CN110456219A - 一种配电线路短路故障电压暂降程度的评估方法 - Google Patents

一种配电线路短路故障电压暂降程度的评估方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110456219A
CN110456219A CN201910739913.8A CN201910739913A CN110456219A CN 110456219 A CN110456219 A CN 110456219A CN 201910739913 A CN201910739913 A CN 201910739913A CN 110456219 A CN110456219 A CN 110456219A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
angle
bus
impedance
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910739913.8A
Other languages
English (en)
Inventor
郭亮
周求宽
徐在德
李升健
邓才波
李琼
范瑞祥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Jiangxi Electric Power Co Ltd
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Jiangxi Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Corp of China SGCC, Electric Power Research Institute of State Grid Jiangxi Electric Power Co Ltd filed Critical State Grid Corp of China SGCC
Priority to CN201910739913.8A priority Critical patent/CN110456219A/zh
Publication of CN110456219A publication Critical patent/CN110456219A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/081—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors
    • G01R31/085—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors in power transmission or distribution lines, e.g. overhead
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/088—Aspects of digital computing

Abstract

本发明公开了一种配电线路短路故障电压暂降程度的评估方法，步骤如下：A.获取配电线路所在10kV母线的系统阻抗；B.获取配电线路短路故障的类型和短路电流大小；C.分两相短路和三相短路两种情况分别对电压暂降程度进行评估；D.得到评估结果。本发明能同时充分考虑到配电线路自身的特点，通过短路类型和短路电流大小结合配电线路导线型号和系统阻抗等信息，评估配电线路不同类型故障导致的10kV母线电压暂降程度。本发明能对配电线路故障引起母线电压暂降的程度提供较为精确的估计结果，同时结合典型参数，计算典型数据供查表或绘制便利和直观的图形，为电力相关技术部门提供重要参考信息，有助于开展针对性的处理措施，提升处理措施的精准性和有效性。

Description

一种配电线路短路故障电压暂降程度的评估方法
技术领域
本发明涉及配电网技术领域，尤其是涉及一种配电线路短路故障电压暂降程度的评估方法。
背景技术
10kV配电线路发生故障过程中，配电线路上的故障电流较负荷电流瞬间增大许多，同时10kV母线电压发生暂降，使与故障线路接于同一母线上的其他线路的用户感受到电压暂降。随着工业和技术的发展，越来越多的用电设备对于电压暂降较为敏感，在电压暂降现象发生时，会出现停机现象，影响居民日常生活，使工业生产过程中断，甚至产生较大经济损失。因此掌握配电线路短路故障的电压暂降程度对于了解电压暂降程度，有助于技术人员对电压暂降的基本情况有总体把握，有助于针对性地采取相应措施开展工作。
根据电力系统运行规律，电力系统故障时电压决定于故障电流大小、故障点与电源点之间的阻抗大小、故障时过渡电阻大小等参数，根据这个原理和电力系统故障原理，可以求算任意故障时的10kV母线电压大小。现有情况，学界对配电线路的电压暂降程度的分析采用阻抗幅值近似分析方法，没有考虑阻抗角的影响，且没有分别对两相故障和三相故障进行考察，这种方法过于简单，使计算结果与电压暂降的实际情况产生较大偏差。如标准Q/GDW 1818-2013《电压暂降与短时中断评价方法》对于电压暂降幅值的计算主要简单地根据系统阻抗的比值进行计算，计算结果将与实际情况偏差较大。
发明内容
基于电力系统电网运行基本规律，本发明的目的在于提供一种配电线路短路故障电压暂降程度的评估方法，该评估方法能对配电线路故障引起母线电压暂降的程度提供较为精确的估计结果，同时结合典型参数，能计算典型数据供查表或绘制便利和直观的图形，为电力相关技术部门提供重要参考信息，有助于其开展针对性的处理措施，提升处理措施的精准性和有效性。
本发明的目的是这样实现的：
