利用暫態主頻分量的配網電纜單相接地故障測距方法
2023-05-20 08:44:56 1
利用暫態主頻分量的配網電纜單相接地故障測距方法
【專利摘要】傳統的線路雙曲函數模型多用於工頻穩態量的相量計算，本文利用拉氏變換將該模型進行了改進，結合配網電纜單相接地故障後的零模網絡，提出了一種利用暫態主頻量的單端測距算法，並分別通過頻域法和時域法的求解，得到了故障距離。其中，頻域法消除了過渡電阻的影響，時域法利用採樣點的冗餘性進行了結果優化。大量的EMTP仿真實驗結果，驗證了該方法的正確性，且不受過渡電阻、中性點運行方式、故障初始角等因素的影響，其測距的最大相對誤差小於0.231%，平均測距誤差小於20米，能夠滿足實際工程需求。
【專利說明】利用暫態主頻分量的配網電纜單相接地故障測距方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及配網電纜單相接地故障測距技術，具體設計一種利用暫態主頻分量的配網電纜單相接地故障測距方法。
【背景技術】
[0002]隨著國民經濟的高速發展和城市電網改造工作的開展，各種類型的電力電纜在高低壓輸配電上得到了廣泛的應用，其數量越來越多，許多城市的IOkV配電線路幾乎全部採用電力電纜供電，部分大城市的IIOkV城市環網也開始進行「下地」改造。同架空線相比，電力電纜具有供電可靠性高，不受地面事物和空間的影響，不受惡劣氣候和鳥類侵害，隱蔽、安全、耐用，防潮，防腐和防損傷等優點。
[0003]但是隨著電力電纜的大量投運、負荷的不斷增長等原因，電力電纜故障出現的情況越來越多，電力電纜的故障直接影響到整個電力系統的安全穩定運行。因此，對電力系統電纜線路故障進行準確的定位是保證電力系統安全穩定運行的有效途徑之一。在這個前提下，配網電纜故障測距原理的研究和相關裝置的開發就有著重要的理論意義和實用價值。
[0004]目前，大約80%的電纜故障是單相接地故障，遠遠高於兩相接地短路、相間短路等故障發生率，這個特徵就決定了配網電纜故障定位研究的重點就是對電纜的單相接地故障的定位方法的研究。我國中低壓電網普遍採用的是中性點非有效接地方式(中性點不接地或經消弧線圈接地)，這種運行方式的優點在於發生單相接地故障後，線電壓及三相負荷電流可以繼續保持對稱，不必馬上跳閘，能夠帶故障運行一段時間，尤其是採用中性點經消弧線圈接地方式時，可以自行消除瞬間的單相接地故障，從而減少了停電事故，提高了供電可靠性。但需要注意的是故障後非故障相電壓要升高3倍，長期帶故障運行會破壞線路絕緣，從而導致更嚴重的相間故障。因此，配電網電纜線路故障，尤其是單相接地故障的準確定位，不僅對修複線路和保證可靠供電，而且對保證整個電力系統的安全穩定和經濟運行都有十分重要的作用。
[0005]為解決配電網電纜故障的準確定位問題，目前的方法主要有兩大類:
[0006](I)行波法:其基本原理是識別行波波頭，根據其到達測量點的時間，結合行波波速進行故障測距。但由於配電網分支多、結構複雜、線路較短等原因，行波法在配電網中的應用還有待研究；
[0007](2)故障分析法:根據其採用電氣量的多少，又可分為雙端法和單端法。雙端法主要基於從線路兩端推算到故障點處，電壓相等的原理構建測距方程，其原理簡單、可靠，但受雙端非同步採樣、系統通信設備的制約。另外，故障後的穩態殘流微弱，信號不易提取。
[0008]因此，目前研究的熱點是利用故障後的暫態信息進行單端法的故障測距。現有的方法主要基於暫態信號的特徵頻段(SFB)和利用沿線FTU作為檢測點，進行故障選線和區段定位。
【發明內容】
[0009]傳統的線路雙曲函數模型多用於工頻穩態量的相量計算，本發明的目的是利用拉氏變換將該模型進行了改進，結合配網電纜單相接地故障後的零模網絡，提出了一種利用暫態主頻量的單端測距算法，並分別通過頻域法和時域法的求解，得到了故障距離。其中，頻域法消除了過渡電阻的影響，時域法利用採樣點的冗餘性進行了結果優化。
