CN106841919B - 基于三角形计算的高精度输电线路单端测距方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种特殊工况下基于三角形计算的高精度输电线路单端测距方法,包括通过计算获取计算阻抗其幅值、相角已知;故障相与地之间的过渡电阻产生的附加阻抗其相角可由计算获得,幅值未知;保护安装处至故障点的线路阻抗相角已知、幅值未知;在由相量构成的三角形中,根据三角形正弦定理可计算得到相量的边长,与输电线路线路全长的正序阻抗模值之比即为故障距离百分比ρ,配合输电线路的长度,得到故障点发生点的精确位置。本发明在输电线路上一端开路、一端合闸的特殊工况下,当发生单相经过渡电阻接地的故障时,能够精确地给出测距值,不仅适用于普通双端均匀参数的输电线路,亦可推广至架空线、地缆混合参数的输电线路或T接线线路,具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路故障测距技术领域,具体涉及一种特殊工况下基于三角形计算的高精度输电线路单端测距方法。
背景技术
输电线路的故障测距是一个横亘在继电保护工程师面前的经典问题,精确的故障测距对于缩减巡线时间,快速恢复供电具有极其重要的意义。目前,国内110kV及其以上的输电线路多安装有含距离保护功能的保护装置,依托于距离保护阻抗计算功能的单端故障测距功能可以在保护动作后迅速地给出测距结果,给现场工作人员以较直观的故障位置提示,因此广受现场的欢迎。但是,上述的基于单端阻抗计算的测距方法也具有较强的局限性,对于线路上发生的多相故障,因相间阻抗一般是弧光电阻,其值较小,一般来说精度还算理想;但是对于线路上发生单相经过渡电阻接地的故障,因过渡电阻阻值不确定,并且对于双端供电线路,由于对侧电源的助增作用,往往导致计算阻抗无法正确反映保护安装处至故障点的线路阻抗值,从而无法给出有参考价值的测距结果,如何针对某些特殊的工况下,如线路上发生单相经过渡电阻接地的故障,采用单端阻抗法得到精确的故障测距值,是当前急需解决的问题。
发明内容
本发明所解决的技术问题是目前输电线路上发生单相经过渡电阻接地的故障,采用单端阻抗法,无法给出有参考价值的测距结果的问题。本发明的基于三角形计算的高精度输电线路单端测距方法,当特殊工况下,输电线路上发生单相经过渡电阻接地的故障时,能够精确地给出测距值,可将此方法推广至架空线、地缆混合参数的输电线路或者T接线,具有良好的应用前景。
为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:
一种基于三角形计算的高精度输电线路单端测距方法,其特征在于:包括以下步骤,
步骤(A),当输电线路上发生经过渡电阻单相接地短路故障时,由于过渡电阻的存在,计算阻抗其幅值、相角已知,为保护装置安装处的电压、电流,为输电线路MN的零序补偿系数,为输电线路MN线路全长对应的正序阻抗,为输电线路MN线路全长对应的零序阻抗;计算阻抗不能正确反映保护安装处至故障点的线路阻抗,通过对相地之间的过渡电阻分析可知,其产生的附加阻抗为相角已知、幅值未知的复数,保护安装处至故障点的线路阻抗为相角已知、幅值未知的复数;
步骤(B),在输电线路上发生单相接地故障时,步骤(A)可知在一个由计算阻抗附加阻抗线路阻抗构成的三角形中,三个内角α1、α2、α3已知,一条边为计算阻抗对应的模值,需计算求取另外一条边长,即线路阻抗对应的模值;
步骤(C),根据公式(1),计算得到故障距离百分比ρ,
其中, 为保护安装处至故障点正序阻抗相量,为输电线路MN线路全长对应的正序阻抗相量;abs()为复数求模值的函数;
步骤(D),根据故障距离百分比ρ,配合输电线路的长度LINE_LENGTH,得到故障点发生的位置FAULT_LOCATION。
前述的基于三角形计算的高精度输电线路单端测距方法,其特征在于:所述阻抗不反映保护安装处至故障点的线路阻抗,通过对相地之间的过渡电阻分析可知,在特殊工况下,其产生的附加阻抗为相角已知、幅值未知的复数,所述在特殊工况是指:(1)输电线路一端送电,手动合闸合发生于故障;(2)开关三跳后,先发重合令一端重合于永久故障;(3)输电线路一端开关处于合位,另一端处于分位,故障发生。
前述的基于三角形计算的高精度输电线路单端测距方法,其特征在于:步骤(A),所述阻抗根据公式(2)得到,
其中,Rg是指单相接地短路时,相地之间的过渡电阻;是指保护安装处感受到的零序故障电流;是指保护安装处感受到的故障相电流;K是指输电线路的零序补偿系数。
前述的基于三角形计算的高精度输电线路单端测距方法,其特征在于:若输电线路为架空线路,故障前线路空载的电容电流可忽略不计,此时,简化公式(2)得到公式(3),
若输电线路为电缆线路,其的电容电流不可忽略,为取得高精度测距结果,通过公式(2)进行阻抗的计算。
