CN103149502A - 基于同步采样装置的输电线路故障测距计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于同步采样装置的输电线路故障测距计算方法,包括以下步骤:a.计算故障时输电线路的故障电流分量;b.计算输电线路的故障电流正序分量、故障电流负序分量以及故障电流零序分量,并判断输电线路发生的故障类型;c.计算故障电流正序分量与故障电流负序分量之间的夹角,并判断输电线路发生故障的相别;d.判断故障线路的故障方向;e.根据同步采样装置采集的电压值和电流值计算故障点到同步采样装置的距离Lk。本发明能够准确计算故障点的位置,对故障点进行更加精确地定位,在保证故障测距可靠性精确性的基础上,进一步缩短故障的排除周期。
Description
技术领域
本发明涉及电力***中的一种测距方法,特别是一种输电线路故障点的测距方法。
背景技术
电力***中输变电设施故障中,输电线路的故障占了绝大多数。输电线路故障后,如何快速准确地找到故障点并正确判断出故障类型,是输电线路专业人员最关心的问题。初步判断故障点及故障类型,可以通过保护动作情况、保护测距、故障录波图、气象条件、运行环境等进行,准确判断则要在找到故障点后根据故障现象、故障点位置等进行。
高压输电线路发生故障后,在故障点将产生向两端运行的暂态行波,暂态行波在传播过程汇总遇到不均匀介质时,会发生折射和反射。因此人们便通过对暂态行波中所包含的故障信息进行分析来实现对故障点的定位。在现有的行波测距方法中,波头到达时刻和行波波速是影响测距精度的两大主要因素,但是现有的行波测距方法中需要借助互感器辅助测量进行计算,而传统的互感器由于受频带的限制,使行波波头的测量存在较大误差,影响故障测距的精度,降低定位的可靠性。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种输电线路故障测距方法,能够准确计算故障点的位置,对故障点进行精确定位,以便于缩短故障排除周期。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案如下。
基于同步采样装置的输电线路故障测距计算方法,包括以下步骤:
a.在变电站M安装同步采样装置,用于实时采集相邻变电站M和变电站N之间的输电线路上的电流和电压,并计算故障时输电线路的A相故障电流分量Ima、B相故障电流分量Imb和C相故障电流分量Imc;
b.根据步骤a计算得出的各相故障电流分量以及输电线路不同故障类型自身的特征计算输电线路的故障电流正序分量Im1、故障电流负序分量Im2以及故障电流零序分量Im0,并输电线路的故障电流正序分量Im1、故障电流负序分量Im2以及故障电流零序分量Im0判断输电线路发生的故障类型;
c.根据步骤b计算得出的故障电流正序分量Im1和故障电流负序分量Im2计算故障电流正序分量与故障电流负序分量之间的夹角,并根据此夹角判断输电线路发生故障的相别;
d.根据步骤b所得出的故障类型以及步骤c所得出的故障相别,判断故障线路的故障方向;当故障线路为反向故障时,不进行测距;当故障线路为正向故障时,进行步骤e;
e.根据同步采样装置采集的电压值和电流值计算故障点到同步采样装置的距离Lk。
本发明步骤b所述的故障类型判断方法如下:
b1.根据同步采样装置计算得出的各相故障电流分量的幅值判断是否存在线路故障,当|Ima|、|Imb|、|Imc|中至少一个值大于ε0时,说明线路上存在故障电流;
其中:ε0为故障电流门槛值,取0.1~0.2倍额定电流值;
b2.通过A相故障电流分量、B相故障电流分量和C相故障电流分量计算得出故障相测量电流Im,进一步计算得出故障电流正序分量Im1、故障电流负序分量Im2、故障电流零序分量Im0;判断故障电流零序分量Im0的幅值,当|Im0|≥ε1时,说明故障线路上有零序电流,则确定发生故障的类型为单相接地故障或两相接地故障;当|Im0|≤ε1时,说明故障线路上无零序电流,则确定发生故障的类型为三相短路故障或两相短路故障;
其中:ε1为零序电流的门槛值,取0.1倍额定电流;
