CN113884811A - 一种基于直算法的配网线路短路故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于直算法的配网线路短路故障定位方法，包括：分别构建等效发电机参数矩阵、线路段参数矩阵、负载变压器参数矩阵和短路点矩阵；并代入到一字链及支链式的三相对称多电源非环网电力系统直算法中，依次计算得到输电线路上每一段线路段末端短路时等效发电机端口的短路电流I_di；判定短路点位于第i段线路段；基于差值法确定短路点在短路线路段上的具体位置。本发明能够准确地获知1OkV配网中输电线路上短路点所在线路段，并具体获知短路点在该线路段上的具体位置，从而为供电企业进行配电网维修和优化提供有力的数据支撑，减少人工检修成本，提供企业经营效率，具有非常高的实用价值。

Description

一种基于直算法的配网线路短路故障定位方法

技术领域

本发明属于电力监测技术领域，具体涉及一种基于直算法的配网线路短路故障定位方法。

背景技术

电力系统由发电厂、输电线路、变电站、配电网和用户组成。其中，配电网(配网)是指从输电网或地区发电厂接收电能，通过配电设施就地分配或按电压逐级各类用户的电力网。按电压等级分类，配电网可以分为高压配电网 (6～110kV)和低压配电网(0.4kV)，而在高压配电网中，10kV电压的配网线路最长，辐射面积最广，因此也最容易出现故障，从而导致用户停电事故时有发生，且故障发生点也难以检测，使得用户用电体验不佳。

在专利号为ZL201410142938.7，发明名称为：一字链及支链式的三相对称多电源非环网电力系统直算法的专利中提供了一种运算结果精确、运算速度快的三相对称多电源非环网潮流直算法；

在专利号为ZL201910521986X，发明名称为：一种基于直算法的低压配电网线损和偷漏电点的计算方法的专利中提供了一种准确获知每一低压配电网的线损以及透漏电情况的方法。

针对上述的现有技术中，虽然能够在传统的计算方法中基于直算法使计算结果更为精确，提升运算速度，但是，在上述2个专利文献所记载的技术方案中，并不能够实现10kV配网线路的故障精确定位。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于直算法的配网线路短路故障定位方法，用于解决现有技术中存在的至少一个技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种基于直算法的配网线路短路故障定位方法，包括：

将10kV配网中的变压器节点作为负载变压器节点，将输电线路的初始节点等效为发电机节点，并将短路点等效为大功率负载；

分别构建等效发电机参数矩阵、线路段参数矩阵、负载变压器参数矩阵和短路点矩阵；

计算等效发电机端口的短路电流I_d0，并将所述发电机参数矩阵、所述线路段参数矩阵、所述负载变压器参数矩阵和所述短路点矩阵代入到一字链及支链式的三相对称多电源非环网电力系统直算法中，依次计算得到输电线路上每一线路段末端短路时等效发电机端口的短路电流I_di，其中，i≤n，n表示输电线路上的线路段数量，短路电流I_di表示第i线路段末端短路时等效发电机对应的短路电流；

当实际短路电流I_d的值介于第i段线路段上一线路段末端短路时的短路电流值I_di上与第i段线路段末端短路时的短路电流值I_di之间时，判定短路点位于第i线路段；

基于差值法确定短路点在第i线路段上的具体位置。

在一种可能的设计中，所述等效发电机参数矩阵的矩阵形式为：

其中，r₁表示等效发电机的正序电阻，x₁表示等效发电机的正序电抗，I₀表示基准电流。

在一种可能的设计中，所述线路段参数矩阵采用集中参数模型时的矩阵形式为：

其中，Z_i＝r_i+jx_i中r_i表示第i段线路段的正序电阻，x_i表示第i段线路段的正序电抗。

在一种可能的设计中，所述线路段参数矩阵采用分布参数模型时的矩阵形式为：

其中,

在一种可能的设计中，所述负载变压器参数矩阵的矩阵形式为：

其中，P_m表示第m个负载变压器的有功功率，Q_m表示第m个负载变压器的无功功率。

在一种可能的设计中，所述短路点矩阵包括两相短路矩阵，

所述AB相短路矩阵如下：

所述BC相短路矩阵如下：

所述CA相短路矩阵如下：

其中，数值10000为短路点负载的导纳值。

在一种可能的设计中，所述等效发电机端口的短路电流包括两相短路电流，所述两相短路电流的计算公式如下：

AB相短路电流

BC相短路电流

CA相短路电流

在一种可能的设计中，所述短路点矩阵包括三相短路矩阵，所述三相短路矩阵如下：

其中，数值10000和20000为短路点负载的导纳值。

在一种可能的设计中，所述等效发电机端口的短路电流包括三相短路电流，所述三相短路电流的计算公式如下：

与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果或优点：

本发明提供的基于直算法的配电网线路短路故障定位方法，能够准确地获知1OkV配网中输电线路上短路点所在线路段，并具体获知短路点在该线路段上的具体位置；相对于传统在线路中装设各类传感器的方案，本方案投资少，仅需软件投入，从而为企业节约大量成本；为供电企业进行配电网维修和优化提供有力的数据支撑，减少人工检修成本，提供企业经营效率，具有非常高的实用价值。

附图说明

图1为本实施例中的基于直算法的配电网线路短路故障定位方法的流程图；

图2为典型10kV配网的结构示意图；

图3为变压器等效为负载变压器的结构示意图；

图4为输电线路初始节点等效为发电机节点的结构示意图；

图5为短路点在2号节点的结构示意图；

图6为短路点在3号节点的结构示意图。

具体实施方式

为使本说明书实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请具体参见图1-6，第一方面，本实施例提供一种基于直算法的配网线路短路故障定位方法，包括但不限于由步骤S101～S105实现：

步骤S101.将10kV配网中的变压器节点作为负载变压器节点，将输电线路的初始节点等效为发电机节点，并将短路点等效为大功率负载；

其中，如图2所示，示出了典型的10kV配网的结构示意图，主要由输电线路的线路段和变压器构成，并具体包括多个节点(如图中的1-10号节点)，其中，1号至2号为线路段(简称线段)记为1-2 线段，同理可标记2-3线段、3-4线段、4-5线段、2-6线段、3-7线段、7-8线段、7-9线段和4-10线段共计九条线段。其中，5、6、8、 9和10号节点为变压器节点，将变压器作为负载，则上图可变化成如图3所示的负载变压器的配网结构示意图。在电力配网中，一旦输电线路投入使用，则各线路段的线径和长度不会改变，则其阻抗也不会改变，负载变压器则可由负荷侧采集系统收集到负载变压器的运行参数数据。

另外，根据电力系统等效原理，将输电线路的初始节点(即1号节点)等效成发电机，则可将图3继续转化为如图4所示的配网结构示意图。在电力系统运行中，在具体运行时等效发电机的参数是一个定值，因此可从电力调度中心继保处(即电力系统检测机构)获取。

步骤S102.分别构建等效发电机参数矩阵、线路段参数矩阵、负载变压器参数矩阵和短路点矩阵；

在一种可能的设计中，所述等效发电机参数矩阵的矩阵形式为：

其中，r₁表示等效发电机的正序电阻，可用归算到10kV母线侧的电阻代替； x₁表示等效发电机的正序电抗，可用归算到10kV母线侧的电抗代替；I₀表示基准电流。其中，需要说明的是，发电机的电动势即为基准电流，是一个定值 5.77kA。