一种配电线路短路故障电压暂降程度的评估方法，特征是：配电线路发生故障，不同故障种类和故障程度引发的电压暂降程度也是不同的，为了能有效治理电压暂降现象，以有效减少电压暂降的危害，首先需要准确分析电压暂降的机理，对配电线路故障时电压暂降的程度进行有效地评估；
一、评估方法的步骤：
A.获取配电线路所在10kV母线的系统阻抗；
B.获取配电线路短路故障的类型和短路电流大小；
C.分两相短路和三相短路两种情况分别对电压暂降程度进行评估；
D.得到评估结果；
二、两相短路故障电压暂降程度评估方法：
如图2所示，配网线路故障时单相等效电路示意图，E为无穷大电源，E的电压大小折算到10kV侧为UN＝10.5kV，ZM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗，记为ZM＝RM+jXM，(其中RM为系统阻抗的电阻分量，XM为系统阻抗的电抗分量)；Zl为10kV母线至故障点处的线路阻抗，记为Zl＝Rl+jXl，(其中Rl线路电阻，Xl为线路电抗)。
当配电线路发生两相短路时，取额定电压的相角与的相角相同，均为0度，两相短路电流为：
式中，RG为过渡电阻，Z为无穷远处之故障点的总阻抗值，角度α是故障电流与额定电压向量之间的夹角，角度α的值决定于无穷远电源至故障点处的电抗与电阻之比，即：
发生相间短路时，非故障相的相电压与故障前相同，故障相的相电压大小为非故障相的一半，方向与非故障相的相电压相反，以BC两相的相间短路为例，则故障时故障点的A相、B相、C相电压分别为：
式中，为额定电压，取相角与相同为0度；
故障过程中，10kV母线与故障点之间的B相电压降为：
10kV母线与故障点之间的C相电压降为：
式中，IK(2)为两相短路电流幅值，Rl为10kV母线至故障点处的线路阻抗的电阻分量，Xl为10kV母线至故障点处的线路阻抗的电抗分量，RG为过渡电阻，β是母线至故障点间阻抗的阻抗角的余角，即：
式中，RG为过渡电阻；
从而求得母线处的B相电压为：
式中，γ为母线处的B相电压与故障点的B相电压的夹角，即：
母线处的C相电压为：
式中，角度α是故障电流与额定电压向量之间的夹角，β是母线至故障点间阻抗的阻抗角的余角，δ为母线处的C相电压与故障点的C相电压的夹角的补角，即：
从式(3)和式(4)可以看出，在故障电流已知的情况下，故障时母线处的B相电压幅值UMB和C相电压幅值UMC与故障电流与额定电压向量之间的夹角α和母线至故障点间阻抗的阻抗角的余角β紧密相关。
在此基础上，通过最小化方法，可得当两相短路为金属性短路时，此时故障点的过渡电阻RG＝0，故障相即B相和C相母线处电的压分别达到最小值，即：
式中，UN为额定电压幅值，即10500V；IK(2)为两相短路电流幅值，通过保护装置信息获得该值；角度α1是过渡电阻为0时故障电流与额定电压向量之间的夹角，即：
角度β1是过渡电阻为0时母线至故障点间阻抗的阻抗角的余角，根据导线型号可查询其参数得到，即：
Zl为10kV母线至故障点处的线路阻抗，计算方法为：
上式中，ZM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗，通过调度系统查询得到。
三、三相短路故障电压暂降程度评估方法：
1、10kV线路故障等效电路分析：
参考图4，三相短路时故障电流IK为：
ZM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗，RM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗的电阻分量，XM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗的电抗分量，记为ZM＝RM+jXM，Zl为10kV母线至故障点处的线路阻抗，Rl为10kV母线至故障点处的线路阻抗的电阻分量，Xl为10kV母线至故障点处的线路阻抗的电抗分量，记为Zl＝Rl+jXl，RG为过渡电阻，Z总为无穷大电源至故障点处的总阻抗，角度θ是故障电流向量与同相额定电压向量之间的夹角，角度θ的值决定于无穷远电源至故障点处的电抗与电阻之比，即：
故障时无穷远处至10kV母线处的电压降记为UJ，故障时10kV母线处电压记为UMX，同相的各电压向量图如图4。
图4中，为故障时10kV母线处电压向量，角度为电压降向量与额定电压向量的夹角，角度θ为故障电流向量落后于额定电压向量的角度，角度δ为电压降向量与其电抗分量的夹角，即：
式中，RM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗的电阻分量，XM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗的电抗分量。由图4可知，故障时10kV母线处的电压UMX为：
式中，UN为配网线路的额定电压，即10.5kV，UJ为无穷远处至10kV母线处的电压降，角度为电压降向量与额定电压向量的夹角。电压降UJ的是与故障电流在系统阻抗上引起的电压降，即：
上式中，ZM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗，IK为三相短路电流值。
2、三相短路时10kV线路故障时母线电压达到最小的条件：
显然，在故障电流IK确定的情况下，电压降UJ大小是一定的，而电压降向量与额定电压向量的夹角是可能变化的，由式(3)可知，当角为最小时，母线处电压UMX为最小。由图4可知，该角度角度θ及角度δ之和为90度，即：
式(5)表明，角最小与系统阻抗、线路阻抗及过渡电阻RG密切相关，对于某一线路在某处发生的故障而言，系统阻抗和线路阻抗是固定的，唯一可能变化的是过渡电阻，由式(5)可知，当RG＝0时，式(5)达到最小值，此时，母线处电压最小。因此当故障发生时的过渡电阻为0时，即线路发生的是金属性故障时，角度达到最小值即：
