CN110514964B - 一种特高压直流输电系统接地极线路故障测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及特高压直流输电技术，具体涉及一种特高压直流输电系统接地极线路故障测距方法，包括以下步骤：基于阻抗分析法推导出过渡电阻的求解公式，确定故障发生后故障点过渡电阻的大小；利用回归分析法建立不同过渡电阻下故障位置与暂态过电压的函数关系式；故障时获取测量端暂态过电压并计算得出过渡电阻，将暂态过电压和过渡电阻代入函数关系式得出故障距离。该方法利用回归分析法建立了不同过渡电阻下故障位置与暂态过电压的函数关系式后，故障时可通过简单计算快速计算出故障距离且精度较高，提高了接地极线路故障清除效率。对于提高接地极系统运行的稳定性具有重要的实用价值。

Description

一种特高压直流输电系统接地极线路故障测距方法

技术领域

本发明属于特高压直流输电技术领域，尤其涉及一种特高压直流输电系统接地极线路故障测距方法。

背景技术

接地极是直流输电系统的重要组成部分。接地极线路不仅为不平衡电流提供通道；当直流输电系统某一极故障时还可与大地构成回路，确保直流输电系统以单极方式继续运行。故障发生时准确进行故障定位有利于快速清除故障，对于提高直流输电系统的运行可靠性，减少接地极系统停运造成的经济损失等均具有重要现实意义。

目前，接地极线路故障定位方法主要分为三大类：故障分析法、脉冲发射法和行波定位法。故障分析法通过在接地极首端测量故障前后电压和电流变化，结合接地极线路参数构建故障测距方程式完成故障测距。脉冲发射法需要装设附加保护装置，且操作步骤较为繁琐、易受输电线路自身干扰。行波定位法通过根据故障自身产生的行波进行故障定位，但接地极线路电气量数值较小导致行波检测困难，且受过渡电阻影响明显，进而造成测距误差较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用回归分析法建立故障位置与暂态过电压和过渡电阻的函数关系进行接地极线路故障定位的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种特高压直流输电系统接地极线路故障测距方法，包括以下步骤：

步骤1、基于阻抗分析法推导出过渡电阻的求解公式，确定故障发生后故障点过渡电阻的大小；

步骤2、利用回归分析法建立不同过渡电阻下故障位置与暂态过电压的函数关系式；

步骤3、故障时获取测量端暂态过电压并计算得出过渡电阻，将暂态过电压和过渡电阻代入函数关系式得出故障距离。

在上述的特高压直流输电系统接地极线路故障测距方法中，故障测距方法具体步骤如下：

1)当接地极发生单线故障时，M为电气量测量点，U为测量点M对地电压，x为故障点距测量点M的距离，L为接地极系统单线全长，R₀为接地极线路单位长度电阻，R_f为故障点过渡电阻，R_g为极址点接地电阻；I为流过测量点M的电流，I_g1和I_g2分别为接地极线路一和线路二的电流，I_f为故障点对地电流，I_g为极址点电流，I_fg为故障点与极址点间电流；以下计算所用电压和电流均为直流分量；

故障发生后，故障点过渡电阻为：

故障点对地电压为：

式(2)为从故障点左右两侧计算故障点对地电压方程；

其中，极址点G对地电压为：

U_g＝I_g·R_g＝U-I_g1·L·R₀ (3)

各节点处电流关系为：

联立式(1)-式(4)得故障点过渡电阻R_f表达式为：

式(5)中，

2)采用一元非线性回归模型建立不同过渡电阻下故障位置与暂态过电压的函数表达式：

式(6)中，U_M为暂态过电压，b_j为回归系数；

3)故障发生时，通过电气量测量点M获取故障后的电压、电流信息，根据式(5)计算故障点过渡电阻，并将过渡电阻和暂态过电压代入函数关系式(6)求出故障距离x。

本发明的有益效果：本发明利用回归分析法建立了不同过渡电阻下故障位置与暂态过电压的函数关系式后，故障时可通过简单计算快速计算出故障距离且精度较高，提高了接地极线路故障清除效率。对于提高接地极系统运行的稳定性具有重要的实用价值。

附图说明

图1为本发明一个实施例的行波传播网格图；

图2为本发明一个实施例的接地极故障等效电路模型图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本实施例一种特高压直流输电系统接地极线路故障测距方法，基于阻抗分析法推导出了过渡电阻的求解公式，可确定故障发生后故障点过渡电阻的大小；利用回归分析法建立了不同过渡电阻下故障位置与暂态过电压的函数关系式；故障时根据测量端可获取暂态过电压并计算得出过渡电阻，将暂态过电压和过渡电阻代入函数关系式即可得故障距离。

