基于序分量关系的输电线路单端故障测距方法
【专利摘要】一种基于序分量关系的输电线路单端故障测距方法，通过继电保护装置判断发生的故障类型，根据故障类型确定在正、负、零序网络中的序分量关系，利用测量端的各序电气量计算故障点处各序电气量，将故障点处各序分量代入序分量关系即可求解得到故障距离。本发明在克服数据不同步、存在伪根等问题的同时，保持了精确的测距精度。
【专利说明】
基于序分量关系的输电线路单端故障测距方法
技术领域
[0001] 本发明涉及的是一种电力系统继电保护领域的技术，具体是一种基于序分量关系 的输电线路单端故障测距方法。
【背景技术】
[0002] 高压输电线路是电力系统的命脉，在承担重要的输电任务的同时，又是电力系统 中极易受到故障影响的一环。如果输电线路故障不能及时切除致使供电停止，电力系统的 稳定运行乃至国民经济的发展都会受到严重影响。
[0003] 输电线路的故障测距是维护线路稳定的重要环节。现有常用测距方法包括阻抗 法、行波法和故障分析法。相对于另外两种方法，阻抗法操作简便，成本较低，受到了较多的 青睐。阻抗法可以根据所采用的数据位置分为单端法和双端法两种方法。其中双端法由于 需要利用双端数据同步，对通信系统提出了较高的要求，增加了故障测距的成本。而单端法 只需要本侧数据即可完成测距，不需数据同步，可以显著降低成本。
[0004] 对称分量法是电工中分析对称系统不对称运行状态的一种基本方法。广泛应用于 三相交流系统参数对称、运行状况不对称的电气量计算。由于发生故障时系统通常处于不 对称运行状态，对称分量法在故障测距中有广阔的应用前景。
【发明内容】
[0005] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于序分量关系的输电线路单端 故障测距方法，通过继电保护装置判断发生的故障类型，根据故障类型确定在正、负、零序 网络中的序分量关系，利用测量端的各序电气分量计算故障点处各序电气分量，将故障点 处各序分量代入序分量关系即可求解得到故障距离。本发明在克服通信问题，数据不同步、 成本较高、存在伪根等问题的同时，保持了精确的测距精度。
[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0007] 本发明利用测量端测量到的电气量计算得到故障点的各序分量，通过继电保护装 置判断得到的故障类型得到相应的故障点序分量关系计算得到故障距离，实现单端阻抗测 距。
[0008] 本发明具体包括：
[0009] 步骤一、当高压输电线路距离测量端M点某处发生故障时，继电保护装置动作，并 记录下此时的故障类型；
[0010] 所述的故障类型包括:单相接地短路、两相相间短路、两相接地短路和三相短路，
[0011] 步骤二、通过互感装置可以测得M点处的各相电压t A ^和各相电流4 4 4经对称分量法计算可得M点处各序电压Cm 0V12和各序电流AvC q ? y ? y i ~uJ p 1 1 Tt/J「4] [1 ]_ 11F4" 具体为：A = I K 4 ; 1_ a2 a 4 其中：a = e调。。 U,2 1 a a1 Uc t2 1 a a1 lc
[0012] 步骤三、根据序分量网络计算得到故障点处的各序电压t>F。，&F1，和各序电流 r i ; ? c〇sh(;/(i.Y) -/Vilizd) sinh(;/0.v) /F0 ,/n，4，具体为:j coshOf) - iM1Zcl sinhOf) Uy, = UW coshC^A-)- /v,,Zi;l sinh(;/,.v) ?
其中：ZdZca和 丫^丫:分别为线路零序、正序或负序波阻抗和传播系数，X表示实际的故障距离。
[0013] 步骤四、根据计算得到各序电压和各序电流通过故障类型对应的故障点处的序分 量关系计算得到含有x的超越方程，通过搜索求解的方法得到x的数值近似解，即为所测得 的故障距离。
[0014] 所述的故障类型对应的故障点处的序分量关系包括:单相接地短路：
;两相相间短路
；两相接地短路：
；三 相短路：
技术效果
[0015] 本发明利用了在高压输电线路发生故障时，在故障点处的序分量之间存在着一定 的相位关系，该关系仅在故障点处成立。而故障发生时，正、负、零序的电气分量往往会有显 著的变化，这使得序分量的测量和计算保证了一定的精度。最后在求解方程时采用搜索求 解的方式，原因有二:其一该方程为超越方程，无法求得解析解，而数值解求解又存在一定 的难度;其二搜索求解可以有效地避免伪根问题。
[0016] 本发明仅利用单端电气量，无需与对端通讯且设备成本低且具有较强的鲁棒性， 受过渡电阻、故障初始角以及两端系统功角差影响较小，能够避免传统测距方法可能存在 的伪根问题，同时保证了一定的测距精度。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明高压输电线路故障示意图；
[0018] 图中：夂为测量端系统电势，欠为对端系统电势；
[0019] 图2为故障中各序网络的示意图；
[0020] 图中：ZMl、ZNl分别表示两侧系统的各序阻抗，ZLl表示线路单位长度阻抗，1表示线 路全长，X表示故障点与M侧的距离，r f表示故障过渡电阻，iMi表示M侧母线处的各序电流，iFi 表示流经过渡电阻的各序电流。上述i=〇，l，2分别表示零序、正序和负序。注意对于上述阻 抗而言负序阻抗与正序阻抗相等。
[0021] 图3为基于序分量关系的输电线路单端故障测距方法流程示意图；
[0022]图4为实施例输电线路示意图；
[0023]图中为一三端系统，仿真中始终假设故障发生在220km线路上，对右侧双系统做等 效为单一系统处理。
【具体实施方式】
[0024]如图3所示，为本实施例230kV交流输电线路模型，线路全长220km。实施方案如下： [0025] 1)利用PSCAD搭建模型，对其进行仿真。
[0026] 2)在丽之间距M点10.0km、100.0km处分别设置四种故障。故障中相间过渡电阻为 10Q，接地电阻为100Q。
[0027] 表1.230kV交流输电线路模型故障测距结果
[0028] 上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同 的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所 限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
【主权项】
1. 一种基于序分量关系的输电线路单端故障测距方法，其特征在于，利用测量端测量 到的电气量计算得到故障点的各序分量，通过继电保护装置判断得到的故障类型得到相应 的故障点序分量关系计算得到故障距离，实现单端阻抗测距。2. 根据权利要求1所述的测距方法，其特征是，具体包括以下步骤： 步骤一、当高压输电线路距离测量端Μ点某处发生故障时，继电保护装置动作，并记录 下此时的故障类型； 步骤二、通过互感装置可以测得Μ点处的各相电压Α和各相电流4，Λ，4， 经对称分ST法计算可得1点处各序电压^^10 GvD和各序电流<Μ。： Ι?.人〇具体为：步骤三、根据序分量网络计算得到故障点处的各序电压和各序电流分别为线路零序、正序或负序波阻抗和传播系数，X表示实际的故障距离； 步骤四、根据计算得到各序电压和各序电流通过故障类型对应的故障点处的序分量关 系计算得到含有X的超越方程，通过搜索求解的方法得到X的数值近似解，即为所测得的故 障距离。3. 根据权利要求1所述的测距方法，其特征是，所述的故障类型包括:单相接地短路、两 相相间短路、两相接地短路和三相短路。4. 根据权利要求1或3所述的测距方法，其特征是，所述的故障类型对应的故障点处的序分量关系包括:单相接地短路：；两相相间短路 两相接地短路：
【文档编号】G01R31/08GK105929302SQ201610227274
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月13日
【发明人】范春菊, 李笑夫, 姜军, 郭煜华, 张帆
【申请人】上海交通大学