CN103675599A - 一种基于故障录波数据的高压直流接地极线路的频域故障测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于故障录波数据的高压直流接地极线路的频域故障测距方法，属于电力***保护和测距技术领域。基于现有故障录波数据，量测端检测到的电压电流中含有大量的谐波分量叠加在直流分量上，通过信号处理方法提取谐波主导频率成分。通过量测端电压电流推算出沿线的电压电流，根据故障点接地阻抗为纯电阻，其阻抗表达式中虚部为零这一特征得到故障测距函数，通过求解故障测距函数计算出故障距离。

Description

一种基于故障录波数据的高压直流接地极线路的频域故障测距方法

技术领域

本发明涉及一种基于故障录波数据的高压直流接地极线路的频域故障测距方法，属于电力***保护与控制技术领域。

背景技术

接地极线路是直流输电***中不可缺少的一部分，直流***换流站一般距离接地点几十到一百多千米，其间通常架设双导线并联的接地极引线。

接地极线路电压等级较低，发生线路故障概率较大，接地极线路发生故障后会影响直流双极***，不仅对直流***安全运行影响较大，而且对南方电网骨干网架稳定运行影响很大。目前，接地极线路大都装有脉冲行波测距装置，但是当接地极线路故障时，多次发生无法测距的情况。

本发明基于现有暂态故障录波数据进行故障测距。量测端检测到的电压电流中含有大量的谐波分量，通过信号处理方法提取谐波主导频率成分。利用量测端电压电流计算出沿线电压电流，并计算测量阻抗，若该点为故障点，则测量阻抗的虚部为零。

发明内容

本发明的技术方案是：一种基于故障录波数据的高压直流接地极线路的频域故障测距方法，基于现有故障录波数据，量测端检测到的电压电流中含有大量的谐波分量叠加在直流分量上，通过信号处理方法提取谐波主导频率成分，通过量测端电压电流推算出沿线的电压电流，根据故障点接地阻抗为纯电阻，其阻抗表达式中虚部为零这一特征得到故障测距函数，通过求解故障测距函数计算出故障距离。

2、根据权利要求1所述的一种基于故障录波数据的高压直流接地极线路的主导频率的测距方法，具体步骤如下：

(a)提取量测端电气量的主导频率成分：

利用信号处理方法提取频率f=600Hz作为故障主导特征频率组分进行故障测距；

(b)假设接地极线路l₂发生接地故障，利用量测端电压

和沿

计算沿线电压分布可表示为

${\stackrel{\·}{U}}_x={\stackrel{\·}{U}}_M-x\×Z{\stackrel{\·}{I}}_2,x\∈\[0,l\]---\left(1\right)$

式中

为距离量测端M的x电压，为量测端电压，为接地极线路l₂量测端电流，x为距离量测端的距离，取值范围[0，l]，l为接地极线路全长；

(c)对于RL线路模型，任意点的电流与量测端电流同相位，即

则测距方程表示为：

$\mathrm{Im}\left(Z_x\left(x\right)\right)=\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_x}{{\stackrel{\·}{I}}_x}\right)=\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_x}{{\stackrel{\·}{I}}_2}\right),x\∈\[0,l\]---\left(2\right)$

在式(2)中，

为距离量测端为x的电流

则故障距离x_f为：

x_f=Im(Z_x(x))=0 x∈[0，l]    (3)

本发明的有益效果是：

(1)本方法是基于现有故障录波数据实现故障接地极线路故障测距，不需要高采样率，易于现场实现。

(2)本测距方法仅利用单端可测的电压和电流量，无需对端的数据。

附图说明

图1为本发明接地极***图，图中，U_M为两侧端电压；U_g为极址点电压，I₁、I₂分别为接地极线路l₁和l₂量测端电流；I₃、I₄分别为接地极线路l₁和l₂极址端电流；R为接地极线路单位长度电阻；l为接地极线路总长；R_g为极址电阻；x_f为故障点到量测端的距离；

图2为本发明中量测端电压的频谱分布，图中f为频率，Hz为频率的单位，H_u(jω)为频谱的幅值，单位为kV；

图3为本发明中接地极线路l₂的量测端电流的频率分布，图中f为频率，Hz为频率的单位，H_l(jω)为频谱的幅值，单位为kA。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

一种基于故障录波数据的高压直流接地极线路的频域故障测距方法，基于现有故障录波数据，量测端检测到的电压电流中含有大量的谐波分量叠加在直流分量上，通过信号处理方法提取谐波主导频率成分，通过量测端电压电流推算出沿线的电压电流，根据故障点接地阻抗为纯电阻，其阻抗表达式中虚部为零这一特征得到故障测距函数，通过求解故障测距函数计算出故障距离。

2、根据权利要求1所述的一种基于故障录波数据的高压直流接地极线路的主导频率的测距方法，具体步骤如下：

(a)提取量测端电气量的主导频率成分：

利用信号处理方法提取频率f=600Hz作为故障主导特征频率组分进行故障测距；

(b)假设接地极线路l₂发生接地故障，利用量测端电压和沿

计算沿线电压分布可表示为

${\stackrel{\·}{U}}_x={\stackrel{\·}{U}}_M-x\×Z{\stackrel{\·}{I}}_2,x\∈\[0,l\]---\left(1\right)$

式中

为距离量测端M的x电压，

为量测端电压，为接地极线路l₂量测端电流，x为距离量测端的距离，取值范围[0，l]，l为接地极线路全长；

(c)对于RL线路模型，任意点的电流与量测端电流同相位，即

则测距方程表示为：

$\mathrm{Im}\left(Z_x\left(x\right)\right)=\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_x}{{\stackrel{\·}{I}}_x}\right)=\mathrm{Im}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_x}{{\stackrel{\·}{I}}_2}\right),x\∈\[0,l\]---\left(2\right)$

在式(2)中，

为距离量测端为x的电流

则故障距离x_f为：

x_f=Im(Z_x(x))=0 x∈[0，l]    (3)

实施例1：±800kV直流接地极线路如图1所示。其线路参数如下：线路全长80km，线路阻抗为：0.00756+j0.39999Ω/km，极址电阻为0.2Ω。数据采样率为6.4kHz。接地极线路l₂距量测端10km发生接地故障，过渡电阻为0Ω。

(1)提取量测端电气量的主频率成分。利用快速傅里叶变换(FFT)，窗函数选择切比雪夫窗，数据窗长度N=128，提取量测端f=600Hz的电气量主导频率成分。计算出电压

电流

的幅值和相位；

(2)根据发明内容中式(1)计算沿线电压

(3)根据发明内容中式(2)列写故障测距函数并求出故障距离x_f=10.5km。

实施例2：±800kV直流接地极线路如图1所示。其线路参数如下：线路全长80km，线路阻抗为：0.00756+j0.39999Ω/km，极址电阻为0.2Ω。数据采样率为6.4kHz。接地极线路l₂距量测端20km发生接地故障，过渡电阻为2Ω。

具体步骤如下：

(1)提取量测端电气量的主频率成分。利用快速傅里叶变换(FFT)，窗函数选择切比雪夫窗，数据窗长度N=128，提取量测端f=600Hz的电气量主导频率成分。计算出电压

电流

的幅值和相位；

(2)根据发明内容中式(1)计算沿线电压

(3)根据发明内容中式(2)列写故障测距函数并求出故障距离x_f=21.4km。

实施例5：±800kV直流接地极线路如图1所示。其线路参数如下：线路全长80km，线路阻抗为：0.00756+j0.39999Ω/km，极址电阻为0.2Ω。数据采样率为6.4kHz。接地极线路l₂距量测端30km发生接地故障，过渡电阻为0.2Ω。

具体步骤如下：

(1)提取量测端电气量的主频率成分。利用快速傅里叶变换(FFT)，窗函数选择切比雪夫窗，数据窗长度N=128，提取量测端f=600Hz的电气量主导频率成分。计算出电压

电流

的幅值和相位；

(2)根据发明内容中式(1)计算沿线电压

；

(3)根据发明内容中式(2)列写故障测距函数并求出故障距离x_f=32.56km。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种基于故障录波数据的高压直流接地极线路的频域故障测距方法，其特征在于：基于现有故障录波数据，量测端检测到的电压电流中含有大量的谐波分量叠加在直流分量上，通过信号处理方法提取谐波主导频率成分，通过量测端电压电流推算出沿线的电压电流，根据故障点接地阻抗为纯电阻，其阻抗表达式中虚部为零这一特征得到故障测距函数，通过求解故障测距函数计算出故障距离。 

2.根据权利要求1所述的一种基于故障录波数据的高压直流接地极线路的主导频率的测距方法，具体步骤如下： 

(a)提取量测端电气量的主导频率成分： 

利用信号处理方法提取频率f=600Hz作为故障主导特征频率组分进行故障测距； 

(b)假设接地极线路l₂发生接地故障，利用量测端电压

和沿

计算沿线电压分布可表示为 

式中

为距离量测端M的x电压，

为量测端电压，

为接地极线路l₂量测端电流，x为距离量测端的距离，取值范围[0，l]，l为接地极线路全长； 

(c)对于RL线路模型，任意点的电流与量测端电流同相位，即

则测距方程表示为： 

在式(2)中，为距离量测端为x的电流 

则故障距离x_f为 

x_f=Im(Z_x(x))=0 x∈[0，l]    (3)。 

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