的叠加，在全电量和故障分量作用下分别列出测距方程F(x,y)＝0和ΔF(x,y)＝0，联立两个方程求解得到x，即实现故障距离求解，且计算过程中线路基本参数保持不变，有利于构造简易的测距方程。
附图说明
图1为本发明同杆双回线精确故障测距方法的集中参数单线故障模型；
图2为本发明同杆双回线精确故障测距方法的分布参数单线故障模型；
图3为本发明同杆双回线精确故障测距方法的双回线故障模型；
图4为本发明双回线故障等值电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种不依赖于线路参数的同杆双回线精确故障测距方法的具体实施方式做详细阐述。
本发明不依赖于线路参数的同杆双回线精确故障测距方法具体包括如下步骤：
步骤(1)、确定发生故障时故障距离与线路两端电压、电流的关系，确定不同运行方式下发生不同类型故障对线路模型的影响及对构造测距方程的影响；
步骤(2)、确定采用线模变换解耦后的单线表示双回线的双端法测距模型；
步骤(3)、确定采用双线表示双回线的双端法测距模型；
步骤(4)、根据线路参数已知的双回线测距原理，得到含已知线路参数的单线双端故障距离表达式及双回线双端故障距离表达式；
步骤(5)、分别针对步骤(4)中的单线双端故障距离表达式及双回线双端故障距离表达式，将线路参数作为未知量，对含故障距离和线路参数两个未知量的测距方程，消除线路参数未知量构造简易测距方程；
步骤(6)、考虑所需电压、电流电气量，得到同时采用电压、电流计算的单线双端测距方程；或仅采用电流计算的单线双端测距方程，避免电压互感器传变特性影响；或仅采用电压计算的单线双端测距方程，避免电流互感器饱和影响；
步骤(7)、考虑所需电压、电流电气量，得到同时采用电压、电流计算的双回线双端测距方程；或仅采用电流计算的双回线双端测距方程，避免电压互感器传变特性影响；或仅采用电压计算的双回线双端测距方程，避免电流互感器饱和影响；
步骤(8)、为了保证线路保护能够自适应地构建双回线不同运行方式下的测距方案，双回线路保护之间需要传递本线当前的运行状态，通过识别断路器的位置来判别是否处于运行状态或检修状态，将判别的状态发送给邻线的线路保护装置；
步骤(9)、确定选择何种测距方式，若一回线运行、一回线检修，则采用单线双端测距方式，若两回线路均正常运行，则采用双回线双端测距方式；
步骤(10)、根据选定的测距方式完成精确故障测距。
所述步骤(2)中的单线测距模型包括集中参数单线测距模型和分布参数单线测距模型。
如图1所示，所述集中参数单线测距模型线路接于M侧与N侧之间，故障点F与已知始端M侧的距离为x，线路全长为l，其单位长度阻抗为Z，已知始端M侧电压UM，始端M侧电流IM，末端N侧电压UN，末端N侧电流IN，从始端M侧推算至故障点F处的电压UFM＝UM-xIMZ，从末端N侧推算至故障点F处的电压UFN＝UN-IN(l-x)Z，不考虑两侧数据采集失步问题，在故障点依据电压相等原理UFM＝UFN，得到测距方程F(x)＝0，该测距方程为简易的一元方程，求解得故障距离x与两端电气量UM、IM、UN、IN和线路基本参数l、Z的关系。
如图2所示，所述分布参数单线测距模型线路传播常数为γ，波阻抗为ZC，依据均匀传输线方程，始端M侧推算至故障点F处的电压UFM＝UMchγx-ZCIMshγx，末端N侧推算至故障点F处的电压UFN＝UNchγ(l-x)-ZCINshγ(l-x)，通过故障点等电压原理，在故障点F处恒满足UFM＝UFN，得到测距方程F(x)＝0，求解该方程的未知量x，得到测距结果与始末端电压电流UM、IM、UN、IN、线路长度l、特性阻抗ZC和传播常数γ的关系。
如图3-4所示，所述步骤(3)中的双回线双端测距模型同杆双回线Ⅰ、Ⅱ连接于母线M和母线N之间，对Ⅰ、Ⅱ回线路分别用两侧电压电流表示出在故障情况下的母线M与母线N之间压降的方程，通过分析比较可以整理得到不含线路单位长度阻抗Z的简易测距方程F(x)＝0，且故障距离仅与两侧双回线的电流有关。
所述步骤(5)中的消除线路参数未知量构造简易测距方程采用正负序分量法、共轭法或者基于电路叠加定理的故障分量法。
正负序分量法包括对于输电线路的正序和负序等值电路，分别得到F1(x,y)＝0和F2(x,y)＝0两个方程，对方程组构造出关于x的简单方程F(x)＝0或关于y的简单方程F(y)＝0，可以求得故障距离x。
共轭法包括对含未知数的复数方程F(x,y)＝0等号两侧同时取共轭复数，此时，构造出新方程F*(x，y)＝0，通过联立原复数方程和新方程求解x和y。
基于电路叠加定理的故障分量法包括对线性电路采用电路叠加定理进行计算，线路发生故障后，其故障等值电路等效为正常状态等值网络和故障分量等值网络的叠加，在全电量和故障分量作用下分别列出测距方程F(x,y)＝0和ΔF(x,y)＝0，联立两个方程求解得到x，即实现故障距离求解，且计算过程中线路基本参数保持不变，有利于构造简易的测距方程。
最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
Claims (9)