b3.当故障线路上有零序电流时,判断故障电流正序分量Im1与故障电流负序分量Im2的幅值大小;
当|Im1|与|Im2|之差小于ε0,确定故障类型为单相接地故障;当|Im1|与|Im2|之差大于ε0,确定故障类型两相接地故障;
b4.当故障线路上无零序电流时,判断故障电流正序分量Im1与故障电流负序分量Im2的幅值大小;
当|Im1|与|Im2|接近相等,确定故障类型为两相相间短路故障;当|Im1|与|Im2|相差较大,确定故障类型三相相间短路故障。
本发明步骤c所述的故障相别判断方法如下:
根据同步采样装置计算得出的数据以及故障电流正序分量Im1、故障电流负序分量Im2以及故障电流零序分量Im0与故障电流之间的关系,计算故障电流正序分量与故障电流负序分量之间的夹角ф;根据夹角值以及故障类型判断故障相别;
当故障类型为单相接地故障时,夹角位于—60°≤ф<60°,确定故障相别为A相接地;夹角位于60°≤ф<180°,确定故障相别为B相接地;夹角位于180°≤ф<300°,确定故障相别为C相接地;
当故障类型为两相接地故障时,夹角位于0°≤ф<120°,确定故障相别为AB相接地;夹角位于120°≤ф<240°,确定故障相别为BC相接地;夹角位于240°≤ф<360°,确定故障相别为CA相接地;
当故障类型为两相相间短路故障时,夹角位于0°≤ф<120°,确定故障相别为AB相相间短路;夹角位于120°≤ф<240°,确定故障相别为BC相相间短路;夹角位于240°≤ф<360°,确定故障相别为AC相相间短路;
当故障类型为三相相间短路时,无需判断夹角。
本发明步骤d所述的故障方向判断根据故障类型确定,故障方向以母线为基准定义,母线出口以外的线路即送电方向为正向故障,母线出口以内的线路为反向故障;当故障线路为故障为反向故障时,不进行测距;当故障线路为正向故障时,进行测距;具体判断方法为:
当故障类型为单相接地故障时,以故障相为基准,计算故障相的负序电压Um2与负序电流Im2的相位夹角,当80°≤arctg(Im2/Um2)≤130°,则确定故障为正向故障;否则为反向故障;
当故障类型为两相接地故障或两相短路故障时,以非故障相为基准,计算非故障相的负序电压Um2与负序电流Im2的相位夹角,当0°≤arctg(Im2/Um2)≤90°,则确定故障为正向故障;否则为反向故障;
当故障类型为三相故障时,计算线路的正序电压Um1和正序电流Im1的相位夹角,当0°≤arctg(Im1/Um1)≤90°,则确定故障为正向故障;否则为反向故障。
本发明步骤e中所述故障点距离同步采样装置之间的距离Lk的计算方法如下:
1)当故障类型为单相接地故障、故障为正向故障时,正序阻抗与负序阻抗相等,根据下式计算M侧故障相电压,
Um=Uk+If*Z1*Lk+Im1*Z1*Lk+Im2*Z2*Lk+Im0*Z0*Lk
=Uk+If*Z1*Lk+Im1*Z1*Lk+Im2*Z1*Lk+Im0*Z0*Lk+Im0*Z1*Lk-Im0*Z1*Lk
=Uk+(If*+Im1+Im2+Im0)Z1*Lk+Im0*Lk(Z0-Z1)
=Uk+Im*Z1*Lk+Im0*Lk(Z0-Z1)
=Uk+Im*Z1*Lk+Im0*Lk*K*Z1
=Uk+(Im+K*Im0)Z1*Lk式一
式中:Um------故障相测量电压,
Im-------故障相测量电流,
Lk-------故障距离,
If--------故障相负荷电流,
Z1、Z2、Z0-------单位正序、负序、零序阻抗,
Uk-------故障点电压,
Ik-------故障点电流,Ik1:故障电流正序分量,Ik2:故障电流负序分量,Ik3:故障电流零序分量,
R--------过度电阻,
K=(Z0-Z1)/Z1
根据式一求出Lk的近似值,然后采用迭代法求出Lk;
2)当故障类型为两项相间短路故障、故障为正向故障时,根据下式计算M侧故障相电压,
Umx=Ukx+IfX*Z1*Lk+Imx1*Z1*Lk+Imx2*Z2*Lk
=Ukx+Imx*Z1*Lk
同样得Umy=Uky+Imy*Z1*Lk
Umx-Umy=Ukx+Imx*Z1*Lk-Uky-Imy*Z1*Lk
