CN1599180A - 电力系统故障测距元件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统故障测距元件，首先用高精度的同步算法将线路两端的相量校正到同步，如果发生不对称故障就选用负序测距算法，如果发生对称故障就选用正序测距算法。与目前所用的测距元件相比，具有不受过渡电阻、邻线互感、PT多点接地等影响，且故障发生到故障切除这段时间内能够稳定存在、负荷电流的大小对其影响小等优点。

Description

电力系统故障测距元件

技术领域  本发明涉及一种电力系统故障测距方法，具体地说，是一种利用线路两端的交流量来判断交流输电线路的故障位置的方法。

背景技术  在输电线路故障后，快速而准确的故障定位，不仅有助于及时修复故障线路和保证可靠供电，而且对电力系统的安全稳定和经济运行都有十分重要的作用。

目前故障输电线路故障测距的算法可分为利用单端量和双端量两种方法。利用单端量测距方法不受通道条件的限制，曾受到了极大的关注并得到了广泛的应用，但在原理上很难克服双端电源、过渡电阻、邻线互感等的影响。因此在实用时，测距精度有时很难满足现场要求。

随着通信技术的发展，特别是光纤技术及GPS在电力系统的广泛应用，使得双端测距算法得以通过独立的录波装置或嵌在纵差保护装置中实现。利用双端算法可以较好地克服上述单端量测距算法存在的缺陷。利用双端量测距所面临的主要问题是两端交流量必须精确同步。如果两端数据不同步或同步精度比较低都将严重影响测距精度。

发明内容  本发明的目的在于克服上述已有方法的缺陷，而提供一种高精度的双端量测距算法，即用高精度的乒乓算法来保证双端量测距算法的精度，称为电力系统故障测距元件。

本发明的技术方案如下：

首先用新的乒乓算法将线路两端的交流量调整到同一时刻，再根据系统发生的故障情况来决定选用其中一种测距算法。如果发生不对称故障，则选用两端的负序分量来测距；如果发生对称故障，则选用一端电流、电压，另一端电流来测距。

具体技术方案如下：

A、同步相量计算

由乒乓法实现，两端相量的同步精度可达1°范围以内，能够满足测距精度的要求。

B、不对称故障测距算法

采用两端负序分量对不对称故障进行测距，计算公式如下：

$D_S=\frac{\frac{V_{2S}-V_{2R}}{\frac{\mathrm{ZL}1}{L}}+I_{2R}\·L}{I_{2S}+I_{2P}}$

D_S表示S侧的测距结果；

V_2S表示S侧负序电压，V_2R表示R侧负序电压；

表示线路单位长度的正序阻抗；

L表示线路长度；

I_2S表示S侧负序电流相量，I_2R表示R侧负序电流相量。

C、对称故障测距算法

采用正序分量对三相故障进行测距，计算公式如下：

$D_S=\frac{U_{A1\mathrm{SR}}\·I_{A1\mathrm{FI}}-U_{A1\mathrm{SI}}\·I_{A1\mathrm{FR}}}{(U_{A1\mathrm{SR}}\·R1-U_{A1\mathrm{SI}}\·X1)\·I_{A1\mathrm{FI}}-(U_{A1\mathrm{SR}}\·X1+U_{A1\mathrm{SI}}\·R1)\·I_{A1\mathrm{FI}}}$

U_A1SR表示S侧正序电压实部(以A相为基准)；

U_A1SI表示S侧正序电压虚部；

I_A1FI表示故障点处正序电流虚部；

I_A1FR表示故障点处正序电流实部；

R1、X1分别表示线路单位长度的正序电阻、电抗。

与目前所用的测距元件相比，具有不受过渡电阻、邻线互感、PT多点接地等影响，且故障发生到故障切除这段时间内能够稳定存在、负荷电流的大小对其影响小等优点。

附图说明

图1：纵联差动连接图；图2：500kV 400km双回输电线路系统图。

具体实施方式  下面结合图1--2就本算法在纵联差动保护中的具体实施，进行进一步说明。

每隔5ms向对端的发送一包数据，在这一数据包中与测距有关的信息有：三相电流的实虚部、负序电压的实虚部。

投入双端测距元件的前提条件是有纵差保护动作。如果A、B、C三相差动元件都动作则表明线路发生了三相对称故障，经过10～20ms的延时投入对称故障测距算法。如果三相差动元件没有同时动作，则表明线路发生了不对称故障，经过10～20ms的延时投入不对称故障测距算法。

具体技术方案如下：

A、同步相量计算

由乒乓法实现，两端相量的同步精度可达1°范围以内，能够满足测距精度的要求。

B、不对称故障测距算法

采用两端负序分量对不对称故障进行测距，计算公式如下：

$D_S=\frac{\frac{V_{2S}-V_{2R}}{\frac{\mathrm{ZL}1}{L}}+I_{2R}\·L}{I_{2S}+I_{2R}}$

D_S表示S侧的测距结果；

V_2S表示S侧负序电压，V_2R表示R侧负序电压；

表示线路单位长度的正序阻抗；

L表示线路长度；

I_2S表示S侧负序电流相量，I_2R表示R侧负序电流相量。

C、对称故障测距算法

采用正序分量对三相故障进行测距，计算公式如下：

$D_S=\frac{U_{A1\mathrm{SR}}\·I_{A1\mathrm{FI}}-U_{A1\mathrm{SI}}\·I_{A1\mathrm{FR}}}{(U_{A1\mathrm{SR}}\·R1-U_{A1\mathrm{SI}}\·X1)\·I_{A1\mathrm{FI}}-(U_{A1\mathrm{SR}}\·X1+U_{A1\mathrm{SI}}\·R1)\·I_{A1\mathrm{FI}}}$