在一种可能的设计中，所述线路段参数矩阵采用集中参数模型时的矩阵形式为：

其中，Z_i＝r_i+jx_i中r_i表示第i段线路段的正序电阻，x_i表示第i段线路段的正序电抗。

在一种可能的设计中，所述线路段参数矩阵采用分布参数模型时的矩阵形式为：

其中,

其中，需要说明的是，线路段的参数(包括线路型号和线路长度等)可在线路竣工资料中获取，通过线路参数表可查找到线路阻抗。

在一种可能的设计中，所述负载变压器参数矩阵的矩阵形式为：

其中，P_m表示第m个负载变压器的有功功率，Q_m表示第m个负载变压器的无功功率。

其中，需要说明的是，负载变压器无需获取固定参数，只需要获取其运行参数，具体的获取方法包括：一、在负荷管理侧系统中可查到实时运行数据；二、根据短路前的线路正常电流，每台变压器按容量加权平均，可得每台变压器的负荷；三、可假设每台变压器负荷为零。其中，采用方法一使得计算结果偏差小；采用方法二计算结果偏差中；采用方法三计算结果偏差大。但即使采用方法三得到的计算结果还是有很大的指导意义。

在一种可能的设计中，所述短路点矩阵包括两相短路矩阵，所述两相短路矩阵如下：

其中AB相短路矩阵如下：

BC相短路矩阵如下：

CA相短路矩阵如下：

其中，数值10000为短路点负载的导纳值。

在一种可能的设计中，所述短路点矩阵包括三相短路矩阵，所述三相短路矩阵如下：

其中，数值10000和20000为短路点负载的导纳值。

步骤S103.计算等效发电机端口的短路电流I_d0，并将所述发电机参数矩阵、所述线路段参数矩阵、所述负载变压器参数矩阵和所述短路点矩阵代入到一字链及支链式的三相对称多电源非环网电力系统直算法中，依次计算得到输电线路上每一线路段末端短路时等效发电机端口的短路电流I_di，其中，i≤n，n表示输电线路上的线路段数量，短路电流I_di表示第i线路段末端短路时等效发电机对应的短路电流。

在一种可能的设计中，所述等效发电机端口的短路电流包括两相短路电流，所述两相短路电流的计算公式如下：

AB相短路电流

BC相短路电流

CA相短路电流

在一种可能的设计中，所述等效发电机端口的短路电流包括三相短路电流，所述三相短路电流的计算公式如下：

其中，所述输电线路上每一线路段末端短路时等效发电机端口的短路电流 I_di具体的计算方法可参照专利号为ZL201410142938.7，发明名称为：一字链及支链式的三相对称多电源非环网电力系统直算法中所运用的计算方法，从而可以得到每一线路段的首端短路时等效发电机端口的短路电流和末端短路时等效发电机端口的短路电流。其中，每一线路段的首端短路时等效发电机端口的短路电流即为该段线路上一段线路的末端短路时等效发电机端口的短路电流。

例如，如图5所示，假设短路点在2号点，则相当于在2号点有一个矩阵

的负载，然后依次向后分别联接2-3线路和2-6线路，如图5中的D点，参照专利号为ZL201410142938.7，发明名称为：一字链及支链式的三相对称多电源非环网电力系统直算法中所运用的计算方法，计算出2号点末端短路时等效发电机的短路电流即为三相短路电流I_d2。

例如，如图6所示，假设短路点在3号点，则相当于在3号点有一个矩阵

的负载，然后依次向后分别联接3-4线路和3-7线路，如图 6中的D点，参照专利号为ZL201410142938.7，发明名称为：一字链及支链式的三相对称多电源非环网电力系统直算法中所运用的计算方法，计算出3号点末端短路时等效发电机的短路电流即为三相短路电流I_d3。

同理，当在输电线路的不同线路段上发生短路时，可依次计算出相应的等效发电机的短路电流 I_d4、I_d5、I_d6、I_d7、I_d8、I_d9、I_d10。

步骤S104.当实际短路电流I_d的值介于第i段线路段上一线路段末端短路时的短路电流值I_di上与第i段线路段末端短路时的短路电流值I_di之间时，判定短路点位于第i线路段；

例如，当I_d3>I_d>I_d7时，则短路点位于3-7线路段。

步骤S105.基于差值法确定短路点在第i线路段上的具体位置。

其中，需要说明的是，步骤S105的实现可以参照专利号为 ZL201910521986X，发明名称为：一种基于直算法的低压配电网线损和偷漏电点的计算方法中对于精确偷漏电点的计算方法，从而可以确定短路点在短路线路段上的具体位置。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果或优点：

本实施例提供的提供的基于直算法的配电网线路短路故障定位方法，能够准确地获知1OkV配网中输电线路上短路点所在线路段，并具体获知短路点在该线路段上的具体位置；相对于传统在线路中装设各类传感器的方案，本方案投资少，仅需软件投入，从而为企业节约大量成本；为供电企业进行配电网维修和优化提供有力的数据支撑，减少人工检修成本，提供企业经营效率，具有非常高的实用价值。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于直算法的配网线路短路故障定位方法，其特征在于，包括：

将10kV配网中的变压器节点作为负载变压器节点，将输电线路的初始节点等效为发电机节点，并将短路点等效为大功率负载；

分别构建等效发电机参数矩阵、线路段参数矩阵、负载变压器参数矩阵和短路点矩阵；

计算等效发电机端口的短路电流I_d0，并将所述发电机参数矩阵、所述线路段参数矩阵、所述负载变压器参数矩阵和所述短路点矩阵代入到一字链及支链式的三相对称多电源非环网电力系统直算法中，依次计算得到输电线路上每一线路段末端短路时等效发电机端口的短路电流I_di，其中，i≤n，n表示输电线路上的线路段数量，短路电流I_di表示第i线路段末端短路时等效发电机对应的短路电流；

当实际短路电流I_d的值介于第i段线路段上一线路段末端短路时的短路电流值I_di上与第i段线路段末端短路时的短路电流值I_di之间时，判定短路点位于第i线路段；

基于差值法确定短路点在第i线路段上的具体位置。

2.根据权利要求1所述的基于直算法的配网线路短路故障定位方法，其特征在于，所述等效发电机参数矩阵的矩阵形式为：

其中，r₁表示等效发电机的正序电阻，x₁表示等效发电机的正序电抗，I₀表示基准电流。

3.根据权利要求1所述的基于直算法的配网线路短路故障定位方法，其特征在于，所述线路段参数矩阵采用集中参数模型时的矩阵形式为：

其中，Z_i＝r_i+jx_i中r_i表示第i段线路段的正序电阻，x_i表示第i段线路段的正序电抗。

4.根据权利要求1所述的基于直算法的配网线路短路故障定位方法，其特征在于，所述线路段参数矩阵采用分布参数模型时的矩阵形式为：

其中,

5.根据权利要求1所述的基于直算法的配网线路短路故障定位方法，其特征在于，所述负载变压器参数矩阵的矩阵形式为：

其中，P_m表示第m个负载变压器的有功功率，Q_m表示第m个负载变压器的无功功率。

6.根据权利要求1所述的基于直算法的配网线路短路故障定位方法，其特征在于，所述短路点矩阵包括两相短路矩阵，

其中AB相短路矩阵如下：

BC相短路矩阵如下：

CA相短路矩阵如下：

其中，数值10000为短路点负载的导纳值。

7.根据权利要求2所述的基于直算法的配网线路短路故障定位方法，其特征在于，所述等效发电机端口的短路电流包括两相短路电流，所述两相短路电流的计算公式如下：

AB相短路电流

BC相短路电流

CA相短路电流

8.根据权利要求1所述的基于直算法的配电网线路短路故障定位方法，其特征在于，所述短路点矩阵包括三相短路矩阵，所述三相短路矩阵如下：

其中，数值10000和20000为短路点负载的导纳值。

9.根据权利要求8所述的基于直算法的配网线路短路故障定位方法，其特征在于，所述等效发电机端口的短路电流包括三相短路电流，所述三相短路电流的计算公式如下：

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