CN103743996B - 一种基于π型等效电路直流接地极线路故障测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于π型等效电路直流接地极线路故障测距方法，属于电力***故障测距技术领域。本发明所述方法为当高压直流接地极线路发生接地故障时，将故障点到量测端的线路等效为π型等效电路，利用单端电压电流量计算出输入阻抗，根据输入阻抗等于故障点到量测端的线路等效阻抗，确定故障定位函数，通过求解故障定位函数计算故障距离。本发明基于π型等效模型对线路模型进行等效，简化了计算，基于现场录波数据，易于现场实现，仅利用单端可测的电压和电流量，无需对端的数据。

Description

一种基于π型等效电路直流接地极线路故障测距方法

技术领域

本发明涉及一种基于π型等效电路直流接地极线路故障测距方法，属于电力***保护和测距技术领域。

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。由于接地极线路电压等级较低，容易发生接地短路和断线故障，进而对整个高压直流输电***产生影响，造成单极闭锁，严重的可能造成双极闭锁，导致***无法正常输送功率。所以，准确地测量出故障点的位置排除故障变得十分重要。

现有测距方法有阻抗法、行波法和故障分析法。行波法测距的可靠性和测量的精度较高，在理论上不受线路类型、故障电阻及量测***的影响，但是在实际中则受到许多工程因素的制约。阻抗法的优点是比较简单可靠。

本发明基于π型等效电路进行故障测距。利用单端电压电流量计算出等效输入阻抗，根据故障点的阻抗虚部为零确定故障定位函数，通过求解故障定位函数计算出故障距离。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种基于π型等效电路直流接地极线路故障测距方法，以解决接地极线路故障准确定位的问题

本发明的技术方案是：一种基于π型等效电路直流接地极线路故障测距方法，其特征在于：当高压直流接地极线路发生接地故障时，将故障点到量测端的线路等效为π型等效电路，利用单端电压电流量计算输入阻抗，根据故障点的阻抗虚部为零确定故障定位函数，通过求解故障定位函数计算出故障距离。

所述测距方法的具体步骤如下：

（1）假设接地极线路中的一条线路距离测量端M点的处发生接地故障，采用集中参数模型，将故障点到量测端M的线路等效为π型等效电路，则等效阻抗为：

（1）

式中，为从M端到故障点的***等效阻抗，为线路的单位长度电阻；为线路的单位长度电抗；为线路的单位长度导纳；为故障距离，为待求量。

（2）根据接地极引线M端测量的电压和电流，提取接地极引线M端电压和电流，计算出量测端的测量阻抗Z_meas：

（2）

式中，为引线M端的电压；为引线端部流入故障线路的电流；为输入阻抗；

（3）在故障点处，输入阻抗与M端到故障点的等效阻抗相等，故障定位函数为：

（3）

式中，为故障距离，表示取复数Z的虚部。

（4）求解故障定位函数，当的值最小时即为故障距离。

本发明的工作原理是：当高压直流接地极线路发生接地故障时，将故障点到量测端的线路等效为π型等效电路，利用单端电压电流量计算出输入阻抗，根据输入阻抗等于故障点到量测端的线路等效阻抗，确定故障定位函数，通过求解故障定位函数计算故障距离，为了提高测距精度，可以采用增加π模型的节数。

本发明的有益效果是：

（1）本方法基于π型等效模型对线路模型进行等效，简化了计算，基于现场录波数据，易于现场实现。

（2）本方法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为本发明中直流输电***中的接地极线路：图中，UdN1为极I换流站中性母线测量电压，Idee1为接地极线路测量电流，Idee2为接地极线路测量电流；

图2为本发明中图1的高压直流接地极线路π型等效模型：图中，为两侧端电压；为极址点电压，和分别为接地极线路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；为线路的单位长度电阻；为线路的单位长度电抗；为线路的单位长度导纳；l为线路的全长；为极址电阻；为故障点到量测端的距离。

图3是本发明中实施例2中故障发生在30km的定位图，过渡电阻为0.2Ω，转折点即为故障距离；

图4是本发明中实施例3中故障发生在50km的定位图，过渡电阻为20Ω，转折点即为故障距离。

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。

实施例1：一种基于π型等效电路直流接地极线路故障测距方法，800kV直流接地极线路如图2所示。其线路参数如下：线路全长80km，线路阻抗为：0.0231+j0.001273237Ω/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3km发生接地故障，过渡电阻为0.2Ω。将故障点到量测端的线路等效为π型等效电路，利用单端电压电流量计算出等效输入阻抗，根据输入阻抗等于故障点到量测端的线路等效阻抗，确定故障定位函数，通过求解故障定位函数计算故障距离。

所述测距方法的具体步骤如下：

（1）假设接地极线路中的一条线路距离测量端M点的处发生接地故障，采用集中参数模型，将故障点到量测端M的线路等效为π型等效电路，则等效阻抗为：

（1）

式中，为从M端到故障点的***等效阻抗，为线路的单位长度电阻；为线路的单位长度电抗；为线路的单位长度导纳；为故障距离，为待求量。

（2）根据接地极引线M端测量的电压和电流，提取接地极引线M端电压和电流，计算出量测端的测量阻抗Z_meas：

（2）

式中，为引线M端的电压；为引线端部流入故障线路的电流；为输入阻抗；

（3）在故障点处，输入阻抗与M端到故障点的等效阻抗相等，故障定位函数为：

（3）

式中，为故障距离，表示取复数Z的虚部。

（4）通过Matlab求解故障定位函数，把线路全长80km分成8000个点，迭代8000次，当的值最小时对应的横坐标即为故障距离，得到距离x_f=2.9km。

实施例2：一种基于π型等效电路直流接地极线路故障测距方法，800kV直流接地极线路如图2所示。其线路参数如下：线路全长80km，线路阻抗为：0.0231+j0.001273237Ω/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4Ω。将故障点到量测端的线路等效为π型等效电路，利用单端电压电流量计算出等效输入阻抗，根据输入阻抗等于故障点到量测端的线路等效阻抗，确定故障定位函数，通过求解故障定位函数计算故障距离。

