基於同步採樣裝置的輸電線路故障測距計算方法
2023-06-22 09:39:21 1
專利名稱：基於同步採樣裝置的輸電線路故障測距計算方法
技術領域：
本發明涉及電力系統中的一種測距方法，特別是一種輸電線路故障點的測距方法。
背景技術：
電力系統中輸變電設施故障中，輸電線路的故障佔了絕大多數。輸電線路故障後，如何快速準確地找到故障點並正確判斷出故障類型，是輸電線路專業人員最關心的問題。初步判斷故障點及故障類型，可以通過保護動作情況、保護測距、故障錄波圖、氣象條件、運行環境等進行，準確判斷則要在找到故障點後根據故障現象、故障點位置等進行。高壓輸電線路發生故障後，在故障點將產生向兩端運行的暫態行波，暫態行波在傳播過程匯總遇到不均勻介質時，會發生折射和反射。因此人們便通過對暫態行波中所包含的故障信息進行分析來實現對故障點的定位。在現有的行波測距方法中，波頭到達時刻和行波波速是影響測距精度的兩大主要因素，但是現有的行波測距方法中需要藉助互感器輔助測量進行計算，而傳統的互感器由於受頻帶的限制，使行波波頭的測量存在較大誤差，影響故障測距的精度，降低定位的可靠性。
發明內容
本發明需要解決的技術問題是提供一種輸電線路故障測距方法，能夠準確計算故障點的位置，對故障點進行精確定位，以便於縮短故障排除周期。為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案如下。基於同步採樣裝置的輸電線路故障測距計算方法，包括以下步驟:a.在變電站M安裝同步採樣裝置，用於實時採集相鄰變電站M和變電站N之間的輸電線路上的電流和電壓，並計算故障時輸電線路的A相故障電流分量Ima、B相故障電流分量Imb和C相故障電流分量Imc ；b.根據步驟a計算得出的各相故障電流分量以及輸電線路不同故障類型自身的特徵計算輸電線路的故障電流正序分量Iml、故障電流負序分量Im2以及故障電流零序分量ImO，並輸電線路的故障電流正序分量Iml、故障電流負序分量Im2以及故障電流零序分量ImO判斷輸電線路發生的故障類型；c.根據步驟b計算得出的故障電流正序分量Iml和故障電流負序分量Im2計算故障電流正序分量與故障電流負序分量之間的夾角，並根據此夾角判斷輸電線路發生故障的相別；d.根據步驟b所得出的故障類型以及步驟c所得出的故障相別，判斷故障線路的故障方向；當故障線路為反向故障時，不進行測距；當故障線路為正向故障時，進行步驟e ;e.根據同步採樣裝置採集的電壓值和電流值計算故障點到同步採樣裝置的距離Lk0本發明步驟b所述的故障類型判斷方法如下:
bl.根據同步採樣裝置計算得出的各相故障電流分量的幅值判斷是否存在線路故障，當|lma|、|lmb|、Ilmcl中至少一個值大於ε。時，說明線路上存在故障電流；其中:ε ^為故障電流門檻值，取0.Γ0.2倍額定電流值；b2.通過A相故障電流分量、B相故障電流分量和C相故障電流分量計算得出故障相測量電流Im，進一步計算得出故障電流正序分量Iml、故障電流負序分量Im2、故障電流零序分量ImO ;判斷故障電流零序分量ImO的幅值，當| ImO |彡S1時,說明故障線路上有零序電流，則確定發生故障的類型為單相接地故障或兩相接地故障；當IlmOl ( ^時，說明故障線路上無零序電流，則確定發生故障的類型為三相短路故障或兩相短路故障；其中:ε I為零序電流的門檻值，取0.1倍額定電流；b3.當故障線路上有零序電流時，判斷故障電流正序分量Iml與故障電流負序分量Im2的幅值大小；當I Iml I與I Im2 I之差小於ε ^,確定故障類型為單相接地故障；當| Iml |與| Im2 |之差大於ε C1，確定故障類型兩相接地故障；b4.當故障線路上無零序電流時，判斷故障電流正序分量Iml與故障電流負序分量Im2的幅值大小；當Ilmll與|lm2|接近相等，確定故障類型為兩相相間短路故障；當I Iml |與Im2 I相差較大，確定故障類型三相相間短路故障。本發明步驟c所述的故障相別判斷方法如下:根據同步採樣裝置計算得出的數據以及故障電流正序分量Iml、故障電流負序分量Im2以及故障電流零序分量ImO與故障電流之間的關係，計算故障電流正序分量與故障電流負序分量之間的夾角Φ ;根據夾角值以及故障類型判斷故障相別；當故障類型為單相接地故障時，夾角位於一60°彡Φ <60°，確定故障相別為A相接地；夾角位於60° ( Φ <180°，確定故障相別為B相接地；夾角位於180° ( Φ
