基于过渡电阻实测的线路单相接地故障测距方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于过渡电阻实测的线路单相接地故障测距方法。本发明方法首先测量输电线路保护安装处的故障相电压、故障相电流、故障相负序电流和零序电流，采用分布参数模型描述输电线路电压、电流传输的物理特性，计算输电线路单相接地故障点的过渡电阻，采用一维搜索方法依次计算输电线路上每一点的过渡电阻和过渡电阻差函数值，利用输电线路单相接地故障点处的过渡电阻差函数值达到最小这一特性实现输电线路单相接地故障的精确测距，原理上消除了分布电容、过渡电阻和负荷电流等因素的影响，具有很高的测距精度。本发明方法是一种搜索式的方法，不存在解方程法的伪根问题和迭代法的不收敛问题，具有很强的实用性。
【专利说明】
基于过渡电阻实测的线路单相接地故障测距方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体地说是涉及一种基于过渡电阻实测 的线路单相接地故障测距方法。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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】
[0004] 本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种具有天然的抗分布电容影 响的能力，定位精确的基于过渡电阻实测的线路单相接地故障测距方法。
[0005] 为完成上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 基于过渡电阻实测的线路单相接地故障测距方法，其要点在于，包括如下依序步 骤：
[0007] (1)保护装置测量输电线路保护安装处的故障相电压％、故障相电流/#、故障相 负序电流和零序电流4 :其中，巾=A、B、C相；
[0008] (2)保护装置计算输电线路单相接地故障点的过渡电阻
[0010]其中，lS(5t为保护整定范围；Zo为输电线路保护安装处的系统零序等值阻抗；yi、 Y〇分别为输电线路正序、零序传播系数;Zcl、ZcQ分别为输电线路正序、零序波阻抗；
为保护整定范围lw处的零序补偿系数；
为 zc#(7l/跑J/。)的实部;也 为 部;Repj为泛彳的实部;为的虚部；
[0013] (3)保护装置选取故障距离初始值为lx，计算距离输电线路保护安装处的l x点的过 渡电阻R(lx):
，:为距离输电线路保护安装处的 lx点的零序补偿系数；
[0016] (4)保护装置计算距离输电线路保护安装处的lx点的过渡电阻差函数iRad-h 值；
[0017] (5)故障距离lx以固定步长A1递增，返回步骤(3)依次计算输电线路上每一点处 的过渡电阻差函数|R(1 X)-R<t>|值，直至输电线路全长;选取输电线路上过渡电阻差函数|R (U-R<t> |值最小对应的点为输电线路单相接地故障点。
[0018] 本发明与现有技术相比较，具有下列积极成果：
[0019] 本发明方法利用分布参数建模，计算输电线路单相接地故障点的过渡电阻，采用 一维搜索方法依次计算输电线路上每一点的过渡电阻和过渡电阻差函数值;采用分布参数 模型描述输电线路的物理特性，具有天然的抗分布电容影响的能力，适用于超高压、特高压 交流输电线路单相接地故障的精确定位。本发明方法采用一维搜索方法依次计算输电线路 上每一点的过渡电阻和过渡电阻差函数值，利用输电线路单相接地故障点处的过渡电阻差 函数值达到最小这一特性实现输电线路单相接地故障的精确测距，原理上消除了分布电 容、过渡电阻和负荷电流等因素的影响，具有很高的测距精度。本发明方法是一种搜索式的 方法，不存在解方程法的伪根问题和迭代法的不收敛问题，具有很强的实用性。
【附图说明】
[0020] 图1为应用本发明的线路输电系统示意图。
【具体实施方式】
[0021] 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。
[0022] 图1为应用本发明的线路输电系统示意图。图1中CVT为电压互感器、CT为电流互感 器。保护装置对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。
[0023] 保护装置对采样得到的电压、电流瞬时值利用傅里叶算法计算输电线路保护安装 处的故障相电压&彳、故障相电流&、故障相负序电流和零序电流;其中，巾=A、B、C 相。
[0024] 保护装置计算输电线路单相接地故障点的过渡电阻
[0026]其中，巾=A、B、C相；lset为保护整定范围；Zo为输电线路保护安装处的系统零序等 值阻抗；Yi、分别为输电线路正序、零序传播系数;Zcl、ZcQ分别为输电线路正序、零序波 阻抗;ch(.)为双曲余弦函数;sh(.)为双曲正弦函数；
1，为保护整定范围lset处的零序补偿系 数；th(.)为双曲正切函数；的虚 部；
[0028] 为々i?乂 为Z，(ri/J(4 +峨二)/0)的虚部;Re(t>J为4的实部;为~的虚部。
[0029]保护装置选取故障距离初始值为lx，计算距离输电线路保护安装处的lx点的过渡 电阻R(lx):
[0031]其中，
，为距离输电线路保护安装处的 lx点的零序补偿系数;Zo为输电线路保护安装处的系统零序等值阻抗；yi、Y〇分别为输电 线路正序、零序传播系数;Zc^ZcQ分别为输电线路正序、零序波阻抗;ch(.)为双曲余弦函 数;sh(.)为双曲正弦函数;th(.)为双曲正切函数；(i) =A、B、C相。
[0032]保护装置计算距离输电线路保护安装处的lx点的过渡电阻差函数|R(1X)-R<t>|值。 [0033]故障距离lx以固定步长A1递增，依次计算输电线路上每一点处的过渡电阻差函 数I Rad-h I值，直至输电线路全长。
[0034]保护装置选取输电线路上过渡电阻差函数llUU-IUl值最小对应的点为输电线 路单相接地故障点。
[0035]本发明方法是一种搜索式的方法，采用一维搜索方法依次计算输电线路上每一点 的过渡电阻和过渡电阻差函数值，利用输电线路单相接地故障点处的过渡电阻差函数值达 到最小这一特性实现输电线路单相接地故障的精确测距，原理上消除了分布电容、过渡电 阻和负荷电流等因素的影响，具有很高的测距精度。
[0036]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。
【主权项】
1.基于过渡电阻实测的线路单相接地故障测距方法，其特征在于，包括如下依序步骤： (1) 保护装置测量输电线路保护安装处的故障相电压、故障相电流^、故障相负序电 流ip和零序电流;其中，Φ =A、B、C相； (2) 保护装置计算输电线路单相接地故障点的过渡电阻R41: mj令/卞ιττ云尔m;(4) 保护装置计算距离输电线路保护安装处的Ix点的过渡电阻差函数IR(Ix)-R4l I值； (5) 故障距离Ix以固定步长Δ1递增，返回步骤(3)依次计算输电线路上每一点处的过渡 电阻差函数IR(I x)-R4l I值，直至输电线路全长;选取输电线路上过渡电阻差函数IR(Ix)-R4l 值最小对应的点为输电线路单相接地故障点。
【文档编号】G01R31/08GK105891669SQ201610190519
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】蔡方伟, 姚志涵, 陈敏
【申请人】国网福建省电力有限公司, 国家电网公司, 国网福建省电力有限公司莆田供电公司