1.一种不依赖于线路参数的同杆双回线精确故障测距方法，其特征在于，所述不依赖于线路参数的同杆双回线精确故障测距方法具体包括如下步骤：
步骤(1)、确定发生故障时故障距离与线路两端电压、电流的关系，确定不同运行方式下发生不同类型故障对线路模型的影响及对构造测距方程的影响；
步骤(2)、确定采用线模变换解耦后的单线表示双回线的双端法测距模型；
步骤(3)、确定采用双线表示双回线的双端法测距模型；
步骤(4)、根据线路参数已知的双回线测距原理，得到含已知线路参数的单线双端故障距离表达式及双回线双端故障距离表达式；
步骤(5)、分别针对步骤(4)中的单线双端故障距离表达式及双回线双端故障距离表达式，将线路参数作为未知量，对含故障距离和线路参数两个未知量的测距方程，消除线路参数未知量构造简易测距方程；
步骤(6)、考虑所需电压、电流电气量，得到同时采用电压、电流计算的单线双端测距方程；或仅采用电流计算的单线双端测距方程，避免电压互感器传变特性影响；或仅采用电压计算的单线双端测距方程，避免电流互感器饱和影响；
步骤(7)、考虑所需电压、电流电气量，得到同时采用电压、电流计算的双回线双端测距方程；或仅采用电流计算的双回线双端测距方程，避免电压互感器传变特性影响；或仅采用电压计算的双回线双端测距方程，避免电流互感器饱和影响；
步骤(8)、为了保证线路保护能够自适应地构建双回线不同运行方式下的测距方案，双回线路保护之间需要传递本线当前的运行状态，通过识别断路器的位置来判别是否处于运行状态或检修状态，将判别的状态发送给邻线的线路保护装置；
步骤(9)、确定选择何种测距方式，若一回线运行、一回线检修，则采用单线双端测距方式，若两回线路均正常运行，则采用双回线双端测距方式；
步骤(10)、根据选定的测距方式完成精确故障测距。
2.根据权利要求1所述的一种不依赖于线路参数的同杆双回线精确故障测距方法，其特征在于，所述步骤(2)中的单线测距模型包括集中参数单线测距模型和分布参数单线测距模型。
3.根据权利要求2所述的一种不依赖于线路参数的同杆双回线精确故障测距方法，其特征在于，所述集中参数单线测距模型线路接于M侧与N侧之间，故障点F与已知始端M侧的距离为x，线路全长为l，其单位长度阻抗为Z，已知始端M侧电压UM，始端M侧电流IM，末端N侧电压UN，末端N侧电流IN，从始端M侧推算至故障点F处的电压UFM＝UM-xIMZ，从末端N侧推算至故障点F处的电压UFN＝UN-IN(l-x)Z，不考虑两侧数据采集失步问题，在故障点依据电压相等原理UFM＝UFN，得到测距方程F(x)＝0，该测距方程为简易的一元方程，求解得故障距离x与两端电气量UM、IM、UN、IN和线路基本参数l、Z的关系。
4.根据权利要求2所述的一种不依赖于线路参数的同杆双回线精确故障测距方法，其特征在于，所述分布参数单线测距模型线路传播常数为γ，波阻抗为ZC，依据均匀传输线方程，始端M侧推算至故障点F处的电压UFM＝UMchγx-ZCIMshγx，末端N侧推算至故障点F处的电压UFN＝UNchγ(1-x)-ZCINshγ(1-x)，通过故障点等电压原理，在故障点F处恒满足UFM＝UFN，得到测距方程F(x)＝0，求解该方程的未知量x，得到测距结果与始末端电压电流UM、IM、UN、IN、线路长度l、特性阻抗ZC和传播常数γ的关系。
5.根据权利要求1所述的一种不依赖于线路参数的同杆双回线精确故障测距方法，其特征在于，所述步骤(3)中的双回线双端测距模型同杆双回线Ⅰ、Ⅱ连接于母线M和母线N之间，对Ⅰ、Ⅱ回线路分别用两侧电压电流表示出在故障情况下的母线M与母线N之间压降的方程，通过分析比较可以整理得到不含线路单位长度阻抗Z的简易测距方程F(x)＝0，且故障距离仅与两侧双回线的电流有关。
6.根据权利要求1所述的一种不依赖于线路参数的同杆双回线精确故障测距方法，其特征在于，所述步骤(5)中的消除线路参数未知量构造简易测距方程采用正负序分量法、共轭法或者基于电路叠加定理的故障分量法。
7.根据权利要求6所述的一种不依赖于线路参数的同杆双回线精确故障测距方法，其特征在于，正负序分量法包括对于输电线路的正序和负序等值电路，分别得到F1(x,y)＝0和F2(x,y)＝0两个方程，对方程组构造出关于x的简单方程F(x)＝0或关于y的简单方程F(y)＝0，可以求得故障距离x。
8.根据权利要求6所述的一种不依赖于线路参数的同杆双回线精确故障测距方法，其特征在于，共轭法包括对含未知数的复数方程F(x,y)＝0等号两侧同时取共轭复数，此时，构造出新方程F*(x，y)＝0，通过联立原复数方程和新方程求解x和y。
9.根据权利要求6所述的一种不依赖于线路参数的同杆双回线精确故障测距方法，其特征在于，基于电路叠加定理的故障分量法包括对线性电路采用电路叠加定理进行计算，线路发生故障后，其故障等值电路等效为正常状态等值网络和故障分量等值网络的叠加，在全电量和故障分量作用下分别列出测距方程F(x,y)＝0和ΔF(x,y)＝0，联立两个方程求解得到x，即实现故障距离求解，且计算过程中线路基本参数保持不变，有利于构造简易的测距方程。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190219 |