[0010]本發明具體為一種利用暫態主頻分量的配網電纜單相接地故障測距方法，包括有如下步驟:
[0011]步驟(1)、採樣故障電纜線路首端(M端)的三相暫態電流信號
(t)和三相暫態電壓信號Uma (t)、um (t),uMC (t)。數據的採樣頻率為10kHz，時間窗為故障後的半周波(IOms)；
[0012]步驟(2)、求取故障電纜線路首端電壓的O模分量Umci (t)和電流的O模分量iM(l(t):
[0013]①、對步驟(1)中，採樣得到的故障電纜線路的首端三相暫態電壓信號序列值Uma(t)、Umb (t)、uMC (t)進行Karenbuaer相模變換,得到故障電纜線路首端電壓的O模分量Umo (t)，具體的變換矩陣如下:
【權利要求】
1.一種利用暫態主頻分量的配網電纜單相接地故障測距方法，包括有如下步驟: 步驟(1)、採樣故障電纜線路首端(M)的三相暫態電流信號iM(t)、iMC (t)和三相暫態電壓信號Uma (t)、UM (t)、UMC (t); 步驟(2)、求取故障電纜線路首端電壓的O模分量Umci (t)和電流的O模分量iM(l (t): ①、對步驟(1)中，採樣得到的故障電纜線路的首端三相暫態電壓信號序列值Uma(t)、Umb (t)>uMC (t)進行Karenbuaer相模變換,得到故障電纜線路首端電壓的O模分量uM(l (t),具體的變換矩陣如下:
2.如權利要求1所述的利用暫態主頻分量的配網電纜單相接地故障測距方法，其特徵在於步驟(6)中，結合步驟(4)、步驟(5)中故障線路的零模等效網絡及零模電壓電流的象函數表達式，推導並得到單端主頻的象函數測距方程，方法如下: 藉助O模網絡及電流分布圖，以零模電流的實際流向為參考方向，得到故障線路的零豐旲等效網絡: 故障電纜線路首端(M)的電壓電流象函數滿足:
Umo (s) -Zeq (s).Imo (s) 同時，由單相接地的特徵，可將故障埠的零模電壓象函數表示為:
Uf0 (X，s) =-Ua (s) -1f0 (X，s) Rf 式中，Ua(S)為零序網絡故障埠的虛擬電壓象函數； 假設故障點距離首端(M)的距離為x(km)，由線路分布參數模型，首端(M)零序電壓電流與故障埠零序電壓的關係為:
Uf0 (X，s) =Umo (s) ch Y (s) x+IM0 (s) Zc (s) sh y (s) x
因此，由上式可得單端測距方程的象函數表達式:
3.如權利要求1所述的利用暫態主頻分量的配網電纜單相接地故障測距方法，其特徵在於所述頻域法求解該單端主頻測距方程為: 經大量的仿真和實踐證實，故障點下遊的零模電流較小，因此故障支路零模電流、故障埠左側零模電流、首端(M)所測得的零模電流近似相等，且暫態主頻成分更為接近，故有:
Cf.Imo (S) & IMfo (S) & Ifo (x，s)其中，Cf為測量端零模電流的修正係數，其值> 1，則單端暫態主頻測距方程式可簡化為:
4.如權利要求1所述的利用暫態主頻分量的配網電纜單相接地故障測距方法，其特徵在於所述時域法求解該單端主頻測距方程原理如下: 對單端主頻測距方程的兩側進行拉氏反變換，進一步得到關於x、Rf、I皿、δ fZ的主頻時域方程為:
【文檔編號】G01R31/08GK103941147SQ201310652581
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年12月5日
【發明者】唐昆明, 黃翰, 馮彥, 唐辰旭, 胡建, 楊偉, 康麗紅, 陳洪波, 孫小江 申請人:國家電網公司, 重慶新世傑電氣股份有限公司, 國網重慶市電力公司璧山供電分公司