此时母线处电压最小。
根据电网实际情况，由于10kV电压等级中，由于系统阻抗的电阻远小于电抗，即RM<<XM，此时下面的近似关系式成立：
即XM+Xl＝tRl，所以无穷大电源至故障点处的总阻抗Z总为：
另外对于任一导线，该导线的电抗与电阻之间的比例基本固定，记为：
Xl＝λRl
根据以上各式，可以求得比值为：
故障点阻抗的电抗与电阻分量之比表示为故障点总阻抗Z总、导线电抗与电阻之比λ以及系统阻抗电抗XM的函数；在配电线路三相故障发生后，故障电流从保护装置的记录上获得，从而计算得到故障点总阻抗Z总，导线电抗与电阻之比λ以及系统阻抗电抗XM的值均根据现有条件直接获得，因此上式给出了根据故障电流信息和电网信息求得金属性三相短路故障时的故障点阻抗电抗与电阻分量之比的方法。
在此基础上，求得线路发生金属性故障时，电压降向量与额定电压向量的夹角达到的最小值即：
式中，XM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗的电抗分量，RM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗的电阻分量，t为故障点总阻抗的电抗与电阻之比，由式(7)计算得到，从而求得故障电流为IK时的最小的母线电压值UMXmin为：
式中，UN为10kV系统额定电压，UN＝10.5kV，ZM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗，为IK为三相短路电流值，角度为电压降向量与额定电压向量的夹角的最小值，由式(8)计算得到。
综上可知，在配电线路发生故障后，可获知故障电流的情况下，根据电力系统的阻抗、故障电流大小以及导线的电抗与电阻之比λ，根据公式(9)就能求得母线电压最小值。
3、各类变电站配电线路三相短路故障时10kV母线电压评估：
对于同一个变电站的某一线路，变电站10kV母线处的系统阻抗和线路相关信息是确定的，因此能根据变电站的信息和导线的信息，预求算出不同变电站、不同导线型号、不同短路电流时的故障时10kV母线电压能达到的最低值，从而为电压暂降治理提供有效信息。
本发明能同时充分考虑到配电线路自身的特点，通过短路类型和短路电流大小结合配电线路导线型号和系统阻抗等信息，评估配电线路不同类型故障导致的10kV母线电压暂降程度。因此，本发明能对配电线路故障引起母线电压暂降的程度提供较为精确的估计结果，同时结合典型参数，能计算典型数据供查表或绘制便利和直观的图形，为电力相关技术部门提供重要参考信息，有助于其开展针对性的处理措施，提升处理措施的精准性和有效性。
附图说明
图1为配电线路短路故障引发电压暂降程度的评估流程示意图；
图2为配电线路故障时单相等效电路的示意图；
图3为配电线路两相短路故障时电压向量关系的示意图；
图4为配电线路三相短路故障时电压向量关系的示意图；
图5为系统阻抗0.2～0.8欧在300电缆线路下母线故障电压变化的示意图；
图6为系统阻抗1.0～2.0欧在LGJ-240导线下母线故障电压变化的示意图；
图7为系统阻抗1.0～2.0欧在LGJ-240与绝缘铝120导线下母线故障电压变化对比图。
具体实施方式
下面对照实施例对本发明作进一步的说明。
一种配电线路短路故障电压暂降程度的评估方法，配电线路发生故障，不同故障种类和故障程度引发的电压暂降程度也是不同的，为了能有效治理电压暂降现象，以有效减少电压暂降的危害，首先需要准确分析电压暂降的机理，对配电线路故障时电压暂降的程度进行有效地评估；
一、评估方法的步骤：
A.获取配电线路所在10kV母线的系统阻抗；
B.获取配电线路短路故障的类型和短路电流大小；
C.分两相短路和三相短路两种情况分别对电压暂降程度进行评估；
D.得到评估结果；
二、两相短路故障电压暂降程度评估方法：
如图2所示，配网线路故障时单相等效电路示意图，E为无穷大电源，E的电压大小折算到10kV侧为UN＝10.5kV，ZM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗，记为ZM＝RM+jXM，(其中RM为系统阻抗的电阻分量，XM为系统阻抗的电抗分量)；Zl为10kV母线至故障点处的线路阻抗，记为Zl＝Rl+jXl，(其中Rl线路电阻，Xl为线路电抗)。
当配电线路发生两相短路时，取额定电压的相角与的相角相同，均为0度，两相短路电流为：
式中，RG为过渡电阻，Z为无穷远处之故障点的总阻抗值，角度α是故障电流与额定电压向量之间的夹角，角度α的值决定于无穷远电源至故障点处的电抗与电阻之比，即：
发生相间短路时，非故障相的相电压与故障前相同，故障相的相电压大小为非故障相的一半，方向与非故障相的相电压相反，以BC两相的相间短路为例，则故障时故障点的A相、B相、C相电压分别为：
式中，为额定电压，取相角与相同为0度；
故障过程中，10kV母线与故障点之间的B相电压降为：
10kV母线与故障点之间的C相电压降为：
式中，IK(2)为两相短路电流幅值，Rl为10kV母线至故障点处的线路阻抗的电阻分量，Xl为10kV母线至故障点处的线路阻抗的电抗分量，RG为过渡电阻，β是母线至故障点间阻抗的阻抗角的余角，即：
式中，RG为过渡电阻；
从而求得母线处的B相电压为：
式中，γ为母线处的B相电压与故障点的B相电压的夹角，即：
母线处的C相电压为：
式中，角度α是故障电流与额定电压向量之间的夹角，β是母线至故障点间阻抗的阻抗角的余角，δ为母线处的C相电压与故障点的C相电压的夹角的补角，即：
从式(3)和式(4)可以看出，在故障电流已知的情况下，故障时母线处的B相电压幅值UMB和C相电压幅值UMC与故障电流与额定电压向量之间的夹角α和母线至故障点间阻抗的阻抗角的余角β紧密相关。
在此基础上，通过最小化方法，可得当两相短路为金属性短路时，此时故障点的过渡电阻RG＝0，故障相即B相和C相母线处电的压分别达到最小值，即：
式中，UN为额定电压幅值，即10500V；IK(2)为两相短路电流幅值，通过保护装置信息获得该值；角度α1是过渡电阻为0时故障电流与额定电压向量之间的夹角，即：
角度β1是过渡电阻为0时母线至故障点间阻抗的阻抗角的余角，根据导线型号可查询其参数得到，即：
Zl为10kV母线至故障点处的线路阻抗，计算方法为：
上式中，ZM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗，通过调度系统查询得到。
三、三相短路故障电压暂降程度评估方法：
1、10kV线路故障等效电路分析：
参考图4，三相短路时故障电流IK为：
ZM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗，RM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗的电阻分量，XM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗的电抗分量，记为ZM＝RM+jXM，Zl为10kV母线至故障点处的线路阻抗，Rl为10kV母线至故障点处的线路阻抗的电阻分量，Xl为10kV母线至故障点处的线路阻抗的电抗分量，记为Zl＝Rl+jXl，RG为过渡电阻，Z总为无穷大电源至故障点处的总阻抗，角度θ是故障电流向量与同相额定电压向量之间的夹角，角度θ的值决定于无穷远电源至故障点处的电抗与电阻之比，即：
故障时无穷远处至10kV母线处的电压降记为UJ，故障时10kV母线处电压记为UMX，同相的各电压向量图如图4。
图4中，为故障时10kV母线处电压向量，角度为电压降向量与额定电压向量的夹角，角度θ为故障电流向量落后于额定电压向量的角度，角度δ为电压降向量与其电抗分量的夹角，即：
式中，RM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗的电阻分量，XM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗的电抗分量。由图4可知，故障时10kV母线处的电压UMX为：
式中，UN为配网线路的额定电压，即10.5kV，UJ为无穷远处至10kV母线处的电压降，角度为电压降向量与额定电压向量的夹角。电压降UJ的是与故障电流在系统阻抗上引起的电压降，即：
上式中，ZM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗，IK为三相短路电流值。
2、三相短路时10kV线路故障时母线电压达到最小的条件：
显然，在故障电流IK确定的情况下，电压降UJ大小是一定的，而电压降向量与额定电压向量的夹角是可能变化的，由式(3)可知，当角为最小时，母线处电压UMX为最小。由图4可知，该角度角度θ及角度δ之和为90度，即：
式(5)表明，角最小与系统阻抗、线路阻抗及过渡电阻RG密切相关，对于某一线路在某处发生的故障而言，系统阻抗和线路阻抗是固定的，唯一可能变化的是过渡电阻，由式(5)可知，当RG＝0时，式(5)达到最小值，此时，母线处电压最小。因此当故障发生时的过渡电阻为0时，即线路发生的是金属性故障时，角度达到最小值即：
此时母线处电压最小。
根据电网实际情况，由于10kV电压等级中，由于系统阻抗的电阻远小于电抗，即RM<<XM，此时下面的近似关系式成立：
即XM+Xl＝tRl，所以无穷大电源至故障点处的总阻抗Z总为：
另外对于任一导线，该导线的电抗与电阻之间的比例基本固定，记为：
Xl＝λRl
根据以上各式，可以求得比值为：
故障点阻抗的电抗与电阻分量之比表示为故障点总阻抗Z总、导线电抗与电阻之比λ以及系统阻抗电抗XM的函数。在配电线路三相故障发生后，故障电流从保护装置的记录上获得，从而计算得到故障点总阻抗Z总，导线电抗与电阻之比λ以及系统阻抗电抗XM的值均根据现有条件直接获得，因此上式给出了根据故障电流信息和电网信息求得金属性三相短路故障时的故障点阻抗电抗与电阻分量之比的方法。
在此基础上，求得线路发生金属性故障时，电压降向量与额定电压向量的夹角达到的最小值即：
式中，XM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗的电抗分量，RM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗的电阻分量，t为故障点总阻抗的电抗与电阻之比，由式(7)计算得到，从而求得故障电流为IK时的最小的母线电压值UMXmin为：
式中，UN为10kV系统额定电压，UN＝10.5kV，ZM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗，为IK为三相短路电流值，角度为电压降向量与额定电压向量的夹角的最小值，由式(8)计算得到。
综上可知，在配电线路发生故障后，可获知故障电流的情况下，根据电力系统的阻抗、故障电流大小以及导线的电抗与电阻之比λ，根据公式(9)就能求得母线电压最小值。
3、各类变电站配电线路三相短路故障时10kV母线电压评估：
对于同一个变电站的某一线路，变电站10kV母线处系统的阻抗和线路相关信息是确定的，因此能根据变电站的信息和导线的信息，预求算出不同变电站、不同导线型号、不同短路电流时的故障时10kV母线电压能达到的最低值，从而为电压暂降治理提供有效信息。
根据运行经验，江西省变电站系统的阻抗具有以下显著特点：110kV变电站的系统阻抗为0.2～0.8Ω，阻抗角度为88度；35kV的系统阻抗为1.0～2.0Ω，阻抗角度为85度。
