CN112034305A - 特高压交流输电线路单相接地电压电流比相故障测距方法 - Google Patents

特高压交流输电线路单相接地电压电流比相故障测距方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种特高压交流输电线路单相接地电压电流比相故障测距方法。本发明方法采用一维搜索方法，以固定步长递增依次计算特高压交流线路单相接地故障点到特高压交流线路上每一
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE001
点的电压降领先单位长度特高压交流线路电压降的角度
Figure RE-RE-DEST_PATH_IMAGE002
，直至特高压交流线路全长，利用特高压交流线路单相接地故障点前后
Figure RE-837414DEST_PATH_IMAGE002
由位于（90°，270°）范围内阶跃突变进入（‑90°，90°）范围内这一相位特性实现特高压交流输电线路单相接地故障精确测距，测距精度不受过渡电阻、负荷电流和电力***运行方式等因素的影响，具有很高的测距精度。

Description

特高压交流输电线路单相接地电压电流比相故障测距方法
技术领域
本发明涉及电力***继电保护技术领域，具体地说是涉及一种特高压交流输电线路单相接地电压电流比相故障测距方法。
背景技术
从测距所用电气量来划分，故障测距的方法可分为两大类：双端测距和单端测距。双端故障测距法是利用输电线路两端电气量确定输电线路故障位置的方法，它需要通过通道获取对端电气量，因此对通道的依赖性强，实际使用中还易受双端采样值同步性的影响。单端测距法是仅利用输电线路一端的电压电流数据确定输电线路故障位置的一种方法，由于它仅需要一端数据，无须通讯和数据同步设备，运行费用低且算法稳定，因此在中低压线路中获得了广泛地应用。目前，单端测距方法主要分为两类，一类为行波法，另一类为阻抗法。行波法利用故障暂态行波的传送性质进行测距，精度高，不受运行方式、过度电阻等影响，但对采样率要求很高，需要专门的录波装置，目前未获得实质性的应用。阻抗法利用故障后的电压、电流量计算故障回路的阻抗，根据线路长度与阻抗成正比的特性进行测距，简单可靠,但受到故障的过渡电阻、线路不完全对称等因素的影响。由于高压输电线路沿线存在较大的分布电容电流，当高压输电线路发生中高阻短路故障时，单端阻抗法测距结果会严重偏离真实故障距离，不能满足现场的应用要求。因此，采用集中参数建模的单端阻抗法不能直接应用于高压输电线路的故障测距。
采用分布参数模型研究高压输电线路单端故障测距逐渐引起了广大学者的关注。哈恒旭、张保会、吕志来等人发表的《高压输电线路单端测距新原理探讨》采用分布参数建模，利用单端电压电流计算沿线电压对距离导数的范数在线路上的分布进行故障点的定位。该方法涉及了大量的求导运算和积分运算，所需运算量大，算法复杂不易实现。林湘宁、黄小波等人发表的《基于分布参数模型的比相式单相故障单端测距算法》采用分布参数建模，根据故障点处的残压与故障电流同相位特征进行故障定位。该方法改善了分布电容对单端阻抗法故障测距的影响，但在高阻接地故障时测距误差达到-2.38％，误差绝对值大于1.5％，不能满足现场的应用要求。王宾、董新洲等人发表的《特高压长线路单端阻抗法单相接地故障测距》采用分布参数建模，利用观测点处负序电流的相角估算故障点电压的相角，然后在故障点电压瞬时值过零点时刻计算测量阻抗。该方法在中低阻短路故障时，由于沿线电压下降明显，利用观测点处负序电流相角估算故障点电压相角存在的误差对测距结果影响不大；但在高阻短路故障时，由于线路沿线各点电压相差很小，利用观测点处负序电流相角估算故障点电压相角存在的误差加上暂态过程的影响，该方法测距误差较大。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种特高压交流输电线路单相接地电压电流比相故障测距方法，所述的一种特高压交流输电线路单相接地电压电流比相故障测距方法通过如下技术方案实现：
(1)继电保护装置测量特高压交流输电线路保护安装处的故障相电压
Figure BDA0002658437210000021
故障相电流
Figure BDA0002658437210000022
故障相负序电流
Figure BDA0002658437210000023
和零序电流
Figure BDA0002658437210000024
其中，φ为A相、B相或C相；
(2)继电保护装置计算
Figure BDA0002658437210000025
领先
Figure BDA0002658437210000026
的角度θ1，计算
Figure BDA0002658437210000027
领先
Figure BDA0002658437210000028
的角度θ2，计算单位长度特高压交流输电线路正序阻抗z1的相角θ3；其中，z1为单位长度特高压交流输电线路正序阻抗，z0为单位长度特高压交流输电线路零序阻抗；
(3)继电保护装置计算特高压交流输电线路补偿电流
Figure BDA0002658437210000029
Figure BDA00026584372100000210
其中，φ为A相、B相或C相，Zm0为特高压交流输电线路保护安装处的***零序等值阻抗，γ1、γ0分别为特高压交流输电线路正序、零序传播系数，Zc1、Zc0分别为特高压交流输电线路正序、零序波阻抗，ch(.)为双曲余弦函数，sh(.)为双曲正弦函数，cth(.)为双曲反正切函数；
(4)继电保护装置计算
Figure BDA0002658437210000031
的相角α，计算
Figure BDA0002658437210000032
领先
Figure BDA0002658437210000033
的角度γ；其中，th(.)为双曲正切函数；
(5)继电保护装置选取故障距离初始值为lf，并以固定步长Δl依次递增，依次计算特高压交流输电线路上每一点的
Figure BDA0002658437210000034
直至特高压交流输电线路全长；其中，Δl取0.001倍的特高压交流输电线路全长；
(6)继电保护装置选取特高压交流输电线路上某一lf点的ρ(lf)落在(90°，270°)范围内，且其相邻下一个lf+Δl点的ρ(lf+Δl)落在(-90°，90°)范围内，则这两个点的中间位置即为特高压交流输电线路单相接地故障点；
其中，
Figure BDA0002658437210000041
本发明与现有技术相比较，具有下列积极成果：
本发明方法采用分布参数精确描述特高压交流输电线路电压电流传输的物理过程，具有天然的抗分布电容电流的能力。本发明方法采用一维搜索方法，以固定步长递增依次计算特高压交流输电线路单相接地故障点到特高压交流输电线路上每一lf点的电压降领先单位长度特高压交流输电线路电压降的角度ρ(lf)，直至特高压交流输电线路全长，利用特高压交流输电线路单相接地故障点前后ρ(lf)由位于(90°，270°)范围内阶跃突变进入(-90°，90°)范围内这一相位特性实现特高压交流输电线路单相接地故障精确测距，测距精度不受过渡电阻、负荷电流和电力***运行方式等因素的影响，具有很高的测距精度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1为应用本发明的特高压交流输电线路输电***示意图。
具体实施方式
下面根据说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细表述。
图1为应用本发明的特高压交流输电线路输电***示意图。图1中CVT为电压互感器、CT为电流互感器。继电保护装置对特高压交流输电线路保护安装处的电压互感器CVT的电压和电流互感器CT的电流波形进行采样得到电压、电流瞬时值，并对其采集到的电压、电流瞬时值利用傅里叶算法计算特高压交流输电线路保护安装处的故障相电压
Figure BDA0002658437210000042
故障相电流
Figure BDA0002658437210000043
故障相负序电流
Figure BDA0002658437210000044
和零序电流
Figure BDA0002658437210000045
其中，φ为A相、B相或C相。
继电保护装置计算
Figure BDA0002658437210000051
领先
Figure BDA0002658437210000052
的角度θ1，计算
Figure BDA0002658437210000053
领先
Figure BDA0002658437210000054
的角度θ2，计算单位长度特高压交流输电线路正序阻抗z1的相角θ3；其中，z1为单位长度特高压交流输电线路正序阻抗，z0为单位长度特高压交流输电线路零序阻抗。
继电保护装置计算特高压交流输电线路补偿电流
Figure BDA0002658437210000055
Figure BDA0002658437210000056
其中，φ为A相、B相或C相，Zm0为特高压交流输电线路保护安装处的***零序等值阻抗，γ1、γ0分别为特高压交流输电线路正序、零序传播系数，Zc1、Zc0分别为特高压交流输电线路正序波阻抗、零序波阻抗，ch(.)为双曲余弦函数，sh(.)为双曲正弦函数，cth(.)为双曲反正切函数。
继电保护装置计算
Figure BDA0002658437210000057
的相角α，计算
Figure BDA0002658437210000058
领先
Figure BDA0002658437210000059
的角度γ；其中，th(.)为双曲正切函数。
继电保护装置选取故障距离初始值为lf，并以固定步长Δl依次递增，依次计算特高压交流输电线路上每一点的
Figure BDA00026584372100000510
Figure BDA0002658437210000061
直至特高压交流输电线路全长；其中，Δl取0.001倍的特高压交流输电线路全长。
继电保护装置选取特高压交流输电线路上某一lf点的ρ(lf)落在(90°，270°)范围内，且其相邻下一个lf+Δl点的ρ(lf+Δl)落在(-90°，90°)范围内，则这两个点的中间位置即为特高压交流输电线路单相接地故障点；
其中，
Figure BDA0002658437210000062
本发明方法采用分布参数精确描述特高压交流输电线路电压电流传输的物理过程，具有天然的抗分布电容电流的能力。本发明方法采用一维搜索方法，以固定步长递增依次计算特高压交流输电线路单相接地故障点到特高压交流输电线路上每一lf点的电压降领先单位长度特高压交流输电线路电压降的角度ρ(lf)，直至特高压交流输电线路全长，利用特高压交流输电线路单相接地故障点前后ρ(lf)由位于(90°，270°)范围内阶跃突变进入(-90°，90°)范围内这一相位特性实现特高压交流输电线路单相接地故障精确测距，测距精度不受过渡电阻、负荷电流和电力***运行方式等因素的影响，具有很高的测距精度。
以上所述仅为本发明的较佳具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.特高压交流输电线路单相接地电压电流比相故障测距方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)继电保护装置测量特高压交流输电线路保护安装处的故障相电压
Figure FDA0002658437200000011
故障相电流
Figure FDA0002658437200000012
故障相负序电流
Figure FDA0002658437200000013
和零序电流
Figure FDA0002658437200000014
其中，φ为A相、B相或C相；
(2)继电保护装置计算
Figure FDA0002658437200000015
领先
Figure FDA0002658437200000016
的角度θ1，计算
Figure FDA0002658437200000017
领先
Figure FDA0002658437200000018
的角度θ2，计算单位长度特高压交流输电线路正序阻抗z1的相角θ3；其中，z1为单位长度特高压交流输电线路正序阻抗，z0为单位长度特高压交流输电线路零序阻抗；
(3)继电保护装置计算特高压交流输电线路补偿电流
Figure FDA0002658437200000019
Figure FDA00026584372000000110
其中，φ为A相、B相或C相，Zm0为特高压交流输电线路保护安装处的***零序等值阻抗，γ1、γ0分别为特高压交流输电线路正序、零序传播系数，Zc1、Zc0分别为特高压交流输电线路正序、零序波阻抗，ch(.)为双曲余弦函数，sh(.)为双曲正弦函数，cth(.)为双曲反正切函数；
(4)继电保护装置计算
Figure FDA00026584372000000111
的相角α，计算
Figure FDA00026584372000000112
领先
Figure FDA00026584372000000113
的角度γ；其中，th(.)为双曲正切函数；
(5)继电保护装置选取故障距离初始值为lf，并以固定步长Δl依次递增，依次计算特高压交流输电线路上每一点的
Figure FDA0002658437200000021
直至特高压交流输电线路全长；其中，Δl取0.001倍的特高压交流输电线路全长；
(6)继电保护装置选取特高压交流输电线路上某一lf点的ρ(lf)落在(90°，270°)范围内，且其相邻下一个lf+Δl点的ρ(lf+Δl)落在(-90°，90°)范围内，则这两个点的中间位置即为特高压交流输电线路单相接地故障点；
其中，
Figure FDA0002658437200000022
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陆国俊，王勇: "高压设备电气试验技能培训教程", vol. 2012, 31 October 2012, 华南理工大学出版社 , pages: 20 - 22 *

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