前述的基于三角形计算的高精度输电线路单端测距方法,其特征在于:步骤(B),三角形的三个内角α1、α2、α3分别为
α3=π-α1-α2,
arg()为复数求相角的函数。
前述的基于三角形计算的高精度输电线路单端测距方法,其特征在于:步骤(D)得到故障点发生的位置FAULT_LOCATION,根据公式(4)得到,
FAULT_LOCATION=ρ×LINE_LENGTH (4)。
本发明的有益效果是:本发明的基于三角形计算的高精度输电线路单端测距方法,在特殊的工况下,尤其线路上发生单相经过渡电阻接地的故障时,在单端阻抗法测距的原理基础上,通过三角形计算,能够精确地给出测距值,可将此方法推广至架空线、地缆混合参数的输电线路或者T接,且经过仿真数据以及现场数据验证,该方法具有较高的精度,具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的基于三角形计算的高精度输电线路单端测距方法的流程图。
图2是本发明构成的三角形的示意图。
图3是本发明第一实施例的故障波形图。
图4是本发明第二实施例的500kV电力***模型。
图5是本发明第二实施例的故障波形图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图,对本发明作进一步的说明。
本发明的基于三角形计算的高精度输电线路单端测距方法,在特殊的工况下,当线路上发生单相经过渡电阻接地的故障时,在单端阻抗法测距的原理基础上,通过三角形计算,能够精确地给出测距值,可将此方法推广至架空线、地缆混合参数的输电线路或者T接,且经过仿真数据以及现场数据验证,该方法具有较高的精度,如图1所示,具体包括以下步骤,
步骤(A),当输电线路上发生经过渡电阻单相接地短路故障时,由于过渡电阻的存在,计算阻抗因此,其幅值、相角已知,为保护装置安装处的电压、电流,为输电线路MN之间的零序补偿系数,为输电线路MN对应的正序阻抗相量,为输电线路MN线路对应的零序阻抗相量;所述阻抗不反映保护安装处至故障点的线路阻抗,通过对相地之间的过渡电阻分析可知,在特殊工况下,其产生的附加阻抗为相角已知、幅值未知的复数,保护安装处至故障点的线路阻抗为相角已知、幅值未知的复数;
所述的特殊工况是指:(1)输电线路一端送电,手动合闸合发生于故障;(2)开关三跳后,先发重合令一端重合于永久故障;(3)输电线路一端开关处于合位,另一端处于分位,故障发生;
所述阻抗根据公式(2)得到,
其中,Rg是指单相接地短路时,相地之间的过渡电阻;是指保护安装处感受到的零序故障电流;是指保护安装处感受到的故障相电流;K是指输电线路的零序补偿系数。
若输电线路为架空线路,故障前线路空载的电容电流可忽略不计,此时,简化公式(2)得到公式(3),
若输电线路为电缆线路,其的电容电流不可忽略,为取得高精度测距结果,通过公式(2)进行阻抗的计算;
步骤(B),在输电线路上发生单相接地故障时,步骤(A)可知一个由由计算阻抗附加阻抗线路阻抗构成的三角形,三个内角α1、α2、α3已知,分别为
α3=π-α1-α2;
arg()为复数求相角的函数,一条边为计算阻抗对应的模值,其的长度已知,需计算求取另外一条边长,即线路阻抗对应的模值。如图2所示,即对应故障测距的结果;
步骤(C),根据公式(1),计算得到故障距离百分比ρ,
其中, 为保护安装处至故障点正序阻抗相量,为输电线路MN线路全长对应的正序阻抗相量;其中abs()为复数求模值的函数,具体定义如下,
设则
其中,本发明的相量在数学上用复数来表示,一定语境下复数与电工里面的相量等义;复数可以在笛卡尔坐标下可以用实部、虚部表示(a+jb),亦可以用极坐标来表示(polar∠angle),此两者是可以互相转化的;
步骤(D),根据故障距离百分比ρ,配合输电线路的长度LINE_LENGTH,得到故障点发生的位置FAULT_LOCATION,如公式(4)所示,
FAULT_LOCATION=ρ×LINE_LENGTH (4)。
根据上述的基于三角形计算的高精度输电线路单端测距方法,介绍两个实施例,
第一实施例(单一类型的输电线路(电缆或架空)),
2015年3月4日14时10分,220kV甲乙线在甲站送电时发生B相接地短路故障,开关三相跳开后不重合,对侧乙变断路器在断开位置,故障波形如图3所示,输电线路的一次参数如下:R1=0.013Ω,X1=0.158Ω,R0=0.051Ω,X0=0.42Ω,输电线路全长L=1.5kM,PT变比:220kV/100V,CT变比:2500A/5A,取故障后20ms至40ms的数据进行全波傅里叶变换,获取的相量数据为: 经计算得代入公式(1)计算得ρ=0.592,折算至有名值为0.898kM,巡线得知实际故障点距离甲站0.85kM,由此可知,计算精确,
上例中R1、X1、R0、X0分别为输电线路的正序电阻、正序电抗、零序电阻、零序电抗值;
分别为输电线路保护安装处感受到的ABC三相电流、电压相量;
第二实施例(混合的输电线路(电缆和架空)),
使用PSCAD软件建立如图4所示的500kV电力***模型,其中MK为电缆线路,其一次参数如下:R1=0.45Ω,X1=5.969Ω,XC1=33500Ω,R0=3.9Ω,X0=18.35Ω,XC0=502500Ω,线路长L=50kM,KN为架空线路,其一次参数如下:R1=1.1705Ω,X1=13.345Ω,XC1=4025600Ω,R0=9.055Ω,X0=34.19Ω,XC0=7095600Ω,线路长L=50kM。KN线路上距K点25kM里处发生经50Ω的AG短路,故障波形如图5所示,取故障后20ms至40ms的数据进行全波傅里叶变换,获取的相量数据为: 假设故障在MK段,计算得ρ=2.02,假设故障在KN段,计算得ρ=0.488,本例中各符号的含义同第一实施例。
本发明的基于三角形计算的高精度输电线路单端测距方法,具有以下特点:(1)在特殊工况下适用,并且在本发明描述的特殊工况下,双端测距失效;(2)本发明的正确运用还依赖于正确的故障选相;(3)本发明的使用虽然依托于阻抗的计算,但并不要求距离保护动作是其使用的前提条件;(4)在输电线路光纤纵差保护被大规模使用的背景下,本发明所要求的数据条件不难具备,操作性强;(5)本发明可以推广至架空线、电缆混合铺设的线路;(6)本发明还可以推广至T接线。
综上所述,本发明的基于三角形计算的高精度输电线路单端测距方法,在特殊的工况下,尤其线路上发生单相经过渡电阻接地的故障时,通过三角形计算,能够精确地给出测距值,可将此方法推广至架空线、地缆混合参数的输电线路或者T接线。且经过仿真数据以及现场数据验证,该方法具有较高的精度,具有良好的应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.基于三角形计算的高精度输电线路单端测距方法,其特征在于:包括以下步骤,
步骤(A),当输电线路上发生经过渡电阻单相接地短路故障时,由于过渡电阻的存在,计算阻抗其幅值、相角已知,为保护装置安装处的电压、电流,为输电线路MN的零序补偿系数,为输电线路MN线路全长对应的正序阻抗,为输电线路MN线路全长对应的零序阻抗;计算阻抗不能正确反映保护安装处至故障点的线路阻抗,通过对相地之间的过渡电阻分析可知,其产生的附加阻抗为相角已知、幅值未知的复数,保护安装处至故障点的线路阻抗为相角已知、幅值未知的复数;
步骤(B),在输电线路上发生单相接地故障时,步骤(A)可知在一个由计算阻抗附加阻抗线路阻抗构成的三角形中,三个内角α1、α2、α3已知,一条边为计算阻抗对应的模值,需计算求取另外一条边长,即线路阻抗对应的模值;
步骤(C),根据公式(1),计算得到故障距离百分比ρ,
其中, 为保护安装处至故障点正序阻抗相量,为输电线路MN线路全长对应的正序阻抗相量;abs()为复数求模值的函数;
步骤(D),根据故障距离百分比ρ,配合输电线路的全长LINE_LENGTH,得到故障发生的位置FAULT_LOCATION;
所述阻抗不反映保护安装处至故障点的线路阻抗,通过对相地之间的过渡电阻分析可知,在特殊工况下,其产生的附加阻抗为相角已知、幅值未知的复数,所述在特殊工况是指:(1)输电线路一端送电,手动合闸合发生于故障;(2)开关三跳后,先发重合令一端重合于永久故障;(3)输电线路一端开关处于合位,另一端处于分位,故障发生。
2.根据权利要求1所述的基于三角形计算的高精度输电线路单端测距方法,其特征在于:步骤(A),所述阻抗根据公式(2)得到,
其中,Rg是指单相接地短路时,相地之间的过渡电阻;是指保护安装处感测 到的零序故障电流;是指保护安装处感测 到的故障相电流;K是指输电线路的零序补偿系数。
3.根据权利要求2所述的基于三角形计算的高精度输电线路单端测距方法,其特征在于:若输电线路为架空线路,故障前线路空载的电容电流可忽略不计,此时,简化公式(2)得到公式(3),
若输电线路为电缆线路,其的电容电流不可忽略,为取得高精度测距结果,通过公式(2)进行阻抗的计算。
4.根据权利要求1所述的基于三角形计算的高精度输电线路单端测距方法,其特征在于:步骤(B),三角形的三个内角α1、α2、α3分别为
arg()为复数求相角的函数。
5.根据权利要求1所述的基于三角形计算的高精度输电线路单端测距方法,其特征在于:步骤(D)得到故障发生的位置FAULT_LOCATION,根据公式(4)得到,
FAULT_LOCATION=ρ×LINE_LENGTH (4)。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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