通过电气手册，很容易查询到各类导线单位长度的电阻值、电抗值，从而求得电抗与电阻之比λ，表1为部分常用导线的电抗电阻比。
表1 部分导线的单位电阻和电抗列表
下面利用Matlab求算各类导线的配电线路在不同情况下的故障电压值。由于电缆在110kV/220kV变电站的10kV配电线路使用较多，这类变电站的系统阻抗大小多位于0.2～0.8欧范围内，当某线路采用YJV-300型导线时，对每个系统阻抗大小在不同的短路电流时的母线电压最小电压计算绘制成三维图如图5所示。
从图5可以看到，在相同大小的短路电流下，系统阻抗越大，母线电压就越小；在同一系统阻抗时，母线电压的大小随故障电流的增大而减小。当系统阻抗为0.8欧时，故障电流为7500A左右时，能使母线电压降低至接近0，此时相当于在母线附近发生了三相短路。
在35kV的变电站中，10kV配电线路多为架空线路，这类变电站的系统阻抗大小多位于1.0-2.0欧范围内，当某线路采用LGJ-240型钢芯铝绞线时，对每个系统阻抗大小在不同的短路电流时的母线电压最小电压计算绘制成三维图如图6所示。
从图6可以看到，故障时母线电压呈现类似变化规律。在相同大小的短路电流下，系统阻抗越大，母线电压就越小；在同一系统阻抗时，母线电压大小随故障电流增大而减小。当系统阻抗为2欧时，故障电流为3000A左右时，能使母线电压降低至接近0，此时相当于在母线附近发生了三相短路。
同时，当同一变电站的10kV出线线路采用不同的导线时，故障母线电压呈现一些不同，如图7所示。
从图7可以看到，在LGJ-240与绝缘铝120导线在同样大小的短路电流时，LGJ-240线路的故障母线电压更小，但不同的导线在母线电压为0时对应的故障电流相同。

Claims (2)

1.一种配电线路短路故障电压暂降程度的评估方法，其特征在于：配电线路发生故障，不同故障种类和故障程度引发的电压暂降程度也是不同的，为了能有效治理电压暂降现象，以有效减少电压暂降的危害，首先需要准确分析电压暂降的机理，对配电线路故障时电压暂降的程度进行有效地评估；具体步骤如下：
A.获取配电线路所在10kV母线的系统阻抗；
B.获取配电线路短路故障的类型和短路电流大小；
C.分两相短路和三相短路两种情况分别对电压暂降程度进行评估；
D.得到评估结果。
2.根据权利要求1所述的配电线路短路故障电压暂降程度的评估方法，其特征在于：
一、两相短路故障电压暂降程度评估方法：
无穷大电源E的电压大小折算到10kV侧为UN＝10.5kV，ZM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗，记为ZM＝RM+jXM，(其中RM为系统阻抗的电阻分量，XM为系统阻抗的电抗分量)；Zl为10kV母线至故障点处的线路阻抗，记为Zl＝Rl+jXl，(其中Rl线路电阻，Xl为线路电抗)；
当配电线路发生两相短路时，取额定电压的相角与的相角相同，均为0度，两相短路电流为：
式中，RG为过渡电阻，Z为无穷远处之故障点的总阻抗值，角度α是故障电流与额定电压向量之间的夹角，角度α的值决定于无穷远电源至故障点处的电抗与电阻之比，即：
发生相间短路时，非故障相的相电压与故障前相同，故障相的相电压大小为非故障相的一半，方向与非故障相的相电压相反，以BC两相的相间短路为例，则故障时故障点的A相、B相、C相电压分别为：
式中，为额定电压，取相角与相同为0度；
故障过程中，10kV母线与故障点之间的B相电压降为：
10kV母线与故障点之间的C相电压降为：
式中，IK(2)为两相短路电流幅值，Rl为10kV母线至故障点处的线路阻抗的电阻分量，Xl为10kV母线至故障点处的线路阻抗的电抗分量，RG为过渡电阻，β是母线至故障点间阻抗的阻抗角的余角，即：
式中，RG为过渡电阻；
从而求得母线处的B相电压为：
式中，γ为母线处的B相电压与故障点的B相电压的夹角，即：
母线处的C相电压为：
式中，角度α是故障电流与额定电压向量之间的夹角，β是母线至故障点间阻抗的阻抗角的余角，δ为母线处的C相电压与故障点的C相电压的夹角的补角，即：
从式(3)和式(4)可以看出，在故障电流已知的情况下，故障时母线处的B相电压幅值UMB和C相电压幅值UMC与故障电流与额定电压向量之间的夹角α和母线至故障点间阻抗的阻抗角的余角β紧密相关；
在此基础上，通过最小化方法，可得当两相短路为金属性短路时，此时故障点的过渡电阻RG＝0，故障相即B相和C相母线处电的压分别达到最小值，即：
式中，UN为额定电压幅值，即10500V；IK(2)为两相短路电流幅值，通过保护装置信息获得该值；角度α1是过渡电阻为0时故障电流与额定电压向量之间的夹角，即：
角度β1是过渡电阻为0时母线至故障点间阻抗的阻抗角的余角，根据导线型号可查询其参数得到，即：
Zl为10kV母线至故障点处的线路阻抗，计算方法为：
上式中，ZM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗，通过调度系统查询得到；
二、三相短路故障电压暂降程度评估方法：
A、10kV线路故障等效电路分析：
三相短路时故障电流IK为：
ZM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗，RM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗的电阻分量，XM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗的电抗分量，记为ZM＝RM+jXM，Zl为10kV母线至故障点处的线路阻抗，Rl为10kV母线至故障点处的线路阻抗的电阻分量，Xl为10kV母线至故障点处的线路阻抗的电抗分量，记为Zl＝Rl+jXl，RG为过渡电阻，Z总为无穷大电源至故障点处的总阻抗，角度θ是故障电流向量与同相额定电压向量之间的夹角，角度θ的值决定于无穷远电源至故障点处的电抗与电阻之比，即：