<300。，確定故障相別為C相接地；當故障類型為兩相接地故障時，夾角位於0°彡Φ < 120°，確定故障相別為AB相接地；夾角位於120° ( Φ < 240°，確定故障相別為BC相接地；夾角位於240° ( Φ
<360。，確定故障相別為CA相接地；當故障類型為兩相相間短路故障時，夾角位於0° ^ Φ <120°，確定故障相別為AB相相間短路；夾角位於120° ( Φ < 240°，確定故障相別為BC相相間短路；夾角位於240。( Φ < 360。，確定故障相別為AC相相間短路；當故障類型為三相相間短路時，無需判斷夾角。本發明步驟d所述的故障方向判斷根據故障類型確定，故障方向以母線為基準定義，母線出口以外的線路即送電方向為正向故障，母線出口以內的線路為反向故障；當故障線路為故障為反向故障時，不進行測距；當故障線路為正向故障時，進行測距；具體判斷方法為:當故障類型為單相接地故障時，以故障相為基準，計算故障相的負序電壓Um2與負序電流Im2的相位夾角，當80° ^arct g(Im2/Um2) ^ 130°，則確定故障為正向故障；否則為反向故障；當故障類型為兩相接地故障或兩相短路故障時，以非故障相為基準，計算非故障相的負序電壓Um2與負序電流Im2的相位夾角，當O。彡arctg(Im2/Um2)彡90° ,則確定故障為正向故障；否則為反向故障；當故障類型為三相故障時，計算線路的正序電壓Uml和正序電流Iml的相位夾角，當0°彡arctg (Iml/Uml) ( 90。,則確定故障為正向故障；否則為反向故障。本發明步驟e中所述故障點距離同步採樣裝置之間的距離Lk的計算方法如下:I)當故障類型為單相接地故障、故障為正向故障時，正序阻抗與負序阻抗相等，根據下式計算M側故障相電壓，Um=Uk+If*Zl*Lk+Iml*Zl*Lk+Im2*Z2*Lk+Im0*Z0*Lk=Uk+If*Zl*Lk+Iml*Zl*Lk+Im2*Zl*Lk+Im0*Z0*Lk+Im0*Zl*Lk-1m0*Zl*Lk=Uk+(If*+Iml+Im2+Im0)Zl*Lk+ImO*Lk(ZO-Zl)=Uk+Im*Zl*Lk+ImO*Lk(ZO-Zl)=Uk+Im*Zl*Lk+ImO*Lk*K*Zl=Uk+ (Im+K*ImO) Zl*Lk 式一式中:Um------故障相測量電壓，Im-------故障相測量電流，Lk-------故障距離，If--------故 障相負荷電流，Z1、Z2、Z0-------單位正序、負序、零序阻抗，Uk-------故障點電壓，Ik-------故障點電流，Ikl:故障電流正序分量，Ik2:故障電流負序分量，Ik3:故
障電流零序分量，R--------過度電阻，K= (ZO-Zl)/Zl根據式一求出Lk的近似值，然後採用迭代法求出Lk ；2)當故障類型為兩項相間短路故障、故障為正向故障時，根據下式計算M側故障相電壓，Umx=Ukx+IfX*ZI*Lk+ImxI*ZI*Lk+Imx2*Z2*Lk=Ukx+Imx*Zl*Lk同樣得Umy=Uky+Imy*Zl*LkUmx-Umy=Ukx+Imx*Zl*Lk-Uky-1my*Zl*Lk= (Ukx-Uky) + (Imx-1my) *Zl*Lk 式二式中:Umx、Umy--------故障相測量電壓，I mx、Imy--------故障相測量電流，根據式二求出Lk的近似值，然後採用迭代法求出Lk ；3)當故障類型為兩相接地短路故障、故障為正向故障時，根據下式計算M側故障相電壓，Umx=Ukx+IfX*Zl*Lk+Imxl*Zl*Lk+Imx2*Z2*Lk+Imx0*Z0*Lk=Ukx+Ikx*Rz+(Imx+k*ImxO)Zl*Lk同樣可得
