CN1793995A - 一种输电线路故障距离测量方法 - Google Patents

Abstract

一种输电线路故障距离测量方法，属测量技术领域，用于提供一种简单可靠、不必滤除衰减直流分量、不受电网频率波动的影响、误差小的输电线路故障测距法，其技术方案是：在故障点M侧测量A相电压Uma、电流Ima、负荷电流Ifa、零序电流故障分量Ima0、单位正序、零序电感、电阻，计算k_L＝(L0－L1)/L1、k_R＝(R0－R1)/R1，代入下上式。

Description

一种输电线路故障距离测量方法

技术领域

本发明涉及一项电力电网对故障点距离的测量方法，属测量技术领域。

背景技术

高压输电线路是电力系统中重要的组成部分，它的安全稳定运行关系到整个电网的安危。高压输电线路由于人为的和自然的原因非常容易发生故障，并且极难查找。因此在故障后迅速准确地把故障点找到，不仅可以及时修复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意义。

系统对故障测距要求既要有可靠性又要有准确性，希望测距误差越小越好，但在实际上，由于技术和经济上各种因素的限制和影响，误差通常规定不大于一定的指标，例如对于高压架空线来说，测距绝对误差应在1KM以内。

目前已有的输电线路故障测距有以下几种方法。

1阻抗法：

阻抗法与阻抗继电器的基本原理相同，是根据测量到的电压、电流数值而计算出故障回路的阻抗，由于线路长度与阻抗成正比，因此可求出故障距离。

2故障分析法

故障分析法是利用故障记录下来的电压、电流，再加上其他已知条件，通过分析计算，求出故障距离。

3行波法

行波法是利用故障点产生的行波，根据测量点到故障点往返一次的时间和行波的速度确定故障点。

以上几种方法各有优缺点，不能很好的满足测试实践的需要，因此有必要提出一种新的、更加方便的计算方法供人们选择使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述已有技术的缺陷而提供一种输电线路故障距离测量方法，它可以利用单端信息对高压输电线路进行故障测距，具有不受电网频率波动影响的优点，并同时消除过渡电阻的影响。

解决上述问题的技术方案是：

一种输电线路故障距离测量方法，它采用以下步骤进行：

a.设典型线路如图1所示，K点为发生A相接地的故障点，选择M侧(线路一端)为测量对象，测量：

Uma------A相测量电压

Ima-----A相测量电流

Ifa------A相故障前测得的负荷电流

Ima0-----A相零序电流故障分量

设L1、L0、R1、R0分别代表单位长度(公里)正序、零序电感、电阻计算k_L＝(L0-L1)/L1

k_R＝(R0-R1)/R1

设Lk为故障距离，则将上述数值代入下列公式：

$\frac{{\∫}_0^{t2}\mathrm{Umadt}-L1*\mathrm{lk}\underset{t0}{\overset{t2}{\∫}}[d(I_{ma}+k_L*I_{\mathrm{ma}0})/\mathrm{dt}]\mathrm{dt}-R1*\mathrm{lk}\underset{t0}{\overset{t2}{\∫}}(\mathrm{Ima}+\mathrm{kr}*\mathrm{Ima}0)\mathrm{dt}}{{\∫}_1^{t3}\mathrm{Umadt}-L1*\mathrm{lk}\underset{t1}{\overset{t3}{\∫}}[d(I_{\mathrm{ma}}+k_L*I_{\mathrm{ma}0})/\mathrm{dt}]\mathrm{dt}-R1*\mathrm{lk}\underset{t1}{\overset{t3}{\∫}}(\mathrm{Ima}+\mathrm{kr}*\mathrm{Ima}0)\mathrm{dt}}=\frac{\underset{t0}{\overset{t2}{\∫}}\mathrm{Ima}0\mathrm{dt}}{\underset{t1}{\overset{t3}{\∫}}\mathrm{Ima}0\mathrm{dt}}$

求解上述方程式，即可得故障距离Lk。

当K点发生两相接地故障时，代入下式计算：

$\frac{{\∫}_{t0}^{t2}\mathrm{Uabdt}-L1*\mathrm{lk}\underset{t0}{\overset{t2}{\∫}}[d\left(I_{\mathrm{ab}}\right)/\mathrm{dt}]\mathrm{dt}}{{\∫}_{t1}^{t3}\mathrm{Uabdt}-L1*\mathrm{lk}\underset{t1}{\overset{t3}{\∫}}[d\left(I_{\mathrm{ab}}\right)/\mathrm{dt}]\mathrm{dt}}=\frac{\underset{t0}{\overset{t2}{\∫}}\mathrm{Iabdt}}{\underset{t1}{\overset{t3}{\∫}}\mathrm{Iabdt}}$

求解上述方程式，即可得故障距离Lk。式中Uab代表AB相间电压，Iab代表AB相间电流。

当K点发生三相接地故障时，代入下式计算：

$\frac{{\∫}_{t0}^{t2}\mathrm{Umadt}-L1*\mathrm{lk}\underset{t0}{\overset{t2}{\∫}}[d\left(I_{\mathrm{ma}}\right)/\mathrm{dt}]\mathrm{dt}}{{\∫}_{t1}^{t3}\mathrm{Umadt}-L1*\mathrm{lk}\underset{t1}{\overset{t3}{\∫}}[d\left(I_{\mathrm{ma}}\right)/\mathrm{dt}]\mathrm{dt}}=\frac{\underset{t0}{\overset{t2}{\∫}}\mathrm{Imadt}}{\underset{t1}{\overset{t3}{\∫}}\mathrm{Imadt}}$

求解上述方程式，即可得故障距离Lk。

本发明的优点在于：本测量方法是基于微分方程描述的线路数学模型，利用单端信息对高压手动线路进行故障测距，保留了微分方程简单可靠，现实可行，不必虑除衰减直流分量，不受电网频率波动的影响的优点，同时消除了过渡电阻的影响，克服了传统微分方程方法中，经高阻接地测距误差大的影响。

附图说明

图1是当电网发生K点接地故障时的示意图。

具体实施方式

图1显示在线路的K点发生了故障，采用本发明测量故障点距离的步骤为：

首先，在故障点K一侧选择测量基点M，在M点测量如下数据：

A相测量电压(Uma)、A相测量电流(Ima)、A相负荷电流(Ifa)、A相零序电流故障分量(Ima0)、单位正序、零序电感、电阻(L1、L0、R1、R0)，利用上述数据计算出k_L＝(L0-L1)/L1、k_R＝(R0-R1)/R1。

当K点的故障为单相接地时，将上述数据代入以下公式进行计算：

$\frac{{\∫}_0^{t2}\mathrm{Umadt}-L1*\mathrm{lk}\underset{t0}{\overset{t2}{\∫}}[d(I_{ma}+k_L*I_{\mathrm{ma}0})/\mathrm{dt}]\mathrm{dt}-R1*\mathrm{lk}\underset{t0}{\overset{t2}{\∫}}(\mathrm{Ima}+\mathrm{kr}*\mathrm{Ima}0)\mathrm{dt}}{{\∫}_1^{t3}\mathrm{Umadt}-L1*\mathrm{lk}\underset{t1}{\overset{t3}{\∫}}[d(I_{\mathrm{ma}}+k_L*I_{\mathrm{ma}0})/\mathrm{dt}]\mathrm{dt}-R1*\mathrm{lk}\underset{t1}{\overset{t3}{\∫}}(\mathrm{Ima}+\mathrm{kr}*\mathrm{Ima}0)\mathrm{dt}}=\frac{\underset{t0}{\overset{t2}{\∫}}\mathrm{Ima}0\mathrm{dt}}{\underset{t1}{\overset{t3}{\∫}}\mathrm{Ima}0\mathrm{dt}}$

公式中，LK为故障距离，且只有LK是未知数，故通过公式可求出LK值。

公式中，积分区间t0---t2，t1---t3的确定如下：本实施例每周波使用60个采样点，t0---t2使用15个采样点，t1----t3使用15个采样点，两个采样区间可以有部分重叠。

当K点的故障为两相接地时，可以利用以下公式进行计算：

$\frac{{\∫}_{t0}^{t2}\mathrm{Uabdt}-L1*\mathrm{lk}\underset{t0}{\overset{t2}{\∫}}[d\left(I_{\mathrm{ab}}\right)/\mathrm{dt}]\mathrm{dt}}{{\∫}_{t1}^{t3}\mathrm{Uabdt}-L1*\mathrm{lk}\underset{t1}{\overset{t3}{\∫}}[d\left(I_{\mathrm{ab}}\right)/\mathrm{dt}]\mathrm{dt}}=\frac{\underset{t0}{\overset{t2}{\∫}}\mathrm{Iabdt}}{\underset{t1}{\overset{t3}{\∫}}\mathrm{Iabdt}}$

当K点的故障为三相接地时，可以利用以下公式进行计算：

$\frac{{\∫}_{t0}^{t2}\mathrm{Umadt}-L1*\mathrm{lk}\underset{t0}{\overset{t2}{\∫}}[d\left(I_{\mathrm{ma}}\right)/\mathrm{dt}]\mathrm{dt}}{{\∫}_{t1}^{t3}\mathrm{Umadt}-L1*\mathrm{lk}\underset{t1}{\overset{t3}{\∫}}[d\left(I_{\mathrm{ma}}\right)/\mathrm{dt}]\mathrm{dt}}=\frac{\underset{t0}{\overset{t2}{\∫}}\mathrm{Imadt}}{\underset{t1}{\overset{t3}{\∫}}\mathrm{Imadt}}$

以下是使用LBD-WLB3000故障录波器采用本发明进行故障测距算法的实例，测试结果经<国家继电器质量检验中心>的检测，符合行业标准，可满足电力系统运行维护的要求。

试验中模拟一条400公里，500KV的线路，在线路的起点、中间、末端进行了多次各种故障类型的模拟试验，结果如下：

接地电阻	故障类型	故障距离	测量结果	故障距离	测量结果	故障距离	测量结果
								0Ω	AN	0公里	0.03	200公里	198.2	400公里	396.5
BN	0公里	0.02	200公里	199.4	400公里	399.4
							CN		0公里	0.5	200公里	199.1	400公里	398.7
AB	0公里	0.05	200公里	201.3	400公里	402.5
							BC		0公里	0.023	200公里	201.5	400公里	403.1
CA	0公里	0.033	200公里	198.4	400公里	397.2
							ABN		0公里	0.034	200公里	199.3	400公里	397.3
BCN	0公里	0.056	200公里	198.4	400公里	398.4

	CAN	0公里	0.2	200公里	200.5	400公里	398.6
								10Ω	AN	0公里	0.4	200公里	199.7	400公里	398.7
BN	0公里	0.06	200公里	198.9	400公里	398.9
							CN		0公里	0.3	200公里	197.9	400公里	400.9
AB	0公里	0.5	200公里	198.9	400公里	403.4
							BC		0公里	0.12	200公里	199.7	400公里	402.4
CA	0公里	0.24	200公里	202.3	400公里	401.8
							ABN		0公里	0.45	200公里	201.3	400公里	400.9
BCN	0公里	0.33	200公里	200.7	400公里	399.1
							CAN		0公里	0.17	200公里	201.1	400公里	398.9

.测距结果显示：测距精度比较高，理论分析与实际比较一致，最大误差不超过2％，比较理想。

Claims (1)

1.一种输电线路故障距离测量方法，其特征在于：它采用以下步骤进行：

a.当K点发生单相接地故障时，选择K点一侧的M点为测量基点，测量：

Uma------A相测量电压

Ima-----A相测量电流

Ifa------A相负荷电流

Ima0-----A相零序电流故障分量

设L1、L0、R1、R0分别代表单位长度(公里)正序、零序电感、电阻，计算k_L＝(L0-L1)/L1

k_R＝(R0-R1)/R1

设Lk为故障距离，将上述数值代入下列公式：

$\frac{{\&Integral;}_{t0}^{t2}\mathrm{Umadt}-L1*\mathrm{lk}\underset{t0}{\overset{t2}{\&Integral;}}[d(I_{\mathrm{ma}}+k_L*I_{\mathrm{ma}0})/\mathrm{dt}]\mathrm{dt}-R1*\mathrm{lk}\underset{t0}{\overset{t2}{\&Integral;}}(\mathrm{Ima}0+\mathrm{kr}*\mathrm{Ima}0)\mathrm{dt}}{{\&Integral;}_{t1}^{t3}\mathrm{Umadt}-L1*\mathrm{lk}\underset{t1}{\overset{t3}{\&Integral;}}[d(I_{\mathrm{ma}}+k_L*I_{\mathrm{ma}0})/\mathrm{dt}]\mathrm{dt}-R1*\mathrm{lk}\underset{t1}{\overset{t3}{\&Integral;}}(\mathrm{Ima}0+\mathrm{kr}*\mathrm{Ima}0)\mathrm{dt}}=\frac{\underset{t0}{\overset{t2}{\&Integral;}}\mathrm{Ima}0\mathrm{dt}}{\underset{t1}{\overset{t3}{\&Integral;}}\mathrm{Ima}0\mathrm{dt}}$

求解上述方程式，即可得故障距离Lk；

b.当K点为两相接地故障，代人下式计算，即可得故障距离Lk：

$\frac{{\&Integral;}_{t0}^{t2}\mathrm{Uabdt}-L1*\mathrm{lk}\underset{t0}{\overset{t2}{\&Integral;}}[d\left(I_{\mathrm{ab}}\right)/\mathrm{dt}]\mathrm{dt}}{{\&Integral;}_{t1}^{t3}\mathrm{Uabdt}-L1*\mathrm{lk}\underset{t1}{\overset{t3}{\&Integral;}}[d\left(I_{\mathrm{ab}}\right)/\mathrm{dt}]\mathrm{dt}}=\frac{\underset{t0}{\overset{t2}{\&Integral;}}\mathrm{Iabdt}}{\underset{t1}{\overset{t3}{\&Integral;}}\mathrm{Iabdt}}$

式中Uab代表AB相间电压，Iab代表AB相间电流；

c.当K点为三相接地故障，代入下式：

$\frac{{\&Integral;}_{t0}^{t2}\mathrm{Umadt}-L1*\mathrm{lk}\underset{t0}{\overset{t2}{\text{\&Integral;}}}[d\left(I_{\mathrm{ma}}\right)/\mathrm{dt}]\mathrm{dt}}{{\&Integral;}_{t1}^{t3}\mathrm{Umadt}-L1*\mathrm{lk}\underset{t1}{\overset{t3}{\&Integral;}}[d\left(I_{\mathrm{ma}}\right)/\mathrm{dt}]\mathrm{dt}}=\frac{\underset{t0}{\overset{t2}{\text{\&Integral;}}}\mathrm{Imadt}}{\underset{t1}{\overset{t3}{\&Integral;}}\mathrm{Imadt}}$

求解上述方程式，即可得故障距离Lk。

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