故障时无穷远处至10kV母线处的电压降记为UJ，故障时10kV母线处电压记为UMX；
为故障时10kV母线处电压向量，角度为电压降向量与额定电压向量的夹角，角度θ为故障电流向量落后于额定电压向量的角度，角度δ为电压降向量与其电抗分量的夹角，即：
式中，RM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗的电阻分量，XM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗的电抗分量；故障时10kV母线处的电压UMX为：
式中，UN为配网线路的额定电压，即10.5kV，UJ为无穷远处至10kV母线处的电压降，角度为电压降向量与额定电压向量的夹角；电压降UJ的是与故障电流在系统阻抗上引起的电压降，即：
上式中，ZM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗，IK为三相短路电流值；
B、三相短路时10kV线路故障时母线电压达到最小的条件：
显然，在故障电流IK确定的情况下，电压降UJ大小是一定的，而电压降向量与额定电压向量的夹角是可能变化的，由式(3)可知，当角为最小时，母线处电压UMX为最小；该角度角度θ及角度δ之和为90度，即：
式(5)表明，角最小与系统阻抗、线路阻抗及过渡电阻RG密切相关，对于某一线路在某处发生的故障而言，系统阻抗和线路阻抗是固定的，唯一可能变化的是过渡电阻，由式(5)可知，当RG＝0时，式(5)达到最小值，此时，母线处电压最小；因此当故障发生时的过渡电阻为0时，即线路发生的是金属性故障时，角度达到最小值即：
此时母线处电压最小；
根据电网实际情况，由于10kV电压等级中，由于系统阻抗的电阻远小于电抗，即RM<<XM，此时下面的近似关系式成立：
即XM+Xl＝tRl，所以无穷大电源至故障点处的总阻抗Z总为：
另外对于任一导线，该导线的电抗与电阻之间的比例基本固定，记为：
Xl＝λRl
根据以上各式，可以求得比值为：
故障点阻抗电抗与电阻分量之比表示为故障点总阻抗Z总、导线电抗与电阻之比λ以及系统阻抗电抗XM的函数；在配电线路三相故障发生后，故障电流从保护装置的记录上获得，从而计算得到故障点总阻抗Z总，导线电抗与电阻之比λ以及系统阻抗电抗XM的值均根据现有条件直接获得，因此上式给出了根据故障电流信息和电网信息求得金属性三相短路故障时的故障点阻抗电抗与电阻分量之比的方法；
在此基础上，求得线路发生金属性故障时，电压降向量与额定电压向量的夹角达到的最小值即：
式中，XM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗的电抗分量，RM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗的电阻分量，t为故障点总阻抗的电抗与电阻之比，由式(7)计算得到，从而求得故障电流为IK时的最小的母线电压值UMXmin为：
式中，UN为10kV系统额定电压，UN＝10.5kV，ZM为故障发生时10kV母线处的系统阻抗，为IK为三相短路电流值，角度为电压降向量与额定电压向量的夹角的最小值，由式(8)计算得到；
综上可知，在配电线路发生故障后，可获知故障电流的情况下，根据电力系统的阻抗、故障电流大小以及导线的电抗与电阻之比λ信息，根据公式(9)就能求得母线电压最小值；
C、各类变电站配电线路三相短路故障时10kV母线电压评估：
对于同一个变电站的某一线路，变电站10kV母线处的系统阻抗和线路相关信息是确定的，因此能根据变电站的信息和导线的信息，预求算出不同变电站、不同导线型号、不同短路电流时的故障时10kV母线电压能达到的最低值，从而为电压暂降治理提供有效信息。
CN201910739913.8A 2019-08-12 2019-08-12 一种配电线路短路故障电压暂降程度的评估方法 Pending CN110456219A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910739913.8A CN110456219A (zh) 2019-08-12 2019-08-12 一种配电线路短路故障电压暂降程度的评估方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910739913.8A CN110456219A (zh) 2019-08-12 2019-08-12 一种配电线路短路故障电压暂降程度的评估方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110456219A true CN110456219A (zh) 2019-11-15

Family

ID=68485959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910739913.8A Pending CN110456219A (zh) 2019-08-12 2019-08-12 一种配电线路短路故障电压暂降程度的评估方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110456219A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112345853A (zh) * 2020-10-30 2021-02-09 广东电网有限责任公司广州供电局 一种故障限流器对变电站母线电压暂降特性改善程度的评估方法