Umy=Uky+Iky*Rz+(Imy+k*ImyO)Zl*LkUmx-Umy=Ukx-Uky+ (Imx+k*ImxO) Zl*Lk_ (Imy+k*ImyO) Zl*Lk 式三根據式三求出Lk的近似值，然後採用迭代法求出Lk ；4)當故障類型為三相短路故障、故障為正向故障時，根據下式計算M側故障相電壓，Umx=Ukx+IfX*Zl*Lk+Imxl*Zl*Lk+Imx2*Z2*Lk+Imx0*Z0*Lk=Ukx+IfX*Zl*Lk+Imxl*Zl*Lk=Ikx*R+Imx*Zl*Lk=R*Imxl/Clm+Imx*Zl*Lk 式四根據式四求出Lk的近似值，然後採用迭代法求出Lk。由於採用了上述技術方案，本發明取得的技術進步如下。本發明通過在高壓輸電線路的一端安裝同步採樣裝置，實現故障點各個參數的同步採集，並通過線路故障類型判斷、故 障相別判斷、故障方向以及故障測距四個步驟準確計算故障點的位置，對故障點進行更加精確地定位，在保證故障測距可靠性精確性的基礎上，進一步縮短故障的排除周期。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細說明。基於同步採樣裝置的輸電線路故障測距計算方法，當變電站M至變電站N之間的線路上發生線路故障時，線路故障的測距計算方法具體如下:a.在變電站M安裝同步採樣裝置，用於實時採集相鄰變電站M和變電站N之間的輸電線路上的電流和電壓，並計算故障時輸電線路的A相故障電流分量Ima、B相故障電流分量Imb和C相故障電流分量Imc。b.根據步驟a計算得出的各相故障電流分量以及輸電線路不同故障類型自身的特徵，判斷輸電線路發生的故障類型；具體判斷方法如下:bl.根據同步採樣裝置計算得出的各相故障電流分量的幅值判斷是否存在線路故障，當|lma|、ImbU Imc中至少一個值大於ε C1時，說明線路上存在故障電流；其中:ε C1為故障電流門檻值，取0.Γ0.2倍額定電流值。b2.通過A相故障電流分量、B相故障電流分量和C相故障電流分量計算得出故障相測量電流Im，進一步計算得出故障電流正序分量Iml、故障電流負序分量Im2、故障電流零序分量ImO ;判斷故障電流零序分量ImO的幅值，當| ImO |彡￡1時，說明故障線路上有零序電流，則確定發生故障的類型為單相接地故障或兩相接地故障；當IlmOl ( ^時，說明故障線路上無零序電流，則確定發生故障的類型為三相短路故障或兩相短路故障；其中:ε !為零序電流的門檻值，取0.1倍額定電流。b3.當故障線路上有零序電流時，判斷故障電流正序分量Iml與故障電流負序分量Im2的幅值大小；當Ilmll與| Im2 |之差小於ε C1，確定故障類型為單相接地故障；當
Iml與|lm2|之差大於ε。，確定故障類型兩相接地故障。b4.當故障線路上無零序電流時，判斷故障電流正序分量Iml與故障電流負序分量Im2的幅值大小；當Ilmll與| Im2 |接近相等，確定故障類型為兩相相間短路故障；當Iml I與I Im2 |相差較大，確定故障類型三相相間短路故障。c.根據步驟b計算得出的故障電流正序分量Iml和故障電流負序分量Im2計算故障電流正序分量與故障電流負序分量之間的夾角，並根據此夾角判斷輸電線路發生故障的相別；具體判斷方法如下:根據同步採樣裝置計算得出的數據以及故障電流正序分量Iml、故障電流負序分量Im2以及故障電流零序分量ImO與故障電流之間的關係，計算故障電流正序分量與故障電流負序分量之間的夾角Φ ;根據夾角值以及故障類型判斷故障相別；當故障類型為單相接地故障時，夾角位於一60°≤Φ <60°，確定故障相別為A相接地；夾角位於60° ≤ Φ <180°，確定故障相別為B相接地；夾角位於180° ≤Φ
<300。，確定故障相別為C相接地；
當故障類型為兩相接地故障時，夾角位於0°≤Φ < 120°，確定故障相別為AB相接地；夾角位於120° ≤ Φ < 240°，確定故障相別為BC相接地；夾角位於240° ≤Φ
<360。，確定故障相別為CA相接地；當故障類型為兩相相間短路故障時，夾角位於0° ≤ Φ <120°，確定故障相別為AB相相間短路；夾角位於120° ≤Φ < 240°，確定故障相別為BC相相間短路；夾角位於240。≤ Φ < 360。，確定故障相別為AC相相間短路；當故障類型為三相相間短路時，無需判斷夾角。d.根據步驟b所得出的故障類型以及步驟c所得出的故障相別，判斷故障方向；當故障線路為反向故障時，不進行測距，報告「區內無故障」；當故障線路為正向故障時，進行步驟e。步驟d所述的故障方向判斷根據故障類型確定，故障方向以母線為基準定義，母線出口以外的線路即送電方向，為正向故障，母線出口以內的線路為反向故障；當故障線路為故障為反向故障時，不進行測距，報告「區內無故障」；當故障線路為正向故障時，進行測距；具體判斷方法為:當故障類型為單相接地故障時，以故障相為基準，計算故障相的負序電壓Um2與負序電流Im2的相位夾角，當80° ≤arctg(Im2/Um2) ≤130°，則確定故障為正向故障；否則為反向故障；當故障類型為兩相接地故障或兩相短路故障時，以非故障相為基準，計算非故障相的負序電壓Um2與負序電流Im2的相位夾角，當0° ≤ arctg(Im2/Um2) ≤ 90° ,則確定故障為正向故障；否則為反向故障；當故障類型為三相故障時，計算線路的正序電壓Uml和正序電流Iml的相位夾角，當0°≤arctg (Iml/Uml) ≤ 90。,則確定故障為正向故障；否則為反向故障。e.根據同步採樣裝置採集的電壓值和電流值計算故障點到同步採樣裝置的距離Lk0I)當故障類型為單相接地故障、故障為正向故障時，正序阻抗與負序阻抗相等，根據下式計算M側故障相電壓，Um=Uk+If*Zl*Lk+Iml*Zl*Lk+Im2*Z2*Lk+Im0*Z0*Lk=Uk+If*Zl*Lk+Iml*Zl*Lk+Im2*Zl*Lk+Im0*Z0*Lk+Im0*Zl*Lk-1m0*Zl*Lk=Uk+(If*+Iml+Im2+Im0)Zl*Lk+ImO*Lk(ZO-Zl)
=Uk+Im*Zl*Lk+ImO*Lk(ZO-Zl)=Uk+Im*Zl*Lk+ImO*Lk*K*Zl=Uk+ (Im+K*ImO) Zl*Lk 式一式中:Um------故障相測量電壓，Im-------故障相測量電流，Lk-------故障距離，If--------故障相負荷電流，Z1、Z2、Z0-------單位正序、負序、零序阻抗，Uk-------故障點電壓，Im-------故障點電流，Iml:故障電流正序分量，Im2:故障電流負序分量，Im3:故
障電流零序分量，R--------過度電阻，K= (ZO-Zl)/Zl因為Uk=Im*R,所以，式一為Um=3*R*Iml/Clm+(Im+K*ImO)Zl*Lk上式兩邊乘以Clm，再乘以Iml的共扼複數以Im$表示,得到Clm*Im$*Um=Im$*3*R*Iml+(Im+3*K*ImO)Zl*Lk*Im$上式兩邊取虛部得Im(Clm*Im$*Um) =Im[ (Im+K*ImO) Zl*Lk*Im$*Clm]上式中Um、Im、ImO、Im$通過同步採樣裝置測出或求出，Clm為正序電流分布係數，Clm= (Zl*L-Zl*Lk+Znl)/(Zml+Z1*L+Znl)上式中L為變電站M和變電站N之間的線路長度，求出Lk的近似值，然後採用迭代法求出Lk ；2)當故障類型為兩項相間短路故障、故障為正向故障時，根據下式計算M側故障相電壓，Umx=Ukx+IfX*Zl*Lk+Imxl*Zl*Lk+Imx2*Z2*Lk=Ukx+Imx*Zl*Lk同樣得Umy=Uky+Imy*Zl*LkUmx-Umy=Ukx+Imx*Zl*Lk-Uky-1my*Zl*Lk= (Ukx-Uky) + (Imx-1my) *Zl*Lk 式二式中:Umx、Umy--------故障相測量電壓，I mx、Imy--------故障相測量電流，因為Ukx_Uky=Ikx*RIkzl=-1kz2Ikx= a 2*Ikzl+a *Ikz2 = j*l.732*Ikz2Ikz2=Imz2/C2m所以，式二為Umx-Umy=j*1.732*R*Imz2/C2m+(Imx-1my)*Zl*Lk上式兩邊取虛部得:
Im[j*C2m*(Umx-Umy) *Imz$] = Im[j*C2m*Imz$*(Imx-1my)*Zl*Lk]C2m= (Z2*L_Z2*Lk+Zn2) / (Zm2+Z2*L+Zn2)求出Lk的近似值，然後採用迭代法求出Lk ;3)當故障類型為兩相接地短路故障、故障為正向故障時，根據下式計算M側故障相電壓，Umx=Ukx+IfX*Zl*Lk+Imxl*Zl*Lk+Imx2*Z2*Lk+Imx0*Z0*Lk=Ukx+Ikx*Rz+(Imx+k*ImxO)Zl*Lk同樣可得Umy=Uky+Iky*Rz+(Imy+k*ImyO)ZI*LkUmx-Umy=Ukx-Uky+(Imx+k*ImxO) ZI*Lk_(Imy+k*ImyO) ZI*Lk 式三因為Ukx=Uky, ImxO=ImyO所以Umx-Umy= (Ikx-1ky) *Rz+(Imx-1my) Zl*Lk又因為Ikx= a 2*Ikzl+ a *Ikz2+IkzOIky= a *Ikzl+a 2*Ikz2+IkzOIkx_Iky=-j*l.732*(Ikzl_Ikz2)Ikz2=Imz2/ClmIkzl=Imzl/Clm所以Umx-Umy=-j*l.732* (Imzl_Imz2)/Clm*Rz+(Imx-1my) Zl*Lk兩邊取虛部得Im[(Umx-Umy) *j*Clm*(Imz1$-1mz2$)]=Im[j*Clm*(Imzl$_Imz2$)*(Imx-1my)Zl*Lk]求出Lk的近似值,然後採用迭代法求出Lk ;4)當故障類型為三相短路故障、故障為正向故障時，根據下式計算M側故障相電壓，Umx=Ukx+Ifx*Zl*Lk+Imxl*Zl*Lk+Imx2*Z2*Lk+Imx0*Z0*Lk=Ukx+Ifx*Zl*Lk+Imxl*Zl*Lk=Ikx*R+Imx*Zl*Lk=R*Imxl/Clm+Imx*Zl*Lk 式四上式兩邊乘以Clm，再乘以Iml的共扼複數以Im$表示，然後去虛部得Im[Clm*Umx*Imx$]=Im[Clm*Imx$*Imx*Zl*Lk]求出Lk的近似值,然後採用迭代法求出Lk。具體實施例本實施例是一種基於同步採樣裝置的輸電線路故障測距計算方法，變電站M與變電站N之間的輸電線路長度為400km，輸電線路的額定電流為1A，CT變比2500。輸電線路的單位if序陽杭:0.0195+iQ.25:單位零序陽杭:0.1828+i0.86。a.將同步採樣裝置安裝在變電站M中，用於實時採集相鄰變電站M和變電站N之間的輸電線路上的電流和電壓。Stl為故障電流門檻值，本實施例中^取0.2倍額定電流值一次側額定電流值為: Ie=L 414*2500*1 = 3535A
故障電流門檻值ε Q=0.2*Ie=707Aε I為零序電流門檻值，取0.1倍額定電流零序電流門檻值ε 1=0.1*3535=353.5Α當變電站M與變電站N之間的輸電線路上發生了線路故障，同步採樣裝置對採集的數據進行計算，得出故障線路中故障時刻前後的各相線路故障電流分量。輸電線路故障前後，同步採樣裝置採集各相線路的數據如下:故障前各相線路電流值(A):Ila=-685.6+J425.5 ；Ilb=706.8+j364.9 ；Ilc=_33.7_j801.3。故障後各相線路電流值㈧:I2a=1848.4-J7303.6 ；I2b=665.3+j312.6 ；I2c=_6.0_j820.9。根據故障電流分量為故障後電流值與故障前電流值的差值，可以求得A 相故障電流分量:Ima=I2a-1la=2534.0_j7729.11 Ima | =8133.9B 相故障電流分量:1mb=I2b-1lb=_41.5_j52.3 I Imb I =66.8C 相故障電流分量:Imc=I2c-1lc=27.7_jl9.6 | Imc | =34.0故障後各相線路的電壓值(kV):Ula=286.0-J86.3 ；Ulb=-236.7-j301.6 ；Ulc=_142.2+j355.4。bl.通過上述計算得知:A相故障電流分量I Ima|=8133.9,大於故障電流門濫值707A，說明線路存在故障。b2.通過A相故障電流分量、B相故障電流分量和C相故障電流分量計算得出故障相測量電流Im，進一步根據故障電流正序分量Iml、故障電流負序分量Im2、故障電流零序分量ImO與故障電流之間的關係計算故障線路中的故障電流正序分量Iml、故障電流負序分量Im2以及故障電流零序分量ImO:故障電流正序分量:Iml=Clm*Im=856.4-j2584.4 Iml =2722.6故障電流負序分量:Im2=C2m*Im=837.5-j2544.4 | Im2 | =2678.7通過計算得出:故障前輸電線路的零序電流為I10=-42_j36故障後輸電線路的零序電流為120=836.0-J2604.0故障電流零序分量:Im0=I20-110=840.2-j2607.6 | ImO | =2733.3通過上述計算得知:故障電流零序分量I ImO I =2733.3,大於零序電流門濫值353.5A，說明故障線路上有零序電流.
b3.並且I |lml|-|lm2| I =43.9，小於故障電流門檻值707A，確定故障類型為單相接地故障。c.根據同步採樣裝置計算得出的數據以及故障電流正序分量Iml、故障電流負序分量Im2以及故障電流零序分量ImO與故障電流之間的關係，計算故障電流正序分量與故障電流負序分量之間的夾角Φ=_0.1°，位於一60°飛0°之間，確定故障線路為A相接地。d.以A相為基準，計算A相的負序電壓Um2與負序電流Im2的相位夾角，arctg(Im2/Um2) =89.6° ,該相位夾角位於80° 130°之間，因此為正向故障。
e.綜上，可知變電站M與變電站N之間的輸電線路上A相線路發生了單相接地故障，此時正序阻抗與負序阻抗相等，根據下式計算M側故障相電壓:Um=Uk+If*Zl*Lk+Iml*Zl*Lk+Im2*Z2*Lk+Im0*Z0*Lk=Uk+If*Zl*Lk+Iml*Zl*Lk+Im2*Zl*Lk+Im0*Z0*Lk+Im0*Zl*Lk-1m0*Zl*Lk=Uk+(If*+Iml+Im2+Im0)Zl*Lk+ImO*Lk(ZO-Zl)=Uk+Im*Zl*Lk+ImO*Lk(ZO-Zl)=Uk+Im*Zl* Lk+ImO*Lk*K*Zl=Uk+ (Im+K*ImO) Zl*Lk 式一式中:Im-------故障相測量電流，Lk-------故障距離，If--------故障相負荷電流，Uk-------故障點電壓，R--------過度電阻，K= (ZO-Zl)/Zl因為Uk=Im*R,所以，式一為Um=3*R*Iml/Clm+(Im+K*ImO)Zl*Lk上式兩邊乘以Clm，再乘以Iml的共扼複數以Im$表示,得到Clm*Im$*Um=Im$*3*R*Iml+(Im+3*K*ImO)Zl*Lk*Im$上式兩邊取虛部得Im(Clm*Im$*Um) =Im[ (Iml+K*ImO) Zl*Lk*Im$*Clm]上式中Um、Im、ImO、Im$通過同步採樣裝置測出或求出，Clm為正序電流分布係數，Clm= (Zl*L-Zl*Lk+Znl)/(Zml+Z1*L+Znl)上式中L為變電站M和變電站N之間的線路長度，求出Lk的近似值，然後採用迭代法求出Lk ；根據以上計算結果:Iml---是故障電流正序分量Iml=856.4-j2584.4ImO是故障電流零序分量 Im0=840.2-j2607.6Im$是故障電流正序分量Iml的共軛，值為856.4+J2584.4UmA 相故障電壓 Ula，值為 286.0_j86.3 ；K= (ZO-Zl)/Zl，其中ZO是零序阻抗，Zl是正序阻抗，計算得出K=2.48-j0.46Clm的幅角很小，近似實數。忽略Clm，計算Lk的近似值Im(Im$*Um) =Im[ (Iml+K*ImO) Zl*Lk*Im$]左邊=Im$*Um=46793800+j66536200右邊=(Iml+K*ImO)Zl*Im$=2026800+j9615990Lk=左式虛部/右式虛部=69.19km實際測量的故障點至變電站M的距離為70km。誤差率(69.19-70)/70=-1.2%滿足國標中誤差絕對值小於5%的要求。
權利要求
1.基於同步採樣裝置的輸電線路故障測距計算方法，其特徵在於包括以下步驟: a.在變電站M安裝同步採樣裝置，用於實時採集相鄰變電站M和變電站N之間的輸電線路上的電流和電壓，並計算故障時輸電線路的A相故障電流分量Ima、B相故障電流分量Imb和C相故障電流分量Imc ； b.根據步驟a計算得出的各相故障電流分量以及輸電線路不同故障類型自身的特徵計算輸電線路的故障電流正序分量Iml、故障電流負序分量Im2以及故障電流零序分量ImO，並輸電線路的故障電流正序分量Iml、故障電流負序分量Im2以及故障電流零序分量ImO判斷輸電線路發生的故障類型； c.根據步驟b計算得出的故障電流正序分量Iml和故障電流負序分量Im2計算故障電流正序分量與故障電流負序分量之間的夾角，並根據此夾角判斷輸電線路發生故障的相別； d.根據步驟b所得出的故障類型以及步驟c所得出的故障相別，判斷故障線路的故障方向；當故障線路為反向故障時，不進行測距；當故障線路為正向故障時，進行步驟e ; e.根據同步採樣裝置採集的電壓值和電流值計算故障點到同步採樣裝置的距離Lk。
2.根據權利要求1所述的基於同步採樣裝置的輸電線路故障測距計算方法，其特徵在於步驟b所述的故障類型判斷方法如下: bl.根據同步採樣裝置計算得出的各相故障電流分量的幅值判斷是否存在線路故障，當|lma|、|lmb|、Ilmcl中至少一個值大於ε。時，說明線路上存在故障電流； 其中:ε ^為故障電流門檻值，取0.Γ0.2倍額定電流值； b2.通過A相故障電流分量、B相故障電流分量和C相故障電流分量計算得出故障相測量電流Im,進一步計算得出故 障電流正序分量Iml、故障電流負序分量Im2、故障電流零序分量ImO ;判斷故障電流零序分量ImO的幅值，當| ImO |彡ε i時，說明故障線路上有零序電流，則確定發生故障的類型為單相接地故障或兩相接地故障；當IlmOl ( ^時，說明故障線路上無零序電流，則確定發生故障的類型為三相短路故障或兩相短路故障； 其中:ε i為零序電流的門檻值，取0.1倍額定電流； b3.當故障線路上有零序電流時，判斷故障電流正序分量Iml與故障電流負序分量Im2的幅值大小； 當I Iml I與|lm2|之差小於ε。，確定故障類型為單相接地故障；當| Iml |與| Im2 |之差大於ε C1，確定故障類型兩相接地故障； b4.當故障線路上無零序電流時,判斷故障電流正序分量Iml與故障電流負序分量Im2的幅值大小； 當Iml與Im2接近相等，確定故障類型為兩相相間短路故障；當Iml與Im2相差較大，確定故障類型三相相間短路故障。
3.根據權利要求2所述的基於同步採樣裝置的輸電線路故障測距計算方法，其特徵在於步驟c所述的故障相別判斷方法如下: 根據同步採樣裝置計算得出的數據以及故障電流正序分量Iml、故障電流負序分量Im2以及故障電流零序分量ImO與故障電流之間的關係，計算故障電流正序分量與故障電流負序分量之間的夾角Φ ;根據夾角值以及故障類型判斷故障相別； 當故障類型為單相接地故障時，夾角位於一 60° <Φ<60°，確定故障相別為A相接地；夾角位於60°彡Φ<180°，確定故障相別為B相接地；夾角位於180° ^ Φ <300°，確定故障相別為C相接地； 當故障類型為兩相接地故障時，夾角位於0° ( Φ <120°，確定故障相別為AB相接地；夾角位於120° ( Φ < 240°，確定故障相別為BC相接地；夾角位於240° ( Φ<360。，確定故障相別為CA相接地； 當故障類型為兩相相間短路故障時，夾角位於0° ( Φ <120°，確定故障相別為AB相相間短路；夾角位於120° ( Φ < 240°，確定故障相別為BC相相間短路；夾角位於240。( Φ < 360。，確定故障相別為AC相相間短路； 當故障類型為三相相間短路時，無需判斷夾角。
4.根據權利要求2所述的基於同步採樣裝置的輸電線路故障測距計算方法，其特徵在於:步驟d所述的故障方向判斷根據故障類型確定，故障方向以母線為基準定義，母線出口以外的線路即送電方向為正向故障，母線出口以內的線路為反向故障；當故障線路為故障為反向故障時，不進行測距；當故障線路為正向故障時，進行測距；具體判斷方法為: 當故障類型為單相接地故障時，以故障相為基準，計算故障相的負序電壓Um2與負序電流Im2的相位夾角，當80。( arctg(Im2/Um2) ( 130。，則確定故障為正向故障；否則為反向故障； 當故障類型為兩相接地故障或兩相短路故障時，以非故障相為基準，計算非故障相的負序電壓Um2與負序電流Im2的相位夾角，當0°彡arctg(Im2/Um2) ( 90° ,則確定故障為正向故障；否則為反向故障； 當故障類型為三相故障時，計算線路的正序電壓Uml和正序電流Iml的相位夾角，當O。^ arctg(Iml/Uml) ^ 90° ,則確定故障為正向故障；否則為反向故障。
5.根據權利要求4所述的基於同步採樣裝置的輸電線路故障測距計算方法，其特徵在於步驟e中所述故障點距離同步採樣裝置之間的距離Lk的計算方法如下: I)當故障類型為單相接地故障、故障為正向故障時，正序阻抗與負序阻抗相等，根據下式計算M側故障相電壓，Um=Uk+If*Zl*Lk+Iml*Zl*Lk+Im2*Z2*Lk+Im0*Z0*Lk=Uk+If*Zl*Lk+Iml*Zl*Lk+Im2*Zl*Lk+Im0*Z0*Lk+Im0*Zl*Lk-1m0*Zl*Lk=Uk+(If*+Iml+Im2+Im0)Zl*Lk+ImO*Lk(ZO-Zl)=Uk+Im*Zl*Lk+ImO*Lk(ZO-Zl)=U k+Im*Zl*Lk+ImO*Lk*K*Zl=Uk+ (Im+K*ImO) Zl*Lk 式一 式中:Um------故障相測量電壓， Im-------故障相測量電流， Lk-------故障距離， If--------故障相負荷電流， Zl、Z2、ZO-------單位正序、負序、零序阻抗， Uk-------故障點電壓， Ik-------故障點電流， Ikl:故障電流正序分量，Ik2:故障電流負序分量，Ik3:故障電流零序分量，R--------過度電阻，K= (ZO-Zl)/Zl 根據式一求出Lk的近似值，然後採用迭代法求出Lk ； 2)當故障類型為兩項相間短路故障、故障為正向故障時，根據下式計算M側故障相電壓，Umx=Ukx+IfX*Zl*Lk+Imxl*Zl*Lk+Imx2*Z2*Lk=Ukx+Imx*Zl*Lk 同樣得 Umy=Uky+Imy*Zl*LkUmx-Umy=Ukx+Imx*Zl*Lk-Uky-1my*Zl*Lk=(Ukx-Uky) + (Imx-1my) *Zl*Lk 式二 式中:Umx、Umy--------故障相測量電壓， I mx、Imy--------故障相測量電流， 根據式二求出Lk的近似值，然後採用迭代法求出Lk ； 3)當故障類型為兩相接地短路故障、故障為正向故障時，根據下式計算M側故障相電壓，Umx=Ukx+IfX*Zl*Lk+Imx1*Zl*Lk+Imx2*Z2*Lk+Imx0*Z0*Lk=Ukx+Ikx*Rz+(Imx+k*ImxO)Zl*Lk 同樣可得Umy=Uky+Iky*Rz+(Imy+k*ImyO)Zl*LkUmx-Umy=Ukx-Uky+ (Imx+k*ImxO) Zl*Lk_ (Imy+k*ImyO) Zl*Lk 式三根據式三求出Lk的近似值，然後採用迭代法求出Lk ； 4)當故障類型為三相短路故障、故障為正向故障時，根據下式計算M側故障相電壓， Umx=Ukx+IfX*Zl*Lk+Imx1*Zl*Lk+Imx2*Z2*Lk+Imx0*Z0*Lk=Ukx+IfX*ZI*Lk+ImxI*ZI*Lk=Ikx*R+Imx*Zl*Lk =R*Imxl/Clm+Imx*Zl*Lk 式四 根據式四求出Lk的近似值，然後採用迭代法求出Lk。
全文摘要
本發明公開了一種基於同步採樣裝置的輸電線路故障測距計算方法，包括以下步驟a.計算故障時輸電線路的故障電流分量；b.計算輸電線路的故障電流正序分量、故障電流負序分量以及故障電流零序分量，並判斷輸電線路發生的故障類型；c.計算故障電流正序分量與故障電流負序分量之間的夾角，並判斷輸電線路發生故障的相別；d.判斷故障線路的故障方向；e.根據同步採樣裝置採集的電壓值和電流值計算故障點到同步採樣裝置的距離Lk。本發明能夠準確計算故障點的位置，對故障點進行更加精確地定位，在保證故障測距可靠性精確性的基礎上，進一步縮短故障的排除周期。
文檔編號G01R31/08GK103149502SQ201310053590
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月20日 優先權日2013年2月20日
發明者胡勇濤, 羅湘玲 申請人:保定浪拜迪電氣股份有限公司