如图1所示，为本实施例的行波传播网格图。在接地极系统发生单线接地故障的暂态过程中会产生暂态过电压。设u₁为M点出发的稳态前行电压行波；x为故障点F距离点M的距离；Z_M、Z_MF和Z_F分别为点M处系统侧等效波阻抗、点M与故障点F之间架空线波阻抗和故障点F处等效波阻抗。α_M和β_M分别为点M处折射系数和反射系数，α_F和β_F分别为点F处折射系数和反射系数，定义分别为：

图1中电压行波u₁在点M处将发生折射，折射波α_Mu₁从沿线路MF继续传播到到F点，在F点产生第一个反射波α_Mβ_Fu₁又向M点传去，如此反复。可见故障发生后，点M处暂态电压u_M构成复杂，可表达为：

u_M＝u₁+u_α+u_β (2′)

式(2′)中，u_α为点M左侧反射波电压之和而u_β为点M处各类折射波电压之和。故障发生后点M处暂态过电压特征与故障点处反射系数和折射系数相关，而故障点的反射系数和折射系数与故障点等效波阻抗相关，故障点等效波阻抗则受故障点过渡电阻和故障位置的影响。因此，故障位置、暂态过电压和过渡电阻之间存在函数关系。

如图2所示，为本实施例的接地极故障等效电路模型图。当接地极发生单线故障时，接地极等效电路结构会发生变化。点M为电气量测量端，U为点M对地电压，x为故障点距点M的距离，L为接地极系统单线全长，R₀为接地极线路单位长度电阻，R_f为故障点过渡电阻，R_g为极址点接地电阻。I为流过测量点M的电流，I_g1和I_g2分别为接地极线路TlIne1和TlIne2的电流，I_f为故障点对地电流，I_g为极址点电流，I_fg为故障点与极址点间电流。本实施例计算使用的电压和电流均为直流分量。

故障发生后，故障点过渡电阻为：

故障点对地电压为：

式(4′)为从故障点左右两侧计算故障点对地电压方程。

其中，极址点G对地电压为：

U_g＝I_g·R_g＝U-I_g1·L·R₀ (5′)

各节点处电流关系为：

联立式(3′)-式(6′)得R_f表达式为：

式(7′)中，

由上述推导可知，可选用式(7′)对故障点过渡电阻进行计算。

本实施例选用一元非线性回归模型建立不同过渡电阻下故障位置与暂态过电压的函数表达式为：

式(8′)中，U_M为暂态过电压，b_j为回归系数。

当故障发生时，可通过电气量测量点M获取故障后的电压、电流信息，根据式(7′)计算得出故障点过渡电阻，并将过渡电阻和暂态过电压代入函数关系式式(8′)即可求出故障测距。

本实施例基于阻抗分析法推导出了过渡电阻的求解公式，可确定故障发生后故障点过渡电阻的大小；利用回归分析法建立了不同过渡电阻下故障位置与暂态过电压的函数关系式；通过将故障后的暂态过电压及过渡电阻计算值代入函数关系式即可得到故障距离。本实施例针对接地极线路故障测距有较好的故障定位精度，提高了接地极线路故障的排查效率和接地极系统运行稳定的可靠性。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (1)

1.一种特高压直流输电系统接地极线路故障测距方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、基于阻抗分析法推导出过渡电阻的求解公式，确定故障发生后故障点过渡电阻的大小；

步骤2、利用回归分析法建立不同过渡电阻下故障位置与暂态过电压的函数关系式；

步骤3、故障时获取测量端暂态过电压并计算得出过渡电阻，将暂态过电压和过渡电阻代入函数关系式得出故障距离；

故障测距方法具体步骤如下：

1)当接地极发生单线故障时，M为电气量测量点，U为测量点M对地电压，x为故障点距测量点M的距离，L为接地极系统单线全长，R₀为接地极线路单位长度电阻，R_f为故障点过渡电阻，R_g为极址点接地电阻；I为流过测量点M的电流，I_g1和I_g2分别为接地极线路一和线路二的电流，I_f为故障点对地电流，I_g为极址点电流，I_fg为故障点与极址点间电流；以下计算所用电压和电流均为直流分量；

故障发生后，故障点过渡电阻为：

故障点对地电压为：

式(2)为从故障点左右两侧计算故障点对地电压方程；

其中，极址点G对地电压为：

U_g＝I_g·R_g＝U-I_g1·L·R₀ (3)

各节点处电流关系为：

联立式(1)-式(4)得故障点过渡电阻R_f表达式为：

式(5)中，

2)采用一元非线性回归模型建立不同过渡电阻下故障位置与暂态过电压的函数表达式：

式(6)中，U_M为暂态过电压，b_j为回归系数；

3)故障发生时，通过电气量测量点M获取故障后的电压、电流信息，根据式(5)计算故障点过渡电阻，并将过渡电阻和暂态过电压代入函数关系式(6)求出故障距离x。

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