U_A1SR表示S侧正序电压实部(以A相为基准)；

U_A1SI表示S侧正序电压虚部；

I_A1FI表示故障点处正序电流虚部；

I_A1FR表示故障点处正序电流实部；

R1、X1分别表示线路单位长度的正序电阻、电抗。

本发明目前已应用到新开发的光纤纵差保护装置中，如图1所示，并经历了近万次的动、静模实验考核，下面给出RTDS动模试验的部分结果：

系统模型为400km、500kV的超高压输电线路系统模型如附图3所示，其模型线路相关参数如下：

             表格1线路相关参数

参数名称		参数值
			线路长度		400km
正序阻抗Z1		7.678+j112.36Ω
			零序阻抗Z0		50.59+j328.65Ω
零序补偿系数	Kr	1.86
			Kx	0.64
	并联电抗器Xp				2017Ω
分布电容			C1	5.4μF
	C0	3.6μF
			TA变比		1250A/1A
TV变比		500kV/0.1kV

两台光纤纵差保护装置安排在NL1线路上。

                       表格2部分测距结果(N侧)

故障位置	故障类型	过渡电阻(Ω)	故障距离(km)	计算结果(km)
					K10	AG	0	0	0.124
K10	AB	0	0	0.137
					K10	ABG	0	0	0.116
K10	ABC	0	0	0.203
					K10	AG	100	0	0.146
K10	AB	25	0	0.323
					K10	ABG	25	0	0.278
K10	ABC	25	0	0.546
					K10	AG	300	0	0.345
K10	AB	100	0	0.256
					K10	ABG	100	0	0.245
K10	ABC	100	0	0.678
					K11	AG	0	200	198.934
K11	AB	0	200	199.412
					K11	ABG	0	200	201.328
K11	ABC	0	200	197.436
					K11	AG	100	200	199.283
K11	AB	25	200	198.473
					K11	ABG	25	200	201.023
K11	ABC	25	200	201.734
					K11	AG	300	200	196.323
K11	AB	100	200	198.286
					K11	ABG	100	200	197.812
K11	ABC	100	200	197.289
					K12	AG	0	400	398.348
K12	AB	0	400	397.414
					K12	ABG	0	400	399.129
K12	ABC	0	400	396.418
					K12	AG	100	400	397.983
K12	AB	25	400	399.284
					K12	ABG	25	400	399.325
K12	ABC	25	400	396.734
					K12	AG	300	400	396.355
K12	AB	100	400	397.457
					K12	ABG	100	400	397.845
K12	ABC	100	400	395.635

从表格2可以看到，测距精度较好，能满足现场对保护装置的测距精度要求。总之，本发明所提算法具有不受过渡电阻、负荷电流、邻线互感及PT多点接地等影响。

Claims (2)

1、一种电力系统故障测距元件，其特征为：首先用高精度的同步算法将线路两端的相量校正到同步，如果发生不对称故障就选用负序测距算法，如果发生对称故障就选用正序测距算法。

2、如权利要求1所述的电力系统故障测距元件，其特征为：

A、不对称故障测距算法

用线路两端的同步负序电流、同步负序电压相量进行故障测距。其计算公式为，

$D_S=\frac{\frac{V_{2S}-V_{2R}}{\frac{\mathrm{ZL}1}{L}}+I_{2R}\·L}{I_{2S}+I_{2R}}$

B、对称故障测距算法

用线路两端的同步正序电流、一端同步正序电压相量进行故障测距。其计算公式为，

$D_S=\frac{U_{A1\mathrm{SR}}\·I_{A1\mathrm{FI}}-U_{A1\mathrm{SI}}\·I_{A1\mathrm{FR}}}{(U_{A1\mathrm{SR}}\·R1-U_{A1\mathrm{SI}}\·X1)\·I_{A1\mathrm{FI}}-(U_{A1\mathrm{SR}}\·X1+U_{A1\mathrm{SI}}\·R1)\·I_{A1\mathrm{FI}}}$

Ds表示S侧的测距结果；

v_2S表示S侧负序电压，v_2R表示R侧负序电压；

表示线路单位长度的正序阻抗；

L表示线路长度；

I_2S表示S侧负序电流相量，I_2R表示R侧负序电流相量。

C、对称故障测距算法

采用正序分量对三相故障进行测距，计算公式如下：

$D_S=\frac{U_{A1\mathrm{SR}}\·I_{A1\mathrm{FI}}-U_{A1\mathrm{SI}}\·I_{A1\mathrm{FR}}}{(U_{A1\mathrm{SR}}\·R1-U_{A1\mathrm{SI}}\·X1)\·I_{A1\mathrm{FI}}-(U_{A1\mathrm{SR}}\·X1+U_{A1\mathrm{SI}}\·R1)\·I_{A1\mathrm{FI}}}$

U_A1SR表示S侧正序电压实部(以A相为基准)；

U_A1SI表示S侧正序电压虚部：

I_A1FI表示故障点处正序电流虚部；

I_A1FR表示故障点处正序电流实部；

R1、X1分别表示线路单位长度的正序电阻、电抗。