所述测距方法的具体步骤如下：

（1）假设接地极线路中的一条线路距离测量端M点的处发生接地故障，采用集中参数模型，将故障点到量测端M的线路等效为π型等效电路，则等效阻抗为：

（1）

式中，为从M端到故障点的***等效阻抗，为线路的单位长度电阻；为线路的单位长度电抗；为线路的单位长度导纳；为故障距离，为待求量。

（2）根据接地极引线M端测量的电压和电流，提取接地极引线M端电压和电流，计算出量测端的测量阻抗Z_meas：

（2）

式中，为引线M端的电压；为引线端部流入故障线路的电流；为输入阻抗；

（3）在故障点处，输入阻抗与M端到故障点的等效阻抗相等，故障定位函数为：

（3）

式中，为故障距离，表示取复数Z的虚部。

（4）通过Matlab求解故障定位函数，把线路全长80km分成8000个点，迭代8000次，当的值最小时对应的横坐标即为故障距离，得到故障距离x_f=29.27km，其故障定位图如图3所示。

实施例3：一种基于π型等效电路直流接地极线路故障测距方法，800kV直流接地极线路如图2所示。其线路参数如下：线路全长80km，线路阻抗为：0.0231+j0.001273237Ω/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50km发生接地故障，过渡电阻为20Ω。将故障点到量测端的线路等效为π型等效电路，利用单端电压电流量计算出等效输入阻抗，根据输入阻抗等于故障点到量测端的线路等效阻抗，确定故障定位函数，通过求解故障定位函数计算故障距离。

所述测距方法的具体步骤如下：

（1）假设接地极线路中的一条线路距离测量端M点的处发生接地故障，采用集中参数模型，将故障点到量测端M的线路等效为π型等效电路，则等效阻抗为：

（1）

式中，为从M端到故障点的***等效阻抗，为线路的单位长度电阻；为线路的单位长度电抗；为线路的单位长度导纳；为故障距离，为待求量。

（2）根据接地极引线M端测量的电压和电流，提取接地极引线M端电压和电流，计算出量测端的测量阻抗Z_meas：

（2）

式中，为引线M端的电压；为引线端部流入故障线路的电流；为输入阻抗；

（3）在故障点处，输入阻抗与M端到故障点的等效阻抗相等，故障定位函数为：

（3）

式中，为故障距离，表示取复数Z的虚部。

（4）通过Matlab求解故障定位函数，把线路全长80km分成8000个点，迭代8000次，当的值最小时对应的横坐标即为故障距离，得到故障距离xf=50.2km，其故障定位图如图4所示。

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 (1)

1.一种基于π型等效电路直流接地极线路故障测距方法，其特征在于：当高压直流接地极线路发生接地故障时，将故障点到量测端M的线路等效为π型等效电路，利用单端电压电流量计算出故障点到量测端M的线路等效阻抗，根据π型等效电路的等效输入阻抗等于故障点到量测端M的线路等效阻抗，确定故障定位函数，通过求解故障定位函数计算故障距离；

所述测距方法的具体步骤如下：

(1)假设接地极线路中的一条线路距离量测端M的x_f处发生接地故障，采用集中参数模型，将故障点到量测端M的线路等效为π型等效电路，则π型等效电路的等效输入阻抗为：

$Z_{in}=\frac{\left(\frac{-j2}{Y_0{x}_f}\right)(\frac{\frac{-j2R_f}{Y_0{x}_f}}{R_f+\frac{-j2}{Y_0{x}_f}}+{\mathrm{jX}}_0{x}_f+r_1{x}_f)}{\left(\frac{-j2}{Y_0{x}_f}\right)+(\frac{\frac{-j2R_f}{Y_0{x}_f}}{R_f+\frac{-j2}{Y_0{x}_f}}+{\mathrm{jX}}_0{x}_f+r_1{x}_f)}---\left(1\right)$

式中，Z_in为π型等效电路的等效输入阻抗，r₁为线路的单位长度电阻；X₀为线路的单位长度电抗；Y₀为线路的单位长度导纳；x_f为故障距离，为待求量；R_f为故障点过渡电阻；

(2)根据量测端M测量的电压和电流，提取量测端M电压和电流，计算出故障点到量测端M的线路等效阻抗Z_meas：

$Z_{meas}=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_M}{j_{dee2}}---\left(2\right)$

式中，为量测端M的电压；为量测端M流入故障线路的电流；Z_meas为故障点到量测端M的线路等效阻抗；

(3)在故障点处，π型等效电路的等效输入阻抗与故障点到量测端M的线路等效阻抗相等，故障定位函数为：

$x_f=min|\mathrm{Im}\[(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_M}{{\stackrel{\·}{I}}_{dee2}})-Z_{in}\]|,x_f\∈(0,l)---\left(3\right)$

式中，x_f为故障距离，Im(Z)表示取复数Z的虚部；

(4)求解故障定位函数，当x_f的值最小时即为故障距离。