=(Ukx-Uky)+(Imx-Imy)*Z1*Lk式二
式中:Umx、Umy--------故障相测量电压,
I mx、Imy--------故障相测量电流,
根据式二求出Lk的近似值,然后采用迭代法求出Lk;
3)当故障类型为两相接地短路故障、故障为正向故障时,根据下式计算M侧故障相电压,
Umx=Ukx+IfX*Z1*Lk+Imx1*Z1*Lk+Imx2*Z2*Lk+Imx0*Z0*Lk
=Ukx+Ikx*Rz+(Imx+k*Imx0)Z1*Lk
同样可得
Umy=Uky+Iky*Rz+(Imy+k*Imy0)Z1*Lk
Umx-Umy=Ukx-Uky+(Imx+k*Imx0)Z1*Lk-(Imy+k*Imy0)Z1*Lk式三
根据式三求出Lk的近似值,然后采用迭代法求出Lk;
4)当故障类型为三相短路故障、故障为正向故障时,根据下式计算M侧故障相电压,
Umx=Ukx+IfX*Z1*Lk+Imx1*Z1*Lk+Imx2*Z2*Lk+Imx0*Z0*Lk
=Ukx+IfX*Z1*Lk+Imx1*Z1*Lk
=Ikx*R+Imx*Z1*Lk
=R*Imx1/C1m+Imx*Z1*Lk式四
根据式四求出Lk的近似值,然后采用迭代法求出Lk。
由于采用了上述技术方案,本发明取得的技术进步如下。
本发明通过在高压输电线路的一端安装同步采样装置,实现故障点各个参数的同步采集,并通过线路故障类型判断、故障相别判断、故障方向以及故障测距四个步骤准确计算故障点的位置,对故障点进行更加精确地定位,在保证故障测距可靠性精确性的基础上,进一步缩短故障的排除周期。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
基于同步采样装置的输电线路故障测距计算方法,当变电站M至变电站N之间的线路上发生线路故障时,线路故障的测距计算方法具体如下:
a.在变电站M安装同步采样装置,用于实时采集相邻变电站M和变电站N之间的输电线路上的电流和电压,并计算故障时输电线路的A相故障电流分量Ima、B相故障电流分量Imb和C相故障电流分量Imc。
b.根据步骤a计算得出的各相故障电流分量以及输电线路不同故障类型自身的特征,判断输电线路发生的故障类型;具体判断方法如下:
b1.根据同步采样装置计算得出的各相故障电流分量的幅值判断是否存在线路故障,当|Ima|、|Imb|、|Imc|中至少一个值大于ε0时,说明线路上存在故障电流;其中:ε0为故障电流门槛值,取0.1~0.2倍额定电流值。
b2.通过A相故障电流分量、B相故障电流分量和C相故障电流分量计算得出故障相测量电流Im,进一步计算得出故障电流正序分量Im1、故障电流负序分量Im2、故障电流零序分量Im0;判断故障电流零序分量Im0的幅值,当|Im0|≥ε1时,说明故障线路上有零序电流,则确定发生故障的类型为单相接地故障或两相接地故障;当|Im0|≤ε1时,说明故障线路上无零序电流,则确定发生故障的类型为三相短路故障或两相短路故障;其中:ε1为零序电流的门槛值,取0.1倍额定电流。
b3.当故障线路上有零序电流时,判断故障电流正序分量Im1与故障电流负序分量Im2的幅值大小;当|Im1|与|Im2|之差小于ε0,确定故障类型为单相接地故障;当|Im1|与|Im2|之差大于ε0,确定故障类型两相接地故障。
b4.当故障线路上无零序电流时,判断故障电流正序分量Im1与故障电流负序分量Im2的幅值大小;当|Im1|与|Im2|接近相等,确定故障类型为两相相间短路故障;当|Im1|与|Im2|相差较大,确定故障类型三相相间短路故障。
c.根据步骤b计算得出的故障电流正序分量Im1和故障电流负序分量Im2计算故障电流正序分量与故障电流负序分量之间的夹角,并根据此夹角判断输电线路发生故障的相别;具体判断方法如下:
根据同步采样装置计算得出的数据以及故障电流正序分量Im1、故障电流负序分量Im2以及故障电流零序分量Im0与故障电流之间的关系,计算故障电流正序分量与故障电流负序分量之间的夹角ф;根据夹角值以及故障类型判断故障相别;
当故障类型为单相接地故障时,夹角位于—60°≤ф<60°,确定故障相别为A相接地;夹角位于60°≤ф<180°,确定故障相别为B相接地;夹角位于180°≤ф<300°,确定故障相别为C相接地;
当故障类型为两相接地故障时,夹角位于0°≤ф<120°,确定故障相别为AB相接地;夹角位于120°≤ф<240°,确定故障相别为BC相接地;夹角位于240°≤ф<360°,确定故障相别为CA相接地;
当故障类型为两相相间短路故障时,夹角位于0°≤ф<120°,确定故障相别为AB相相间短路;夹角位于120°≤ф<240°,确定故障相别为BC相相间短路;夹角位于240°≤ф<360°,确定故障相别为AC相相间短路;
当故障类型为三相相间短路时,无需判断夹角。
d.根据步骤b所得出的故障类型以及步骤c所得出的故障相别,判断故障方向;当故障线路为反向故障时,不进行测距,报告“区内无故障”;当故障线路为正向故障时,进行步骤e。
步骤d所述的故障方向判断根据故障类型确定,故障方向以母线为基准定义,母线出口以外的线路即送电方向,为正向故障,母线出口以内的线路为反向故障;当故障线路为故障为反向故障时,不进行测距,报告“区内无故障”;当故障线路为正向故障时,进行测距;具体判断方法为:
当故障类型为单相接地故障时,以故障相为基准,计算故障相的负序电压Um2与负序电流Im2的相位夹角,当80°≤arctg(Im2/Um2)≤130°,则确定故障为正向故障;否则为反向故障;
当故障类型为两相接地故障或两相短路故障时,以非故障相为基准,计算非故障相的负序电压Um2与负序电流Im2的相位夹角,当0°≤arctg(Im2/Um2)≤90°,则确定故障为正向故障;否则为反向故障;
当故障类型为三相故障时,计算线路的正序电压Um1和正序电流Im1的相位夹角,当0°≤arctg(Im1/Um1)≤90°,则确定故障为正向故障;否则为反向故障。
e.根据同步采样装置采集的电压值和电流值计算故障点到同步采样装置的距离Lk。
1)当故障类型为单相接地故障、故障为正向故障时,正序阻抗与负序阻抗相等,根据下式计算M侧故障相电压,
Um=Uk+If*Z1*Lk+Im1*Z1*Lk+Im2*Z2*Lk+Im0*Z0*Lk
=Uk+If*Z1*Lk+Im1*Z1*Lk+Im2*Z1*Lk+Im0*Z0*Lk+Im0*Z1*Lk-Im0*Z1*Lk
=Uk+(If*+Im1+Im2+Im0)Z1*Lk+Im0*Lk(Z0-Z1)
=Uk+Im*Z1*Lk+Im0*Lk(Z0-Z1)
=Uk+Im*Z1*Lk+Im0*Lk*K*Z1
=Uk+(Im+K*Im0)Z1*Lk式一
式中:Um------故障相测量电压,
Im-------故障相测量电流,
Lk-------故障距离,
If--------故障相负荷电流,
Z1、Z2、Z0-------单位正序、负序、零序阻抗,
Uk-------故障点电压,
Im-------故障点电流,Im1:故障电流正序分量,Im2:故障电流负序分量,Im3:故障电流零序分量,
R--------过度电阻,
K=(Z0-Z1)/Z1
因为Uk=Im*R,所以,式一为
Um=3*R*Im1/C1m+(Im+K*Im0)Z1*Lk
上式两边乘以C1m,再乘以Im1的共扼复数以Im$表示,得到
C1m*Im$*Um=Im$*3*R*Im1+(Im+3*K*Im0)Z1*Lk*Im$
上式两边取虚部得
Im(C1m*Im$*Um)=Im[(Im+K*Im0)Z1*Lk*Im$*C1m]
上式中Um、Im、Im0、Im$通过同步采样装置测出或求出,C1m为正序电流分布系数,
C1m=(Z1*L-Z1*Lk+Zn1)/(Zm1+Z1*L+Zn1)
上式中L为变电站M和变电站N之间的线路长度,求出Lk的近似值,然后采用迭代法求出Lk;
2)当故障类型为两项相间短路故障、故障为正向故障时,根据下式计算M侧故障相电压,
Umx=Ukx+IfX*Z1*Lk+Imx1*Z1*Lk+Imx2*Z2*Lk
=Ukx+Imx*Z1*Lk
同样得Umy=Uky+Imy*Z1*Lk
Umx-Umy=Ukx+Imx*Z1*Lk-Uky-Imy*Z1*Lk
=(Ukx-Uky)+(Imx-Imy)*Z1*Lk式二
式中:Umx、Umy--------故障相测量电压,
I mx、Imy--------故障相测量电流,
因为Ukx-Uky=Ikx*R
Ikz1=-Ikz2
Ikx=α2*Ikz1+α*Ikz2=j*1.732*Ikz2
Ikz2=Imz2/C2m
所以,式二为
Umx-Umy=j*1.732*R*Imz2/C2m+(Imx-Imy)*Z1*Lk
上式两边取虚部得:
Im[j*C2m*(Umx-Umy)*Imz$]=Im[j*C2m*Imz$*(Imx-Imy)*Z1*Lk]
C2m=(Z2*L-Z2*Lk+Zn2)/(Zm2+Z2*L+Zn2)
求出Lk的近似值,然后采用迭代法求出Lk;
3)当故障类型为两相接地短路故障、故障为正向故障时,根据下式计算M侧故障相电压,
Umx=Ukx+IfX*Z1*Lk+Imx1*Z1*Lk+Imx2*Z2*Lk+Imx0*Z0*Lk
=Ukx+Ikx*Rz+(Imx+k*Imx0)Z1*Lk
同样可得
Umy=Uky+Iky*Rz+(Imy+k*Imy0)Z1*Lk
Umx-Umy=Ukx-Uky+(Imx+k*Imx0)Z1*Lk-(Imy+k*Imy0)Z1*Lk式三
因为Ukx=Uky,Imx0=Imy0
所以Umx-Umy=(Ikx-Iky)*Rz+(Imx-Imy)Z1*Lk
又因为Ikx=α2*Ikz1+α*Ikz2+Ikz0
Iky=α*Ikz1+α2*Ikz2+Ikz0
Ikx-Iky=-j*1.732*(Ikz1-Ikz2)
Ikz2=Imz2/C1m
Ikz1=Imz1/C1m
所以Umx-Umy=-j*1.732*(Imz1-Imz2)/C1m*Rz+(Imx-Imy)Z1*Lk
两边取虚部得
Im[(Umx-Umy)*j*C1m*(Imz1$-Imz2$)]
=Im[j*C1m*(Imz1$-Imz2$)*(Imx-Imy)Z1*Lk]
求出Lk的近似值,然后采用迭代法求出Lk;
4)当故障类型为三相短路故障、故障为正向故障时,根据下式计算M侧故障相电压,
Umx=Ukx+Ifx*Z1*Lk+Imx1*Z1*Lk+Imx2*Z2*Lk+Imx0*Z0*Lk
=Ukx+Ifx*Z1*Lk+Imx1*Z1*Lk
=Ikx*R+Imx*Z1*Lk
=R*Imx1/C1m+Imx*Z1*Lk式四
上式两边乘以C1m,再乘以Im1的共扼复数以Im$表示,然后去虚部得
Im[C1m*Umx*Imx$]=Im[C1m*Imx$*Imx*Z1*Lk]
求出Lk的近似值,然后采用迭代法求出Lk。
具体实施例
本实施例是一种基于同步采样装置的输电线路故障测距计算方法,变电站M与变电站N之间的输电线路长度为400km,输电线路的额定电流为1A,CT变比2500。输电线路的单位正序阻抗:0.0195+j0.25;单位零序阻抗:0.1828+j0.86。
a.将同步采样装置安装在变电站M中,用于实时采集相邻变电站M和变电站N之间的输电线路上的电流和电压。
ε0为故障电流门槛值,本实施例中ε0取0.2倍额定电流值
一次侧额定电流值为:Ie=1.414*2500*1=3535A
故障电流门槛值ε0=0.2*Ie=707A
ε1为零序电流门槛值,取0.1倍额定电流
零序电流门槛值ε1=0.1*3535=353.5A
当变电站M与变电站N之间的输电线路上发生了线路故障,同步采样装置对采集的数据进行计算,得出故障线路中故障时刻前后的各相线路故障电流分量。
输电线路故障前后,同步采样装置采集各相线路的数据如下:
故障前各相线路电流值(A):I1a=-685.6+j425.5;
I1b=706.8+j364.9;
I1c=-33.7-j801.3。
故障后各相线路电流值(A):I2a=1848.4-j7303.6;
I2b=665.3+j312.6;
I2c=-6.0-j820.9。
根据故障电流分量为故障后电流值与故障前电流值的差值,可以求得
A相故障电流分量:Ima=I2a-I1a=2534.0-j7729.1|Ima|=8133.9
B相故障电流分量:Imb=I2b-I1b=-41.5-j52.3|Imb|=66.8
C相故障电流分量:Imc=I2c-I1c=27.7-j19.6|Imc|=34.0
故障后各相线路的电压值(kV):U1a=286.0-j86.3;
U1b=-236.7-j301.6;
U1c=-142.2+j355.4。
b1.通过上述计算得知:A相故障电流分量|Ima|=8133.9,大于故障电流门槛值707A,说明线路存在故障。
b2.通过A相故障电流分量、B相故障电流分量和C相故障电流分量计算得出故障相测量电流Im,进一步根据故障电流正序分量Im1、故障电流负序分量Im2、故障电流零序分量Im0与故障电流之间的关系计算故障线路中的故障电流正序分量Im1、故障电流负序分量Im2以及故障电流零序分量Im0:
故障电流正序分量:Im1=C1m*Im=856.4-j2584.4|Im1|=2722.6
故障电流负序分量:Im2=C2m*Im=837.5-j2544.4|Im2|=2678.7
通过计算得出:故障前输电线路的零序电流为I10=-42-j36
故障后输电线路的零序电流为I20=836.0-j2604.0
故障电流零序分量:Im0=I20-I10=840.2-j2607.6|Im0|=2733.3
通过上述计算得知:故障电流零序分量|Im0|=2733.3,大于零序电流门槛值353.5A,说明故障线路上有零序电流.
b3.并且||Im1|-|Im2||=43.9,小于故障电流门槛值707A,确定故障类型为单相接地故障。
c.根据同步采样装置计算得出的数据以及故障电流正序分量Im1、故障电流负序分量Im2以及故障电流零序分量Im0与故障电流之间的关系,计算故障电流正序分量与故障电流负序分量之间的夹角ф=-0.1°,位于—60°~60°之间,确定故障线路为A相接地。
d.以A相为基准,计算A相的负序电压Um2与负序电流Im2的相位夹角,arctg(Im2/Um2)=89.6°,该相位夹角位于80°~130°之间,因此为正向故障。
e.综上,可知变电站M与变电站N之间的输电线路上A相线路发生了单相接地故障,此时正序阻抗与负序阻抗相等,根据下式计算M侧故障相电压:
Um=Uk+If*Z1*Lk+Im1*Z1*Lk+Im2*Z2*Lk+Im0*Z0*Lk
=Uk+If*Z1*Lk+Im1*Z1*Lk+Im2*Z1*Lk+Im0*Z0*Lk+Im0*Z1*Lk-Im0*Z1*Lk
=Uk+(If*+Im1+Im2+Im0)Z1*Lk+Im0*Lk(Z0-Z1)
=Uk+Im*Z1*Lk+Im0*Lk(Z0-Z1)
=Uk+Im*Z1*Lk+Im0*Lk*K*Z1
=Uk+(Im+K*Im0)Z1*Lk式一
式中:Im-------故障相测量电流,
Lk-------故障距离,
If--------故障相负荷电流,
Uk-------故障点电压,
R--------过度电阻,
K=(Z0-Z1)/Z1
因为Uk=Im*R,所以,式一为
Um=3*R*Im1/C1m+(Im+K*Im0)Z1*Lk
上式两边乘以C1m,再乘以Im1的共扼复数以Im$表示,得到
C1m*Im$*Um=Im$*3*R*Im1+(Im+3*K*Im0)Z1*Lk*Im$
上式两边取虚部得
Im(C1m*Im$*Um)=Im[(Im1+K*Im0)Z1*Lk*Im$*C1m]
上式中Um、Im、Im0、Im$通过同步采样装置测出或求出,C1m为正序电流分布系数,
C1m=(Z1*L-Z1*Lk+Zn1)/(Zm1+Z1*L+Zn1)
上式中L为变电站M和变电站N之间的线路长度,求出Lk的近似值,然后采用迭代法求出Lk;
根据以上计算结果:
Im1---是故障电流正序分量Im1=856.4-j2584.4
Im0---是故障电流零序分量Im0=840.2-j2607.6
Im$---是故障电流正序分量Im1的共轭,值为856.4+j2584.4
Um---A相故障电压U1a,值为286.0-j86.3;
K=(Z0-Z1)/Z1,其中Z0是零序阻抗,Z1是正序阻抗,计算得出K=2.48-j0.46
C1m的幅角很小,近似实数。忽略C1m,计算Lk的近似值
Im(Im$*Um)=Im[(Im1+K*Im0)Z1*Lk*Im$]
左边=Im$*Um=46793800+j66536200
右边=(Im1+K*Im0)Z1*Im$=2026800+j9615990
Lk=左式虚部/右式虚部=69.19km
实际测量的故障点至变电站M的距离为70km。误差率(69.19-70)/70=-1.2%满足国标中误差绝对值小于5%的要求。
Claims (5)
1.基于同步采样装置的输电线路故障测距计算方法,其特征在于包括以下步骤:
a.在变电站M安装同步采样装置,用于实时采集相邻变电站M和变电站N之间的输电线路上的电流和电压,并计算故障时输电线路的A相故障电流分量Ima、B相故障电流分量Imb和C相故障电流分量Imc;
b.根据步骤a计算得出的各相故障电流分量以及输电线路不同故障类型自身的特征计算输电线路的故障电流正序分量Im1、故障电流负序分量Im2以及故障电流零序分量Im0,并输电线路的故障电流正序分量Im1、故障电流负序分量Im2以及故障电流零序分量Im0判断输电线路发生的故障类型;
c.根据步骤b计算得出的故障电流正序分量Im1和故障电流负序分量Im2计算故障电流正序分量与故障电流负序分量之间的夹角,并根据此夹角判断输电线路发生故障的相别;
d.根据步骤b所得出的故障类型以及步骤c所得出的故障相别,判断故障线路的故障方向;当故障线路为反向故障时,不进行测距;当故障线路为正向故障时,进行步骤e;
e.根据同步采样装置采集的电压值和电流值计算故障点到同步采样装置的距离Lk。
2.根据权利要求1所述的基于同步采样装置的输电线路故障测距计算方法,其特征在于步骤b所述的故障类型判断方法如下:
b1.根据同步采样装置计算得出的各相故障电流分量的幅值判断是否存在线路故障,当|Ima|、|Imb|、|Imc|中至少一个值大于ε0时,说明线路上存在故障电流;
其中:ε0为故障电流门槛值,取0.1~0.2倍额定电流值;
b2.通过A相故障电流分量、B相故障电流分量和C相故障电流分量计算得出故障相测量电流Im,进一步计算得出故障电流正序分量Im1、故障电流负序分量Im2、故障电流零序分量Im0;判断故障电流零序分量Im0的幅值,当|Im0|≥ε1时,说明故障线路上有零序电流,则确定发生故障的类型为单相接地故障或两相接地故障;当|Im0|≤ε1时,说明故障线路上无零序电流,则确定发生故障的类型为三相短路故障或两相短路故障;
其中:ε1为零序电流的门槛值,取0.1倍额定电流;
b3.当故障线路上有零序电流时,判断故障电流正序分量Im1与故障电流负序分量Im2的幅值大小;
当|Im1|与|Im2|之差小于ε0,确定故障类型为单相接地故障;当|Im1|与|Im2|之差大于ε0,确定故障类型两相接地故障;
b4.当故障线路上无零序电流时,判断故障电流正序分量Im1与故障电流负序分量Im2的幅值大小;
当|Im1|与|Im2|接近相等,确定故障类型为两相相间短路故障;当|Im1|与|Im2|相差较大,确定故障类型三相相间短路故障。
3.根据权利要求2所述的基于同步采样装置的输电线路故障测距计算方法,其特征在于步骤c所述的故障相别判断方法如下:
根据同步采样装置计算得出的数据以及故障电流正序分量Im1、故障电流负序分量Im2以及故障电流零序分量Im0与故障电流之间的关系,计算故障电流正序分量与故障电流负序分量之间的夹角ф;根据夹角值以及故障类型判断故障相别;
当故障类型为单相接地故障时,夹角位于—60°≤ф<60°,确定故障相别为A相接地;夹角位于60°≤ф<180°,确定故障相别为B相接地;夹角位于180°≤ф<300°,确定故障相别为C相接地;
当故障类型为两相接地故障时,夹角位于0°≤ф<120°,确定故障相别为AB相接地;夹角位于120°≤ф<240°,确定故障相别为BC相接地;夹角位于240°≤ф<360°,确定故障相别为CA相接地;
当故障类型为两相相间短路故障时,夹角位于0°≤ф<120°,确定故障相别为AB相相间短路;夹角位于120°≤ф<240°,确定故障相别为BC相相间短路;夹角位于240°≤ф<360°,确定故障相别为AC相相间短路;
当故障类型为三相相间短路时,无需判断夹角。
4.根据权利要求2所述的基于同步采样装置的输电线路故障测距计算方法,其特征在于:步骤d所述的故障方向判断根据故障类型确定,故障方向以母线为基准定义,母线出口以外的线路即送电方向为正向故障,母线出口以内的线路为反向故障;当故障线路为故障为反向故障时,不进行测距;当故障线路为正向故障时,进行测距;具体判断方法为:
当故障类型为单相接地故障时,以故障相为基准,计算故障相的负序电压Um2与负序电流Im2的相位夹角,当80°≤arctg(Im2/Um2)≤130°,则确定故障为正向故障;否则为反向故障;
当故障类型为两相接地故障或两相短路故障时,以非故障相为基准,计算非故障相的负序电压Um2与负序电流Im2的相位夹角,当0°≤arctg(Im2/Um2)≤90°,则确定故障为正向故障;否则为反向故障;
当故障类型为三相故障时,计算线路的正序电压Um1和正序电流Im1的相位夹角,当0°≤arctg(Im1/Um1)≤90°,则确定故障为正向故障;否则为反向故障。
5.根据权利要求4所述的基于同步采样装置的输电线路故障测距计算方法,其特征在于步骤e中所述故障点距离同步采样装置之间的距离Lk的计算方法如下:
1)当故障类型为单相接地故障、故障为正向故障时,正序阻抗与负序阻抗相等,根据下式计算M侧故障相电压,
Um=Uk+If*Z1*Lk+Im1*Z1*Lk+Im2*Z2*Lk+Im0*Z0*Lk
=Uk+If*Z1*Lk+Im1*Z1*Lk+Im2*Z1*Lk+Im0*Z0*Lk+Im0*Z1*Lk-Im0*Z1*Lk
=Uk+(If*+Im1+Im2+Im0)Z1*Lk+Im0*Lk(Z0-Z1)
=Uk+Im*Z1*Lk+Im0*Lk(Z0-Z1)
=U k+Im*Z1*Lk+Im0*Lk*K*Z1
=Uk+(Im+K*Im0)Z1*Lk式一
式中:Um------故障相测量电压,
Im-------故障相测量电流,
Lk-------故障距离,
If--------故障相负荷电流,
Z1、Z2、Z0-------单位正序、负序、零序阻抗,
Uk-------故障点电压,
Ik-------故障点电流,Ik1:故障电流正序分量,Ik2:故障电流负序分量,Ik3:故障电流零序分量,
R--------过度电阻,
K=(Z0-Z1)/Z1
根据式一求出Lk的近似值,然后采用迭代法求出Lk;
2)当故障类型为两项相间短路故障、故障为正向故障时,根据下式计算M侧故障相电压,
Umx=Ukx+IfX*Z1*Lk+Imx1*Z1*Lk+Imx2*Z2*Lk
=Ukx+Imx*Z1*Lk
同样得Umy=Uky+Imy*Z1*Lk
Umx-Umy=Ukx+Imx*Z1*Lk-Uky-Imy*Z1*Lk
=(Ukx-Uky)+(Imx-Imy)*Z1*Lk式二
式中:Umx、Umy--------故障相测量电压,
I mx、Imy--------故障相测量电流,
根据式二求出Lk的近似值,然后采用迭代法求出Lk;
3)当故障类型为两相接地短路故障、故障为正向故障时,根据下式计算M侧故障相电压,
Umx=Ukx+IfX*Z1*Lk+Imx1*Z1*Lk+Imx2*Z2*Lk+Imx0*Z0*Lk
=Ukx+Ikx*Rz+(Imx+k*Imx0)Z1*Lk
同样可得
Umy=Uky+Iky*Rz+(Imy+k*Imy0)Z1*Lk
Umx-Umy=Ukx-Uky+(Imx+k*Imx0)Z1*Lk-(Imy+k*Imy0)Z1*Lk式三
根据式三求出Lk的近似值,然后采用迭代法求出Lk;
4)当故障类型为三相短路故障、故障为正向故障时,根据下式计算M侧故障相电压,
Umx=Ukx+IfX*Z1*Lk+Imx1*Z1*Lk+Imx2*Z2*Lk+Imx0*Z0*Lk
=Ukx+IfX*Z1*Lk+Imx1*Z1*Lk
=Ikx*R+Imx*Z1*Lk
=R*Imx1/C1m+Imx*Z1*Lk式四
根据式四求出Lk的近似值,然后采用迭代法求出Lk。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |