一种基于故障点电压突变量的故障测距方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体设及一种输电线路短路故障单端测 距方法。
【背景技术】
[0002] 输电线路是电力系统发电、输送电等的基本设备，在电力系统中占有非常重要的 地位。输电线路故障时，若不能及时切除或误切除，则对主系统影响较大，容易造成电网解 列，W及变压器越级跳闽等重大事故。高压/超高压/特高压线路保护担负输送电的重要 任务，是电力系统的重要枢纽。它们造价极为昂贵，一旦因故障而遭到损坏，检修难度大、时 间长，对国民经济造成的直接和间接损失十分巨大。
[0003] 输电线路单端故障测距方法仅利用输电线路一端电气量进行故障定位，无须通讯 和数据同步设备，运行费用低且算法稳定，在输电线路中获得广泛应用。输电线路单端故障 测距方法主要分为行波法和阻抗法。行波法利用故障暂态行波的传送性质进行单端故障测 距，精度高，不受运行方式、过渡电阻等影响，但对采样率要求很高，需要专口的录波装置， 应用成本高。阻抗法利用故障后的电压、电流量计算故障回路阻抗，根据线路长度与阻抗成 正比的特性进行单端故障测距，简单可靠，但故障测距精度收到过渡电阻和负荷电流等因 素影响严重，尤其当过渡电阻较大时，因过渡电阻引起的附加故障距离的影响，故障距离测 量结果会严重偏离真实故障距离，甚至出现故障测距失败。
[0004] 中国专利；申请公布号为CN104090212A，公布日为2014年10月8日的发明专利 公开了一种无需故障前电压记忆的线路相间故障定位方法，该方法首先测量输电线路保护 安装处的两故障相电压突变量、两故障相电流突变量和正常相电压，利用正常相电压计算 输电线路正常运行时的故障相间电压，然后利用线路故障后相间短路故障点电压突变量幅 值（即等于输电线路正常运行时的故障相间电压幅值）最大且由相间短路故障点向输电线 路两端单调递减该一特性实现线路相间短路故障单端定位。虽然该方法无需对线路故障前 电压进行记忆，继电保护硬件无需设置线路故障前电压保持回路，但其仅仅适用于线路相 间故障，适用范围较窄，且用固定步长代入比较进行求解，步长大则计算精度不够，步长小 则计算时间太长。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是克服现有技术存在的适用范围窄、计算精度和效率低的问题，提 供一种适用范围广、计算精度和效率高的基于故障点电压突变量的故障测距方法。
[0006] 为实现W上目的，本发明的技术方案如下：
[0007] 一种基于故障点电压突变量的故障测距方法，依次包括W下步骤：
[000引步骤1;保护装置对保护装置安装处的线路互感器的电压电流波形采样得到电压 电流瞬时值；
[0009] 步骤2 ;若为单相故障，采用傅氏算法，根据采样得到电压电流瞬时值求出保护安 装处的故障相电流、俱护安装处的相电压Up、单相接地故障时的零序电流I。的相量形 式；若为相间故障，则采用傅氏算法，根据采样得到电压电流瞬时值求出保护安装处的故障 相间电压Upp、保护安装处的故障相间电流/pp，其中，=u，A，c，表示线路的a、b、CS相；
[0010] 步骤3 ;根据式1求出故障点电压U' ：
[0011] U' =U-IZiX式 1
[0012] 上式中，
[0013] Zi为每公里正序阻抗，X为保护安装处到短路故障点的故障距离；
[0014] 若为单相故障，则U= +3/:/,,，k为零序补偿系数；
[00巧]若为相间故障，则U=Upp，/ =J口P;
[0016] 步骤4 ;先取故障前N周波采样点和故障后M周波采样点，再采用步骤2所述方法 求出故障前保护安装处的故障相/相间电压Ui、故障前保护安装处的故障相/相间电流Ii、 故障后保护安装处的故障相/相间电压&、故障后保护安装处的故障相/相间电流I2,然后 采用步骤3所述方法求出故障后故障点电压U' 2,故障前故障点电压U' 1，最后将得到的U' 1、 U'2带入式2求出故障点电压突变量AU':
[0017] AU'=U%-U'i式 2 [001引其中，M、M均为正整数；
[0019]步骤5 ;将步骤3得到的U'、步骤4得到的AU'带入式3,并结合式4得到关于保 护安装处到短路故障点的故障距离X的一元二次方程，进而计算出其数值：
[0020]
[002UC= 1.0Z(180。-(Ar拍 1+5)) 式 4 [0022] 上式中，
[002引 Arg狂1)为线路正序阻抗角，5为系统阻抗角大于线路正序阻抗角的角度，Im( ?) 为变量的虚部，Re(0为变量的实部，C为幅值是1的向量。
[0024] 所述步骤4中，M为大于等于2、且小于故障持续周波数的正整数，N为1或2。
[0025] 所述步骤5中，若为单相故障，则5为-8°~0° ;若为相间故障，则5为0°~ +4。。
[0026] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0027] 1、本发明一种基于故障点电压突变量的故障测距方法利用故障点电压与故障点 电压突变量该两个向量之间存在的相位关系，列出了W保护安装处到短路故障点的故障距 离为未知数的一元二次方程，由于该方程与负荷电流和接地电阻无关，因此不受负荷电流 和高电阻接地故障的影响，不仅对于线路单相和相间故障均适用，而且实用性强，计算精度 和效率均很高。因此，本发明不仅适用范围广，而且计算精度和效率高。
【附图说明】
[002引图1为本发明的线路接地短路故障示意图。
[0029] 图中，为保护安装处的故障相电流、保护安装处的相电压^^9、故障点电压U'、 故障点电流If、保护安装处到短路故障点的故障距离X。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0031] 一种基于故障点电压突变量的故障测距方法，依次包括W下步骤：
[0032] 步骤1 ;保护装置对保护装置安装处的线路互感器的电压电流波形采样得到电压 电流瞬时值；
[0033] 步骤2 ;若为单相故障，采用傅氏算法，根据采样得到电压电流瞬时值求出保护安 装处的故障相电流Jp、'保护安装处的相电压、单相接地故障时的零序电流I。的相量形 式；若为相间故障，则采用傅氏算法，根据采样得到电压电流瞬时值求出保护安装处的故障 相间电压U胃、保护安装处的故障相间电流/gP，其中，^ = 口，'，表示线路的a、b、CS相；
[0034] 步骤3;根据式1求出故障点电压U' ：
[003引U' =U-IZiX式 1
[0036] 上式中，
[0037]Zi为每公里正序阻抗，X为保护安装处到短路故障点的故障距离；
[003引若为单相故障，则=Up，/ =/p+3W。，k为零序补偿系数；
[0039] 若为相间故障，则U ^停，/ = /pp ;
[0040] 步骤4 ;先取故障前N周波采样点和故障后M周波采样点，再采用步骤2所述方法 求出故障前保护安装处的故障相/相间电压Ui、故障前保护安装处的故障相/相间电流Ii、 故障后保护安装处的故障相/相间电压&、故障后保护安装处的故障相/相间电流I2,然后 采用步骤3所述方法求出故障后故障点电压U'2,故障前故障点电压U'1，最后将得到的U'1、 U'2带入式2求出故障点电压突变量AU':
[00川AU'=U%-U'i式2 [00创其中，M、M均为正整数；
[00创步骤5;将步骤3得到的U'、步骤4得到的AU'带入式3,并结合式4得到关于保 护安装处到短路故障点的故障距离X的一元二次方程，进而计算出其数值：
[0044]
[0045]C= 1.0Z(180。-(Ar拍 1+5)) 式 4
[0046] 上式中，
[0047]Arg狂1)为线路正序阻抗角，5为系统阻抗角大于线路正序阻抗角的角度，Im( ?) 为变量的虚部，Re(〇为变量的实部，C为幅值是1的向量。
[0048] 所述步骤4中，M为大于等于2、且小于故障持续周波数的正整数，N为1或2。
[0049] 所述步骤5中，若为单相故障，则5为-8°~0° ;若为相间故障，则5为0°~ +4。。
[0化日]本发明的原理说明如下；
[0051] 本发明方法应用于电力系统的高压、超高压、特高压线路，依据故障点电压突变量 和故障点电压同相位的原理，较好的消除负荷电流和接地电阻对接地距离保护的影响。具 体计算过程如下：
[0052] 由于故障点电压突变量AU' = 为故障点电流，ZS为从故障点看进去的 总阻抗即系统等效阻抗），且单相故障和相间故障均属于电阻性接地，即故障点电流If与故 障点电压U'同相位，因此U'超前AU'（180。-Arg狂S))度，令Arg狂S) =Arg狂1)+5,其 中Arg狂1)为线路正序阻抗角，5为系统阻抗角大于线路正序阻抗角的角度；
[005引 令C= 1.0Z(180。-(Ar拍 1+S))，则Arg(AU' .0 =Arg(U'），即AU' .C、 U'该两个相量的角度相等，所W他们的实部除W虚部相等，可列出W下方程：
[0054]
[0化5] 而
[0056]AU' =U'2-U'i=