CN103076541A - 用于智能电网输电线路的故障测距方法和故障测距模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于智能电网输电线路的故障测距方法和故障测距模块，将双回线路视为单回线路进行测距，双回线上任何故障其测距均采用双回线路的电流采样值和母线电压采样值进行测距计算。本发明中故障点电压推导方程采用负序模量和变化量正序模量，能够有效地消除输电线路零序回路参数不准确对测距精度的影响。

Description

用于智能电网输电线路的故障测距方法和故障测距模块

技术领域

本发明涉及一种用于智能电网输电线路的故障测距方法。 

背景技术

目前智能电网变电站分为过程层、间隔层及站控层，一次***各间隔的电压、电流二次采样值通过过程层网络传输至客户端，传输规约为IEC61850-9-2SV报文协议。任何线路保护装置除本间隔电流采样值外还能够获取其他间隔的电流采样值及母线电压采样值。 

输电线路保护越来越多地采用基于光纤通道的纵联差动保护或纵联距离保护，输电线路任一端保护装置均能够实时获取线路对侧的电压、电流采样值。 

目前随着土地资源越来越稀缺，输电走廊更多地同杆并架双回输电线路，当输电线路上发生接地故障时受双回线的零序互感影响，很难准确计算出故障点具***置。另外当发生双回线跨线故障时，受目前故障测距原理所限也很难计算出准确的故障点位置。 

发明内容

本发明的目的是提供一种用于智能电网输电线路的故障测距方法和故障测距模块，用以解决目前故障测距原理所限也很难计算出准确的故障点位置的问题。 

为实现上述目的，本发明的方案包括： 

一种用于智能电网输电线路的故障测距方法，步骤如下： 

1）对于输电线路两侧的保护，任一侧的保护动作跳闸之后，采集两侧的电压和电流；记其中一侧保护与故障点距离为L，该侧为本侧，另一侧为对侧，线路长度为L_set； 

2）分别计算两侧的电压采样值和合成电流采样值，每侧的电压采样值取该侧母线PT电压采样值，每侧合成电流采样值为该侧的本线路与相邻线路的电流瞬时值之和； 

3）利用步骤2）得到的两侧的电压采样值和合成电流采样值，计算本侧电压向量值 

电流向量值

对侧的电压向量值

电流向量值

代入故障点电压模值计算方 程 $\begin{array}{c}\left|{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{mf}}\right|=|{\stackrel{.}{U}}_m-{\stackrel{.}{I}}_m\×\stackrel{.}{Z}\×L|\\ \left|{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{nf}}\right|=|{\stackrel{.}{U}}_n-{\stackrel{.}{I}}_n\×\stackrel{.}{Z}\×(L_{\mathrm{set}}-L)|\end{array},$ 方程中

和

为一侧电压和电流向量值，

和为另一侧电压和电流向量值。

为线路正序阻抗；令|U_mf|与|U_mf|相等，解算故障点距离本侧保护的长度L。 

任一侧的保护动作跳闸之后，两侧均开始进行测距；对于其中一侧，首先计算本侧的电压采样值和合成电流采样值，然后将得到的本侧的电压采样值和合成电流采样值传输至线路对侧，并且接收对侧的电压采样值和合成电流采样值。 

所述合成电流采样值记为i_a、i_b、i_c：i_a=i_a1+i_a2，i_b=i_b1+i_b2，i_c=i_c1+i_c2，i_a1、i_b1、i_c1分别为本线路A相、B相、C相电流瞬时采样值，i_a2、i_b2、i_c2分别为相邻线路A相、B相、C相电流瞬时采样值。 

当线路发生不对称故障时，

和

和

为负序电压工频向量和负序电流工频向量；当线路发生对称故障时，

和和

为正序电压变化量向量和电流为正序电流变化量向量。 

步骤1）中，所述任一侧的保护动作跳闸之后是故障发生后20ms后并且任一侧保护装置发出跳闸命令时。 

故障测距模块，包括：采集单元：对于输电线路两侧的保护，任一侧的保护动作跳闸之后对故障两侧的电压和电流进行采集；记其中一侧保护与故障点距离为L，该侧为本侧，另一侧为对侧，线路长度为L_set； 

转换单元：分别计算两侧的电压采样值和合成电流采样值，每侧的电压采样值取该侧母线PT电压采样值，每侧合成电流采样值为该侧的本线路与相邻线路的电流瞬时值之和； 

解算单元：利用两侧的电压采样值和合成电流采样值，计算本侧电压向量值电流向量值

对侧的电压向量值电流向量值

代入故障点电压模值计算方程  $\begin{array}{c}\left|{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{mf}}\right|=|{\stackrel{.}{U}}_m-{\stackrel{.}{I}}_m\×\stackrel{.}{Z}\×L|\\ \left|{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{nf}}\right|=|{\stackrel{.}{U}}_n-{\stackrel{.}{I}}_n\×\stackrel{.}{Z}\×(L_{\mathrm{set}}-L)|\end{array},$ 方程中

和为一侧电压和电流向量值，

和

为另一侧电 压和电流向量值。为线路正序阻抗；令|U_mf|与|U_mf|相等，解算故障点距离本侧保护的长度L。 

所述采集单元还包括通讯接口，用于发送故障两侧中其中一侧的电压采样值和合成电流采样值，接收另一侧的电压采样值和合成电流采样值。 

所述合成电流采样值记为i_a、i_b、i_c：i_a=i_a1+i_a2，i_b=i_b1+i_b2，i_c=i_c1+i_c2，i_a1、i_b1、i_c1分别为本线路A相、B相、C相电流瞬时采样值，i_a2、i_b2、i_c2分别为相邻线路A相、B相、C相电流瞬时采样值。 

当线路发生不对称故障时，

和和

为负序电压工频向量和负序电流工频向量；当线路发生对称故障时，

和

和

为正序电压变化量向量和电流为正序电流变化量向量。 

采集单元中，所述任一侧的保护动作跳闸之后是故障发生后20ms后并且任一侧保护装置发出跳闸命令时。 

在智能变电站中，线路保护装置获取双回线的电流采样值将非常容易，本发明中的测距方法将双回线路视为整体，即合成为单一回线进行故障测距，同名相电流相加作为单回线的各相电流，电压取母线PT测量电压。本发明利用线路两侧合成之后的电压和电流分别建立故障点的电压推导方程，将故障点距离保护安装处距离作为未知变量。通过线路两侧采样值分别计算的故障点电压幅值应该相同，根据这个约束条件计算出未知变量，即得出故障点距离线路保护安装处的距离。本发明利用了双回线路两侧的采样数据进行测距，并且将双回线路视为单回线路进行测距计算，能够有效地解决同杆线路跨线故障时的测距精度问题。方法中采用负序模量和变化量正序模量，能够有效地消除输电线路零序回路参数不准确对测距精度的影响。 

附图说明

图1是本发明的测距方法流程图； 

图2是迭代法计算故障点距离流程图； 

图3是实施例1的***示意图； 

图4是实施例2的***示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。 

实施例1 

如图3所示，应用于智能电网输电线路的故障测距模块包括：采集单元：对于输电线路两侧的保护，任一侧的保护动作跳闸之后对故障两侧的电压和电流进行采集；记其中一侧保护与故障点距离为L，该侧为本侧，另一侧为对侧，线路长度为L_set；转换单元：分别计算两侧的电压采样值和合成电流采样值，每侧的电压采样值取该侧母线PT电压采样值，每侧合成电流采样值为该侧的本线路与相邻线路的电流瞬时值之和；解算单元：利用两侧的电压采样值和合成电流采样值，计算本侧电压向量值电流向量值

对侧的电压向量值

电流向量值

代入故障点电压模值计算方程 $\begin{array}{c}\left|{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{mf}}\right|=|{\stackrel{.}{U}}_m-{\stackrel{.}{I}}_m\×\stackrel{.}{Z}\×L|\\ \left|{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{nf}}\right|=|{\stackrel{.}{U}}_n-{\stackrel{.}{I}}_n\×\stackrel{.}{Z}\×(L_{\mathrm{set}}-L)|\end{array},$ 方程中

和

为一侧电压和电流向量值，

和

为另一侧电压和电流向量值。为线路正序阻抗；令|U_mf|与|U_mf|相等，解算故障点距离本侧保护的长度L。 

本发明利用智能变电站中采样值信息互享优势，采用线路双端双回线的电流采样值进行准确的故障点位置计算。故障测距的触发条件为输电线路任一侧保护动作跳闸之后进行，这样可以保证当线路一侧保护装置跳闸速度较快时线路两侧仍能够进行双端测距计算。线路对侧的跳闸命令通过纵联光纤通道传输而来。故障测距触发条件满足之后，线路两侧保护装置的故障测距模块进行测距。 

实施例2 

如图4，采用冗余方式，采用两个测距模块，既增加了安全性，也能够通过比对增加测量准确性，本实施例中，故障测距独立为一个模块，集成在线路保护装置中，保护1集成测距模块1，保护2中集成测距模块2（保护是保护装置简称）中。测距模块还设有通讯接口，用于发送本侧的电压采样值和合成电流采样值，接收对侧的电压采样值和合成电流采样值。 

在线路发生故障启动后，任一侧保护装置发出跳闸命令时投入运行，并且每次故障仅运行一次。为保证测距结果计算精确，测距方案中的工频向量计算采用全周差分傅氏算法，在故障发生后20ms后并且任一侧保护装置发出跳闸命令时触发测距流程，如图1，包括： 

1、合成本侧本线路与相邻线路各相电流的采样值，本侧各间隔采样同步由过程层采集设备完成。取母线PT电压作为线路本侧电压采样值，与合成后的电流采样值一同发送至线路对侧保护装置，同时接收线路对侧发送过来的对侧的电压和电流采样值。 

i_a=i_a1+i_a2 i_b=i_b1+i_b2 i_c=i_c1+i_c2；上式中i_a1为本线路的A相电流瞬时采样值，i_a2相邻线路的A相电流瞬时采样值，B、C相以此类推。 

2、利用线路本侧的电压和合成电流采样值计算出合成单回线的电压、电流正序工频变化量和负序量。 

3、利用接收线路对侧的电压和合成电流采样值计算出合成单回线的对侧电压、电流正序工频变化量和负序量。 

4、建立故障点电压模值计算方程 

$\left|{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{mf}}\right|=|{\stackrel{.}{U}}_m-{\stackrel{.}{I}}_m\×\stackrel{.}{Z}\×L|$

$\left|{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{nf}}\right|=|{\stackrel{.}{U}}_n-{\stackrel{.}{I}}_n\×\stackrel{.}{Z}\×(L_{\mathrm{set}}-L)|$

公式中

和

为M侧（本侧）电压和电流向量值，

和

为N侧（对侧）电压和电流向量值。

为线路正序阻抗，L_set为线路长度，L为故障点距离M侧（本侧）的长度。 

公式中|U_mf|为利用M侧（本侧）向量值计算的故障点电压模值，|U_mf|为利用N侧（对侧）向量值计算的故障点电压模值，理论上两者应该相同。 

当线路发生不对称故障时，上述公式中电压为负序电压，电流为负序电流；相应的故障点电压模值计算方程为 $\begin{array}{c}\left|{\stackrel{.}{\mathrm{\ΔU}}}_{1f}\right|=|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_{1m}-{\mathrm{\Δ}\stackrel{.}{I}}_{1m}\×\stackrel{.}{Z}\×L|\\ \left|{\stackrel{.}{\mathrm{\ΔU}}}_{1f}\right|=|{\mathrm{\Δ}\stackrel{.}{U}}_{1n}-{\mathrm{\Δ}\stackrel{.}{I}}_{1n}\×\stackrel{.}{Z}\×(L_{\mathrm{set}}-L)|\end{array};$

为正序电压工频变化量向量值；为正序电流工频变化量向量值；

为负序电压工频量向量值；

为负序电流工频量向量值； 

当线路发生对称故障时，上述公式中电压为正序变化量电压，电流为正序变化量电流。 相应的故障点电压模值计算方程为 $\begin{array}{c}\left|{\stackrel{.}{U}}_{2f}\right|=|{\stackrel{.}{U}}_{2m}-{\stackrel{.}{I}}_{2m}\×\stackrel{.}{Z}\×L|\\ \left|{\stackrel{.}{U}}_{2f}\right|=|{\stackrel{.}{U}}_{2n}-{\stackrel{.}{I}}_{2n}\×\stackrel{.}{Z}\×(L_{\mathrm{set}}-L)|\end{array};$

为正序电压工频变化量向量值；

为正序电流工频变化量向量值；

为负序电压工频量向量值；为负序电流工频量向量值； 

5、利用迭代法计算故障点距离L，迭代步骤如下，如图2：（1）假定L初始值为

ΔX=L；（2）判别

是否满足；如果满足则故障点距离M侧的距离为L，测距模块停止运行；如果不满足，则继续（3）；（3）当

时，取L=L+ΔX；当

时，取

L=L-ΔX；（4）利用第（3）得到的新的L继续计算|U_mf|和|U_nf|，执行（2）。 

Claims (10)

1.一种用于智能电网输电线路的故障测距方法，其特征在于，步骤如下：

1）对于输电线路两侧的保护，任一侧的保护动作跳闸之后，采集两侧的电压和电流；记其中一侧保护与故障点距离为L，该侧为本侧，另一侧为对侧，线路长度为L_set；

2）分别计算两侧的电压采样值和合成电流采样值，每侧的电压采样值取该侧母线PT电压采样值，每侧合成电流采样值为该侧的本线路与相邻线路的电流瞬时值之和；

3）利用步骤2）得到的两侧的电压采样值和合成电流采样值，计算本侧电压向量值

电流向量值

对侧的电压向量值

电流向量值代入故障点电压模值计算方程 $\begin{array}{c}\left|{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{mf}}\right|=|{\stackrel{.}{U}}_m-{\stackrel{.}{I}}_m\×\stackrel{.}{Z}\×L|\\ \left|{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{nf}}\right|=|{\stackrel{.}{U}}_n-{\stackrel{.}{I}}_n\×\stackrel{.}{Z}\×(L_{\mathrm{set}}-L)|\end{array},$ 方程中

和

为一侧电压和电流向量值，

和为另一侧电压和电流向量值。

为线路正序阻抗；令|U_mf|与|U_mf|相等，解算故障点距离本侧保护的长度L。

2.根据权利要求1所述的故障测距方法，其特征在于，任一侧的保护动作跳闸之后，两侧均开始进行测距；对于其中一侧，首先计算本侧的电压采样值和合成电流采样值，然后将得到的本侧的电压采样值和合成电流采样值传输至线路对侧，并且接收对侧的电压采样值和合成电流采样值。

3.根据权利要求1或2所述的故障测距方法，其特征在于，所述合成电流采样值记为i_a、i_b、i_c：i_a=i_a1+i_a2，i_b=i_b1+i_b2，i_c=i_c1+i_c2，i_a1、i_b1、i_c1分别为本线路A相、B相、C相电流瞬时采样值，i_a2、i_b2、i_c2分别为相邻线路A相、B相、C相电流瞬时采样值。

4.根据权利要求1或2所述的故障测距方法，其特征在于，当线路发生不对称故障时，

和

和

为负序电压工频向量和负序电流工频向量；当线路发生对称故障时，

和

和

为正序电压变化量向量和电流为正序电流变化量向量。

5.根据权利要求1或2所述的故障测距方法，其特征在于，步骤1）中，所述任一侧的保护动作跳闸之后是故障发生后20ms后并且任一侧保护装置发出跳闸命令时。

6.实施如权利要求1所述故障测距方法的故障测距模块，其特征在于，包括：

采集单元：对于输电线路两侧的保护，任一侧的保护动作跳闸之后对故障两侧的电压和电流进行采集；记其中一侧保护与故障点距离为L，该侧为本侧，另一侧为对侧，线路长度为L_set；

转换单元：分别计算两侧的电压采样值和合成电流采样值，每侧的电压采样值取该侧母线PT电压采样值，每侧合成电流采样值为该侧的本线路与相邻线路的电流瞬时值之和；

解算单元：利用两侧的电压采样值和合成电流采样值，计算本侧电压向量值

电流向量值

对侧的电压向量值

电流向量值代入故障点电压模值计算方程 $\begin{array}{c}\left|{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{mf}}\right|=|{\stackrel{.}{U}}_m-{\stackrel{.}{I}}_m\×\stackrel{.}{Z}\×L|\\ \left|{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{nf}}\right|=|{\stackrel{.}{U}}_n-{\stackrel{.}{I}}_n\×\stackrel{.}{Z}\×(L_{\mathrm{set}}-L)|\end{array},$ 方程中

和

为一侧电压和电流向量值，

和

为另一侧电压和电流向量值。

为线路正序阻抗；令|U_mf|与|U_mf|相等，解算故障点距离本侧保护的长度L。

7.根据权利要求6所述的故障测距模块，其特征在于，所述采集单元还包括通讯接口，用于发送故障两侧中其中一侧的电压采样值和合成电流采样值，接收另一侧的电压采样值和合成电流采样值。

8.根据权利要求6或7所述的故障测距模块，其特征在于，所述合成电流采样值记为i_a、i_b、i_c：i_a=i_a1+i_a2，i_b=i_b1+i_b2，i_c=i_c1+i_c2，i_a1、i_b1、i_c1分别为本线路A相、B相、C相电流瞬时采样值，i_a2、i_b2、i_c2分别为相邻线路A相、B相、C相电流瞬时采样值。

9.根据权利要求6或7所述的故障测距模块，其特征在于，当线路发生不对称故障时，

和和为负序电压工频向量和负序电流工频向量；当线路发生对称故障时，

和

和

为正序电压变化量向量和电流为正序电流变化量向量。

10.根据权利要求6或7所述的故障测距模块，其特征在于，采集单元中，所述任一侧的保护动作跳闸之后是故障发生后20ms后并且任一侧保护装置发出跳闸命令时。

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