CN113312878A (zh) * 2021-06-24 2021-08-27 广东电网有限责任公司 柔直换流母线短路电流计算方法、装置、终端及介质
CN113514700A (zh) * 2021-04-15 2021-10-19 李冰鑫 基于实际故障信息的系统阻抗校核方法
CN114236310A (zh) * 2021-12-08 2022-03-25 深圳供电局有限公司 一种配电网电缆故障评估方法及系统
CN114578186A (zh) * 2022-02-28 2022-06-03 四川大学 一种基于伏安特性分析的电缆早期故障严重程度评价方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002323530A (ja) * 1992-06-30 2002-11-08 Toshiba Corp 事故点標定装置
CN103576053A (zh) * 2013-10-09 2014-02-12 国家电网公司 一种基于有限电能质量监测点的电压暂降源定位方法
CN103576048A (zh) * 2013-10-09 2014-02-12 国家电网公司 一种用于电压暂降源定位的可能故障线路集提取方法
CN104993711A (zh) * 2015-05-22 2015-10-21 国网河南省电力公司电力科学研究院 一种电压暂降过渡过程模拟装置及方法
CN105552938A (zh) * 2016-02-26 2016-05-04 中国电力科学研究院 一种三相不对称配电网络电压暂降评估方法
CN106372812A (zh) * 2016-09-23 2017-02-01 广东工业大学 一种电压暂降风险评估方法及系统
CN106483393A (zh) * 2015-08-24 2017-03-08 广州供电局有限公司 谐波和电压暂降监测点统一配置方法及系统
CN107994549A (zh) * 2017-12-20 2018-05-04 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 配网线路低压断路器欠电压保护延时时间的确定方法
CN108344943A (zh) * 2018-01-10 2018-07-31 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种dfig低电压穿越测试方法及装置
CN108896853A (zh) * 2018-08-09 2018-11-27 广州供电局有限公司 具有分布式电源的电网电压暂降频次评估方法及装置
CN109188138A (zh) * 2018-09-11 2019-01-11 广东电网有限责任公司 一种电压暂降频次评估方法及装置
CN109975653A (zh) * 2019-02-26 2019-07-05 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 一种10千伏配电线路故障测距方法
CN110034567A (zh) * 2019-05-15 2019-07-19 广东电网有限责任公司 基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002323530A (ja) * 1992-06-30 2002-11-08 Toshiba Corp 事故点標定装置
CN103576053A (zh) * 2013-10-09 2014-02-12 国家电网公司 一种基于有限电能质量监测点的电压暂降源定位方法
CN103576048A (zh) * 2013-10-09 2014-02-12 国家电网公司 一种用于电压暂降源定位的可能故障线路集提取方法
CN104993711A (zh) * 2015-05-22 2015-10-21 国网河南省电力公司电力科学研究院 一种电压暂降过渡过程模拟装置及方法
CN106483393A (zh) * 2015-08-24 2017-03-08 广州供电局有限公司 谐波和电压暂降监测点统一配置方法及系统
CN105552938A (zh) * 2016-02-26 2016-05-04 中国电力科学研究院 一种三相不对称配电网络电压暂降评估方法
CN106372812A (zh) * 2016-09-23 2017-02-01 广东工业大学 一种电压暂降风险评估方法及系统
CN107994549A (zh) * 2017-12-20 2018-05-04 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 配网线路低压断路器欠电压保护延时时间的确定方法
CN108344943A (zh) * 2018-01-10 2018-07-31 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种dfig低电压穿越测试方法及装置
CN108896853A (zh) * 2018-08-09 2018-11-27 广州供电局有限公司 具有分布式电源的电网电压暂降频次评估方法及装置
CN109188138A (zh) * 2018-09-11 2019-01-11 广东电网有限责任公司 一种电压暂降频次评估方法及装置
CN109975653A (zh) * 2019-02-26 2019-07-05 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 一种10千伏配电线路故障测距方法
CN110034567A (zh) * 2019-05-15 2019-07-19 广东电网有限责任公司 基于传播特性的配电网短路型电压暂降特征量计算方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHUNJU FAN: "Short-circuit current calculation method for partial coupling transmission lines under different voltage levels", 《ELECTRICAL POWER AND ENERGY SYSTEMS》 *
王金凤: "考虑电压暂降的配电网重构研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
郭亮: "一起10 kV母线电压波动引发配网台区停电故障原因分析", 《电网技术》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112345853A (zh) * 2020-10-30 2021-02-09 广东电网有限责任公司广州供电局 一种故障限流器对变电站母线电压暂降特性改善程度的评估方法
CN112345853B (zh) * 2020-10-30 2024-04-02 广东电网有限责任公司广州供电局 一种故障限流器对变电站母线电压暂降特性改善程度的评估方法
CN113514700A (zh) * 2021-04-15 2021-10-19 李冰鑫 基于实际故障信息的系统阻抗校核方法
CN113312878A (zh) * 2021-06-24 2021-08-27 广东电网有限责任公司 柔直换流母线短路电流计算方法、装置、终端及介质
CN113312878B (zh) * 2021-06-24 2023-02-24 广东电网有限责任公司 柔直换流母线短路电流计算方法、装置、终端及介质
CN114236310A (zh) * 2021-12-08 2022-03-25 深圳供电局有限公司 一种配电网电缆故障评估方法及系统
CN114578186A (zh) * 2022-02-28 2022-06-03 四川大学 一种基于伏安特性分析的电缆早期故障严重程度评价方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110456219A (zh) 一种配电线路短路故障电压暂降程度的评估方法
Bollen Method of critical distances for stochastic assessment of voltage sags
CN106154116B (zh) 一种配电网接地故障定位方法
CN110118913B (zh) 一种消弧线圈分散补偿配电网接地故障选线方法
CN109324269B (zh) 基于分布式测量的配电网单相断线故障辨识方法
CN104330669B (zh) 一种基于负荷矩的农村配电网低电压预警方法
CN109283431B (zh) 一种基于有限pmu的配电网故障区段定位方法
CN103444037A (zh) 用于传输线中故障识别的基于电压的方法及其设备
WO2019166903A1 (en) Method and device for fault location in a two-terminal transmission system
CN110221115B (zh) 单相接地电容电流的确定方法、装置和设备
Das et al. Distribution fault location using short-circuit fault current profile approach
CN108548999A (zh) 电缆绝缘状态评估方法
CN107516878B (zh) 间歇性高阻接地保护方法和系统
CN102969695A (zh) 中性点经小电阻接地方式时的接地预告方法
CN107991533A (zh) 基于单相电缆的电压相位定位方法
CN110716168A (zh) 一种行波测距装置性能检测的方法
CN109586254A (zh) 一种半周波电压暂态量的电压时间型馈线反向合闸闭锁方法
CN113156276B (zh) 开关设备母线交流耐压试验二次电压回路检查调试的方法
CN115877129A (zh) 一种基于电流和电压的低压配网中性线断线综合判定方法
CN112649694B (zh) 一种小电流接地系统单相接地故障的判定方法
Bao-Wei et al. Two-terminal fault location scheme based on distributed parameters of cable-overhead hybrid transmission line
Klapper et al. Reliability of transmission by means of line impedance and K-Factor measurement
CN112630686A (zh) 一种城轨中压系统单相接地故障线路识别方法及系统
Filomena et al. Extended impedance-based fault location formulation for unbalanced underground distribution systems
CN206960591U (zh) 一种接地故障相快速判断模块及消弧消谐装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20191115

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication