专利名称：利用在线路一端的电流和电压测量进行故障定位的制作方法
技术领域：
本发明关于一种利用在位于一段输电线的一端的终端上所进行的电流和电压测量对该段输电线进行故障定位的技术。
背景技术：
在高压输配电系统中，已经发展并且应用有几种用于故障定位的方法和方案。其中一种方案使用了位于被监测输电线段两端中每一端的终端上的电压/电流变换器。使用感应电流变换器来测量输电线上的瞬时电流。
标题为在三相输电线上定位故障点的方法和装置的US4,559,491描述了一种单端故障定位(FL)算法。通过考虑输电网络中故障电流的实际分布，实现使用位于线路一端的故障定位器装置的高精度的故障定位。早在1982年该算法就已经被成功地应用到产品中，并且目前全世界许多国家的单输电线和并行输电线仍采用这种算法工作。但是对于某些故障情况来讲，很难获得精确的预故障量、例如预故障电流，从而用于计算对故障路径上的压降的估值。同样，采用相电压和相电流以及零序电流分量的缺点是用这些值来补偿分流电容效应相对困难。此外，所描述的故障定位方法不适用于在段的端点上还存在有其他连接的单线路段或并行线路段。
发明内容
本发明的目的是克服上面提到的一个或多个问题。
这是通过由权利要求1表征的方法来实现的。本发明的具体特征由所附的权利要求来表征。
在本发明的一个方面中，提出了这样一种方法，其包括单端故障定位器算法的新的设计。应用了根据对称分量以及故障回路和故障的广义模型对输电网络的统一描述。带来的益处包括该算法可以用于在典型的单输电线和并行输电线中定位故障，此外还可以对在线路端之间还具有其他连接的单线和并行线进行故障定位。另一个益处是计算故障距离的程序采用简洁的二次方程的形式，其中该二次方程的系数取决于输电网络的故障类型、获得的测量结果以及阻抗数据。本发明的又一益处是应用对故障路径上的压降的最佳估值，这样作的结果是不再需要在单相接地故障和两相短路故障的情况下的预故障电流。
在一个实施例中，通过使用对称分量的符号来简化对分流电容的补偿。为此应用线路的分布式长线路模型。对所有的序列分别进行补偿。补偿特殊序列的电流用于分流电流，然后构成故障回路补偿电流。在另一实施例中，通过代替使用代表值而在远端测量电源阻抗的选择，已获得改进的精度。在远端测量的电源阻抗可以被认为是通过简单的通信设备传送给故障定位器的。
在另一实施例中，描述了一种在多种条件下用于并行线的单端故障定位方法，以定位单相接地故障。在又一实施例中描述了这样一种单端故障定位方法，包括单相接地故障和两相短路接地故障的接地故障的测量信号具有标准可用性。
在本发明的另一方面，用于执行本发明方法的故障定位器装置由权利要求18表征。本发明故障定位器装置的具体特征由所附权利要求表征。
在本发明的另一方面中，描述了一种用于执行本发明方法的计算机程序。在本发明的另一方面中，描述了包括执行本发明方法的计算机程序的计算机程序产品。在本发明的又一方面中，描述了一种图形用户界面，用于显示从一段输电线的一端到故障的距离。
通过结合附图并且参照下面的详细描述，可以对本发明的系统和方法有更全面的理解，在附图中图1是根据本发明的一个实施例在并行线或单线的输电和/或配电系统中故障定位方法的示意图；图2a是并行输电网络的正序分量的示意电路图，其中示出了当故障定位器安装在接线端AA上时的故障回路。图2b、2c分别是针对负序和零序分量的对应电路图；图3a是用于获取和计算电压和电流的对称分量的相量的示意框图，这些对称分量用于组成故障回路电压。图3b是用于组成故障回路电流的相应框图；图4是用于确定单线正序故障电流分布系数的电路图，其中括号内示出的是负序量；
图5是用于确定并行线正序故障电流分布系数的电路图，与针对单线的图4对应，其中括号内示出的也是负序量；图6是本发明的一个实施例的示意图，其中在远端B测量的电源阻抗可以传送给位于第一端A上的故障定位器；图7是考虑分流电容的实施例的电路图，并且示出了在第一次迭代过程中的正序电路图；图8是在第一次迭代过程中考虑了分流电容效应的负序电路图；图9是在第一次迭代过程中考虑了分流电容效应的零序电路图；图10是根据本发明的一个实施例的用于在单线中定位故障的方法流程图；图11是根据本发明的一个实施例的用于在并行线中定位故障的方法流程图；图12和图13a、13b、14、15a和15b是与附录A2中的表2的系数的推导相关的可能故障类型(双相短路，单相接地等)的示意图。图12示出a-g型故障，以及图13a、13b的故障发生在相a-b之间。图14示出a-b-g故障。图15a和15b分别示出对称故障a-b-c和a-b-c-g；图16和17是用于导出包括在表3中的正序(负序)故障电流分布系数中的复合系数的示意图。图16所示为在变电站之间具有其他连接的单线。图17为在变电站之间具有其他连接的并行线；图18所示为根据本发明的一个实施例的故障定位器装置和系统；图19为根据本发明的一个实施例在不可以从正常线路测量的情况下用于在并行线中定位单相-地故障的方法流程图；图20是具有不同的正常并行工作模式的并行线的故障定位方法的示意图；图21a是增加的正序或负序的并行网络的等效电路示意图。图21b是两条并行线都工作时的零序等效电路图。图21c是正常并行线切断或接地时的零序等效电路图；图22是根据本发明另一实施例在从正常并行线提供零序电流的情况下在并行线中定位双相短路以及单相接地故障的方法流程图；图23是根据本发明另一实施例的具有测量的标准可用性的并行线故障定位的示意图；
图24a、b、c分别是针对正序、负序以及零序电流的并行线的等效电路图；具体实施方式
图1是为并行线和具有单线的输电或配电系统使用的单端故障定位的示意图。故障定位器1位于单线AA-BA 3或并行线AA-BA、AB-BB4的一端2上。故障F在FA上示出，其具有用RF表示的相应的故障阻抗5。由故障定位器1确定和提供的从一端2到故障的距离值d用附图标记7表示。在考虑单线的情况下，不需要考虑虚线所示的元件和参量，诸如并行线AB-BB以及并行线值零序电流IAB0。
为位于第一端2或是“A”端上的故障定位器1提供下列输入信号-故障线路的三相电压(VAA)，-故障线路的三相电压(IAA)，-来自正常并行线的零序电流(IAB0)，(在仅考虑单线的情况下，没有零序)图2a，b，c是并行输电网络的正序2a、负序2b以及零序2c分量的电路图。图中示出了当故障定位器安装在接线端A-A上时序列分量21a，21b，21c的故障回路。图中示出了接线端A，B之间的其他连接25。针对不同故障类型所考虑的故障回路的广义模型表示为VAA_p-dZ1LAIAA_p-RF(aF1IF1+aF2IF2+aF0IF0)＝0(1)其中d-未知且所求的故障距离，ZILA-故障线路的正序阻抗，VAA-P，IAA-P-根据故障类型构成的故障回路电压和电流，RF-故障阻抗，IFi-总故障电流的序列分量(i＝0，i＝1，i＝2)，aFi-加权系数(表2)故障回路电压和电流可以用测出的电压/电流的对称分量表示VAA_p＝a1VAA1+a2VAA2+a0VAA0(2)I‾AA_p=a‾1I‾AA1+a‾2I‾AA2+a‾0Z‾0LAZ‾1LAI‾AA0-a‾0mZ‾0mZ‾1LAI‾AB0----(3)]]>其中
AA，AB-下标，用于分别表示从故障线路(AA)和从正常线路(AB)获得的测量。
a0，a1，a2-表1中的系数(在实施例描述结束之后给出了该表，图中所示的这些系数源自所附的附录A1)。
Z0LA，Z0M-分别为故障线路阻抗以及零序线路间互藕的阻抗，a0m＝a0-用于并行线，a0m＝0-用于单线，电压的对称分量相量，正序VAA1，负序VAA2，零序VAA0以及电流的对称分量相量，正序IAA1，负序IAA2，来自故障线路的零序IAA0和来自正常线路的零序IAB0是如示意框图3a和3b所示根据所获得的测量结果进行计算的。
图3a示出了瞬时相电压的输入30a，滤波级33a，相电压相量31a，对称分量的相量计算33b，以及在32a输出的电压的对称分量相量。从图3a中可以看到，所获得的相电压测量先经过滤波，然后进行计算以得到故障回路电压的对称分量。图3b示出了用于得到故障回路电流的对称分量的相应级。图3b示出了瞬时相电流和正常线路的瞬时零序电流30b，滤波33b，相电流相量和正常线路的零序电流相量31b，计算34b，以及在32b输出的电流的对称分量的相量。
故障回路信号可以根据公式(2)-(3)以及表1构成，其是典型方案的替代方案(表1A，[1-2]中的故障定位器用到的故障回路电压(VAA_P)和电流(IAA_P))。
故障路径电阻上的压降，即公式(1)中的第三项，可以用电流分布系数和电流的本地测量来表示，结果是V‾AA_p-dZ‾1LAI‾AA_p-RF(a‾F1ΔI‾AA1k‾F1+a‾F2I‾AA2k‾F2+a‾F0I‾AA0k‾F0)=0----(4)]]>公式(4)是从总故障电流的对称分量和测量电流之间的以下关系获得的I‾F1=ΔI‾AA1k‾F1,]]>I‾F2=I‾AA2k‾F2,]]>I‾F0=I‾AA0k‾F0]]>(5)其中
IF1；IF2；IF0-总故障电流的对称分量，KF1，KF2，KF0-特定序列量的故障电流分布系数，ΔIAAI＝IAA1-IAA1pre；IAA2；IAA0-在发电站A处的线路A中(下标AA)测出的电流的对称分量；注意在正序时使用增加量(后故障电流减去预故障电流)。
故障路径上的压降，如等式(1)中的第三项所示，用总故障电流的序列分量表示。加权系数aF0，aF1，aF2可以相应地通过对于特殊故障类型取边界条件来确定。见表2，列出了加权系数的可选择组，用于确定故障路径电阻上的压降。这些系数的推导包括在附录A2中。
在设置加权系数方面有一定的自由度。由于线路的零序阻抗可能被认为是一个不可靠的参数，因此建议利用这个自由度首先来避免零序量。这可以通过设置aF0＝0来实现，如表2所示。
其次，在建立加权系数时的自由度还可以用于确定使用特定量的优选。最好采用负序(表2，组I)或是正序(表2，组II)，但也可以采用两种类型的量(表2，组III)来确定故障路径上的压降。
推荐使用组I，这样对于最大数量的故障就可以避免正序，并由此避免预故障正序电流。由于有些时候出于某些原因预故障电流不能被记录或寄存，但是却可能被出现的故障的一个或多个征兆所影响，因此特别希望能避免预故障正序电流。此外，预故障电流的记录精度不是很高，其精度基本上低于后故障电流，这是由于A/D转换器在低量程下以低精度工作。
故障电流分布系数取决于图4，5的输电网络的配置，以及阻抗参数。基本来说，所有正序和负序阻抗都彼此相等，由此得出一个阻抗k‾F1=k‾F2=K‾1d+L‾1M‾1----(6)]]>表3中收集了单线(图4)和并行线(图5)的故障电流分布系数(6)中的系数，这些系数用于确定故障电流分布系数(注意附录A3中示出了这些系数的推导)。
图4是用于确定正序电流的故障电流分布系数的单线的电路图，同时括号内示出了负序电流。类似地，图5是用于确定正序电流的故障电流分布系数的并行线的电路图，同时括号内示出了负序电流。
图4中，可以认为接线端A，B之间存在(Z1AB≠∝)或是不存在(Z1AB→∝)正序阻抗等于Z1AB的其他连接45。图5中，可以认为接线端A，B之间存在 或是不存在(Z1LB&AB＝Z1LB)正序阻抗等于Z1AB的其他连接55。
将(6)代入(4)，并且调节aF0＝0(如表2)，结果V‾AA_p-dZ‾1LAI‾AA_p-RFM‾1K‾1d+L‾1(a‾F1ΔI‾AA1+a‾F2I‾AA2)=0----(7)]]>在(7)的两边都乘以 并且进行了一些重新调整后，二次公式具有两个未知数，d-[p.u.]从A开始的所求故障距离，RF-故障电阻，由下式获得K‾1Z‾1Ld2+(L‾1Z‾1L-K‾1Z‾AA_p)d-L‾1Z‾AA_p+RFM‾1(a‾F1ΔI‾AA1+a‾F2I‾AA2)I‾AA_p=0----(8)]]>其中Z‾AA_p=V‾AA_pI‾AA_p]]>-计算的故障回路阻抗。
简化公式(8)得到A2d2+A1d+A0+A00RF＝0 (8a)其中A2＝A2_Re+jA2_Im＝K1Z1LAA1＝A1_Re+jA1_Im＝L1Z1LA-K1ZAA_pA0＝A0_Re+jA0_Im＝-L1ZAA_pA00_Re+jA00_Im=M‾1(a‾F1ΔI‾AA1+a‾F2I‾AA2)I‾AA_p]]>Z‾AA_p=V‾AA_pI‾AA_p]]>-计算的故障回路阻抗K1，L1，M1-表3中的系数。
公式(8a)可以分开写成实数部分和虚数部分
A2_Red2+A1_Red+A0_Re+A00_ReRF＝0(8b)A2_Imd2+A1_Imd+A0_Im+A00_ImRF＝0(8c)以消除故障电阻的方式组合(8b)和(8c)，(也就是等式(8b)乘以A00_Im，等式(8c)乘以A00_Re，然后两式相减)，得到所求故障距离的二次公式B2d2+B1d+B0＝0 (9)其中B2＝A2_ReA00_Im-A2_ImA00_ReB1＝A1_ReA00_Im-A1_ImA00_ReB0＝A0_ReA00_Im-A0_ImA00_Re等式(9)有两个故障距离的根(d1，d2)d1=-B1-B12-4B2B02B2]]>d2=-B1+B12-4B2B02B2]]>(10)选择满足条件(0≤d≤1)的根作为故障距离的解。
在本发明的另一实施例中，通过以下方式来执行故障定位方法，即使用在远离故障定位器1的第二端上的电源阻抗测量值来代替在远端的电源阻抗代表值，，并且使用通信设备将测量值传送给本地端。根据本地测量结果、输电线的阻抗数据、接线端之间的其他连接以及接线端上的等效系统确定(9)中的系数。可以使用本地测量对在本地变电站的等效系统的阻抗(Z1SA)进行在线跟踪。相反的，远端系统阻抗(Z1SB)不能从A作本地测量。这样，该阻抗的“代表”值可以被提供用于算法[1-2]。
图6中示出了单线情况下的替代的解决方案，图中示出了位于系统A附近的第一端2上的故障定位器1，位于系统B附近的远端3上的另一装置10，由RD表示。所示通信信号9由远端上的10发送到本地端上的故障定位器1。
远端电源阻抗(Z1SB)是通过远端装置RD10在远端变电站中测量的，该远端装置RD10可以是另一故障定位器或是任何合适的装置，诸如数字继电器或是数字故障记录器，并且测量结果9借助通信信道60发送。线路接线端上的测量不需要同步。根据增加的正电压(ΔVB1)与增加的正序电流(ΔIB1)[3-4]之间的已知关系计算出电源阻抗Z‾1sB=-ΔV‾B1ΔI‾B1----(11)]]>类似地，故障定位器1计算出本地电源阻抗Z‾1sA=-ΔV‾A1ΔI‾A1----(11a)]]>在本发明的另一优选实施例中，对线路分流电容进行补偿。可以通过考虑集总模型(只考虑纵向R-XL参数)或是分布式长输电线路模型来实现分流电容效应的补偿。在此考虑了提供故障定位的较高精确度的分布式长线路模型[5]。
下面介绍对单线的补偿。这意味着在构成故障回路电流(3)时没有反映互耦效应的那一项(a0m＝0)。此外，使用单下标(A代替AA)。
对输电线的分流电容进行补偿的故障定位过程需要以下附加的输入数据C1L-整条线路的正序和负序分流电容(线路的正序和负序参数都是相同的，因此C2L＝C1L)C0L-整条线路的零序分流电容，L-线路总长(km)，用于表示每千米长的线路上的阻抗/电容。
在确定一段故障线路上的压降时可以引入对分流电容的补偿，即广义故障回路模型(1)中的第二项。这需要补偿特定序列的所计算电流的的分量。因此，原始测出的电流IA1，IA2，IA0必须由引入补偿后的电流IA1_COMP，IA2_COMP，IA0_COMP取代。同时使用原始故障回路电压，即模型(1)中的第一项来计算故障距离。在确定故障电阻上的压降，即(1)中的第三项时，在此假设(这是标准实践)可以忽略在故障位置(点F)处的线路电容效应。这被证明是正确的，因为在该位置处的容性分支阻抗远远大于故障电阻。这意味着在确定故障电阻上的压降时不必考虑分流电容。
计算故障距离时用到以下阻抗Z1Llong-考虑分布式长线路模型时线路的正序阻抗。
Z0Llong-同上，但是为零序阻抗。
补偿过程需要进行迭代计算，直到收敛为止(即一直迭代到位置估值与前次估值相同)。但是，所进行的研究表明使用固定的迭代次数，例如2-3次，就可以得到具有可接收的精度的结果。特定迭代(如当前的迭代)算出的故障距离被用于确定下一次迭代中的分流电流。然后由测量电流推导出所求的分流电流。在不考虑分流效应(10)的情况下算出的故障距离被当作第一次迭代的起始值。
图7，8，9中分别示出了考虑分流电容效应时，针对正序、负序、以及零序进行补偿的首次迭代的方法。
作为针对正序(图7)执行首次迭代的结果，计算出补偿电流IA1_COMP_1，下标中的最后一个指数表示首次迭代。此次计算是基于由算出的正序电流IA1来推导出分流电流，其中正序电流IA1是由测出的相电流-图2计算得到的IA1_comp_1＝IA1-0.5dvlB1L′Atanh1VA1(12)其中dv-不考虑分流电容效应(10)时计算出的故障距离，l-线路总长(km)A‾tanh1=tanh(0.5Z‾1L′B‾1L′dvl)0.5Z‾1L′B‾1L′dvl]]>B‾1L′=jωC1Ll]]>-每千米长的线路的正序导纳(容性)(S/km)Z‾1L′=Z‾1Ll]]>-每千米长的线路的正序阻抗(Ω/km)在不考虑分流电容效应并且考虑线路集总模型时A点到F点之间的故障线路段的正序阻抗等于dvlZ1L′(13)但是此处考虑分布式长线路模型则等于dvlZ1L′Asinh1(14)其中
A‾sinh1=sinh(Z‾1L′B‾1L′dVl)Z‾lL′B‾1L′dvl]]>这样，考虑分布式长线路模型(Z1Llong)时的线路的正序阻抗为Z‾1Llong=A‾sinh1Z‾1L----(15)]]>作为针对负序(图8)执行首次迭代的结果，计算出补偿电流IA2_comp_1，下标的最后一个指数表示首次迭代。这次计算是基于由计算出的负序电流IA2推导出分流电流，其中负序电流IA2是由测出的相电流-图2计算得到的IA2_comp_1＝IA2-0.5dvlB2L′Atanh2VA2(16)在这里，考虑到正序和负序的参数都是相同的(C2L＝C1L，Z2L＝Z1L)Atanh2＝Atanh1B2L’＝B1L’作为针对零序(图9)执行首次迭代的结果，计算出补偿电流IA0_comp_1，其中下标的最后一个指数表示首次迭代。此次计算是基于由计算出的零序电流IA0推导出分流电流，其中零序电流IA0是由测出的相电流-图2计算得到的IA0_comp_1＝IA0-0.5dvlB0L′Atanh0VA0(17)这里A‾tanh0=tanh(0.5Z‾0L′B‾0L′dvl)0.5Z‾0L′B‾0L′dvl]]>B‾0L'=jωC0Ll]]>-每千米长的线路的零序导纳(容性)(S/km)Z‾0L'=Z‾0Ll]]>-每千米长的线路的零序阻抗(Ω/km)在不考虑分流电容效应并且考虑线路集总模型时A点到F点之间的故障线路段的零序阻抗等于dvlZ0L′ (18)
而此处考虑分布式长线路模型时则等于dvlZ0L′Asinh0(19)其中A‾sinh0=sinh(Z‾0L′B‾0L′dvl)Z‾0L′B‾0L′dvl]]>这样，在分布式长线路模型(Z0Llong)时线路的零序阻抗等于Z‾0Llong=A‾sinh0Z‾0L----(20)]]>带有两个未知数(dcomp_1[p.u.]-所求解的故障距离；RF-故障电阻)的二次复合公式(8)在引入补偿(首次迭代)后采用下列形式K‾1Z‾1Llong(dcomp_1)2+(L‾1Z‾1Llong-K‾1Z‾A_pcomp_1)dcomp_1-L‾1Z‾A_pcomp_1+RFM‾1(a‾F1ΔI‾AA1+a‾F2I‾AA2)I‾A_Pcomp_1=0]]>(21)其中Z‾1Llong=A‾sinh1Z‾1L,]]>A‾sinh1=sinh(Z‾1L′B‾1L′dvL)Z‾1L′B‾1L′dvl,]]>Z‾A_pcomp_1=V‾A_pI‾A_pcomp_1]]>-故障回路阻抗，由以下参量计算VA_P-原始故障回路电压(2)，I‾A_pcomp_1=a‾1I‾A1_comp_1+a‾2I‾A2_comp_1+a‾0I‾A0_comp_1]]>-由正序(12)、负序(16)以及零序(17)电流组成的故障回路电流，其中正序、负序以及零序电流是在由原始电流推导出各个电容电流之后得到的。
简化(21)得到
A‾2comp_1(dcomp_1)2+A‾1comp_1dcomp_1++A‾0comp_1A‾00comp_1RF=0----(21a)]]>其中A‾2comp_1=A2_Recomp_1+jA2_Imcomp_1=K‾1Z‾1Llong]]>A‾1comp_1=A1_Recomp_1+jA1_Imcomp_1=L‾1Z‾1Llong-K‾1Z‾A_pcomp_1]]>A‾0comp_1=A0_Recomp_1+jA0_Imcomp_1=-L‾1Z‾A_pcomp_1]]>A‾00comp_1=A00_Recomp_1+jA00_Imcomp_1=M‾1(a‾F1ΔI‾AA1+a‾F2I‾AA2)I‾A_pcomp_1]]>Z‾A_pcomp_1=V‾A_pI‾A_pcomp_1]]>-采用以下参量计算的故障回路阻抗VA_p-原始(没有补偿的)故障回路电压(2)，I‾A_pcomp_1=a‾1I‾A1_comp_1+a‾2I‾A2_comp_1+a‾0I‾A0_comp_1]]>-由正序(12)、负序(16)以及零序(17)电流组成的故障回路电流，其中正序、负序以及零序电流是在由原始电流推导出各个电容电流之后得到的。
K1，L1，M1-表3中列出的系数。
公式(21a)可以分开写成实数部分和虚数部分A2_Recomp_1(dcomp_1)2+A1_Recomp_1dcomp_1+A0_Recomp_1+A00_Recomp_1RF=0----(21b)]]>A2_Imcomp_1(dcomp_1)2+A1_Imcomp_1dcomp_1+A0_Imcomp_1+A00_Imcomp_1RF=0----(21c)]]>以消除故障电阻的方式组合(21b)和(21c)，也就是使等式(21b)乘以A00_Imcomp_1，等式(21c)乘以A00_Recomp_1，然后两式相减，得到所求故障距离的二次公式
B2comp_1(dcomp_1)2+B1comp_1dcomp_1+B0comp_1=0----(22)]]>其中B2comp_1=A2_Recomp_1A00_Imcomp_1-A2_Imcomp_1A2_Imcomp_1A00_Recom_1]]>B1comp_1=A1-Recomp_1A00_Imcomp_1-A1_Imcomp_1A00_Recomp_1]]>B0comp_1=A0_Recomp_1A00_Imcomp_1-A0_Imcomp_1A00_Recomp_1]]>等式(22)具有两个故障距离的根[(dcomp_1)1，(dcomp_1)2](dcomp_1)1=-B1comp_1-(B1comp_1)2-4B2comp_1B0comp_12B2comp_1(dcomp_1)2=-B1comp_1+(B1comp_1)2-4B2comp_1B0comp_12B2comp_1----(23)]]>与预先选择的d(没有补偿的)的根(10)相应的根被认为是有效结果。补偿过程需要迭代计算，一直执行直到得到收敛(即直到位置估值与前次估值相同为止)或是具有固定的迭代数，诸如2-3次。由特殊迭代(如当前迭代)计算出的故障距离被用于确定下次迭代中的分流电流。
本发明的方法在FL算法的两个流程图中示出，图10是单线，而图11是并行线。
如图10中的流程图所示，利用以下测量值-特定相a，b，c的A侧电压vA_a，vA_b，vA_c-特定相a，b，c的A侧电流iA_a，iA-a，iA_a在步骤101中使用的输入数据，即输入数据和测量值如下-线路的正序(Z1L)和零序(Z0L)阻抗，-变电站A，B之间的其他连接25，45，55的正序(负序)阻抗(Z1AB)-电源的正序(负序)阻抗(Z1SA，Z1SB)使用代表值或测量值，并且使用通信设备来发送测出的远端电源阻抗，如前所述，-关于故障类型的信息(来自保护继电器)。
测出的故障量(电压和电流)在步骤104中进行自适应滤波，相位量的自适应滤波旨在从电流和由容性变压器(CVT)引起的瞬变量中去掉直流分量。
在下一步骤、即步骤105中计算电压和电流的对称分量，其等价于图3a和3b所示的步骤。故障回路信号由以下部分组成(2)中的故障回路电压，(3)中的故障回路电流，但是a0m＝0。
在步骤106中通过求解二次公式(9)计算不考虑分流电容效应时的故障距离(d)。公式(10)中列出公式(9)的解。
在步骤106后在不考虑分流电容效应时得到的的结果d作为进行分流电容补偿的初始值。为补偿应用分布式长线路模型。
为了计算分流电容补偿、即步骤107，需要下列附加数据-线路的正序电容(C1L)-线路的零序电容(C0L)-线长(1)，用于表示每千米长的线路的阻抗/电容。
补偿的首次迭代得到二次等式(22)，在等式(23)中对其求解。类似地进行下一次迭代。迭代计算被一直执行直到得到收敛或是可执行固定的迭代次数、即2-3次)。由特殊迭代(如当前迭代)计算出的故障距离用于确定下次迭代中的分流电流。完成迭代计算后，得到故障距离dcomp。
如图11中的流程图所示，对于并行线采用以下测量值-特定相a，b，c的A侧和线路LA的电压VAA_a，VAA_b，VAA_c-特定相a，b，c的A侧和线路LA的电流IAA_a，IAA_b，IAA_c-正常并行线LB的零序电流iAB0步骤111中使用的输入数据(输入数据以及测量值)如下所示-故障线路的正序(Z1LA)和零序(Z0LA)阻抗-正常线路的正序(负序)阻抗(Z1LB)-变电站A-B之间的其他连接的正序(负序)阻抗(Z1AB)
-互耦的零序阻抗(Z0m)-电源正序(负序)阻抗的代表值(Z1sA，Z1sB)-从保护继电器中获得的关于故障类型的信息。
在步骤104中，测出的故障量、电压以及电流经历自适应滤波，用于从电流以及由容性变压器(CVT)引起的瞬变量中去掉直流分量。
在下一步骤115中计算电压和电流的对称分量，如图3a，3b所示。故障回路信号包括(2)中的故障回路电压，(3)中的故障回路电流，但是取a0m＝a0。
在步骤116中通过求解二次等式(9)，计算不考虑分流电容效应时的故障距离(d)。等式(10)中列出等式(9)的解。
不考虑分流电容效应时得到的结果(d)作为执行分流电容补偿的初始值。为补偿应用分布式长线路模型。
分流电容补偿步骤117需要故障线路的下列附加数据-线路的正序电容(C1L)-线路的零序电容(C0L)-线长(1)，用于表示每千米长的线路的阻抗/电容。
对于单线，采用相似的方法进行补偿。进行迭代计算直到得到收敛，或是通过使用固定的迭代次数，诸如2-3次迭代。利用通过特定迭代(例如当前迭代)计算出的故障距离来确定下次迭代中的分流电流。完成迭代计算后，得到故障距离dcomp。
图18示出了根据所述的本发明方法用于确定从一端到输电线上的故障F的距离的装置的一个实施例，此处所述一端是图中所示的输电或是配电线A-B的A端。故障定位器装置1接收来自位于一端A的测量装置、例如电流测量设备14的测量值以及来自电压测量设备11的测量值。故障定位器装置可以包括测量值转换器，用于处理本方法计算算法的元件，用于计算出的故障距离的显示设备，以及打印机或到用于打印计算出的故障的打印机、传真机、或是类似的设备的连接。在该装置的优选实施例中，故障定位器包括计算机程序装置，用于在一个终端上显示由本发明方法提供的信息，诸如故障距离d或是dcomp，所述终端可以远离线路和/或故障定位器的位置。最好计算机程序装置接收来自故障定位器的信息并使其可用于为计算机显示器提供信息，这样操作人员或工程师就可以看到所显示的计算出来的故障距离。该值可以相对于出现故障的线路或是网络的示意性显示器被显示。
在所示实施例中，连续测量所有相电流的测量装置14和测量电压的测量装置11设置在一端，即发电站A。可选地，测量装置、诸如15，13设置在站B，但是这些装置不一定要执行本发明。测量值，诸如故障线路的三相电压(VAA)，故障线路的三相电流(IAA)，以及正常并行线的零序电流(IAB0)(注意在仅考虑单线时没有零序)，以及B处的电源阻抗的代表值Z1sB作为一个传送给包含在故障定位器1中的计算单元，经过参照图3a，3b描述的滤波，以及存储在存储器设备中。该计算单元配有已经描述过的计算算法，并且被编程用于计算故障距离时所需的程序。可选地，可由远端装置RD10测量远端电源阻抗Z1sB，并且经过高速通信设备60发送信息到A处的故障定位器。在某些应用中，将优选地采用从B发送来的测量值，以代替存储在A处的代表值。从图18中可以看到远端B上的电流测量设备15和电压测量设备13可以提供RD10、故障定位器1或是具有测量能力的任何适合的设备，用于计算远端电源阻抗。
故障定位器1的计算单元输入有预故障相电流和已知值、诸如线路的分流电容和阻抗。出现故障时，和故障类型有关的信息(两相短路，单相接地等信息)可以输入给故障定位器的计算单元。当计算单元确定了故障距离后，该故障距离被显示在设备上和/或是发送给远程显示设备。也可以提供结果的打印或传真。除发送故障距离的信号外，装置还可以生成其中记录有测量值的报告，这些测量值是两条线路的电流，电压，故障类型，以及其他测出的和/或算出的与给定的远方故障相关的信息。
根据本发明的任一实施例的方法和故障定位器可以用于确定在一段输电线上的故障距离。本发明也可以用于确定在一段配电线上的故障距离，或其他任何用于发电、输电、配电、控制或耗电线路或总线上的故障距离。
故障定位器装置和系统可以具有用于对信号进行滤波的滤波器、用于对信号进行采样的转换器以及一个或多个微计算机。微处理器(或处理器)具有中央处理单元CPU，其借助存储在程序存储器中的计算机程序来执行根据本发明方法的步骤。可以理解也可以不在专门适配的计算机、而是在一个或多个通用工业计算机上或是微处理器上运行计算机程序。
计算机程序包括让计算机使用前面描述过的等式、算法、数据以及计算来执行本方法的计算机程序代码单元或是软件代码部分。部分程序可以存储在如上的处理器中，但是也可以存储在ROM、RAM、PROM或EPROM芯片或类似设备中。部分或是全部程序也可以存储在其他合适的计算机可读介质、诸如磁盘、CD-ROM或DVD盘、硬盘、磁光存储设备上，或存储在易失性存储器或是闪存、例如固件中，或是存储在数据服务器上。
根据本发明的计算机程序可以至少部分地存储在不同的计算机可读介质上。档案副本也可以存储在标准磁盘、硬盘驱动器、CD或DVD盘、或是磁带上。数据库和程序库优选地存储在一个或多个本地或远程数据服务器上，但计算机程序和/或计算机程序产品可以(例如在不同时候)存储在下列任意一项中计算机或处理器的易失性随机访问存储器(RAM)，硬盘驱动器，光或光磁驱动器，或是非易失性存储器类型、诸如ROM、PROM或EPROM的设备。计算机程序也可以部分设置成分布式应用程序，这些应用程序能够或多或少地在相同的时间在几个不同的计算机或是计算机系统上运行。
在另一优选实施例中，故障定位器可以和并行线一起用于在不能获得正常并行线的测量的情况下定位单相接地故障(a-g，b-g，c-g故障)。考虑正常线路工作的两个模式-工作时的正常线路，-两端接地或者切断的正常线路。
图19示出了在不能获得正常并行线的测量时，用于在并行线内定位故障的算法的流程图。需要难以获得的、在此为正常线路的零序电流来反应在单相接地故障(a-g，b-g，c-g故障)情况下的互耦效应。因此对难以获得的电流进行估计。可以使用标准故障定位算法(诸如参考文献[1]的算法)来定位其他故障。
所述单端故障定位算法的计算顺序如下。
如图19的流程图所示，采用以下测量值-特定相的A侧和(故障)线路LA的电压vAA_a，vAA_b，vAA_c-特定相的A侧和(故障)线路LA的电流IAA_a，IAA_b，IAA_c
用到以下输入数据-故障线路的正序阻抗(Z1LA)和零序阻抗(Z0LA)-正常线路的零序阻抗(Z0LB)-互耦的零序阻抗(Z0m)-关于故障类型的信息(来自保护继电器)-正常线路的操作模式工作或切断和两端接地。
测出的故障量(电压和电流)经受自适应滤波，旨在从电流以及由容性变压器(CVT)引起的瞬变量中去掉直流分量。
在并行线实施例的方法中应用下列等式。除上述的算法(1)以外，该算法用于通过考虑如从定位器安装点来看的故障回路的基尔霍夫电压算法来估计故障距离(d[pu])V‾AA_p-dZ‾1LAI‾AA_p-RF(a‾F1ΔI‾AA1k‾F1+a‾F2I‾AA2k‾F2+a‾F0I‾AA0k‾F0)=0----(24)]]>故障回路电压(VAA_P)和电流(IAA_P)可以用对称量表示VAA_p＝a1VAA1+a2VAA2+a0VAA0(2)以及I‾AA_p=I‾AA_pSL+Z‾0mZ‾1LAIAB0----(25)]]>其中I‾AA_pSL=a‾1I‾AA1+a‾2I‾AA2+a‾0Z‾0LAZ‾1LAI‾AA0----(25a)]]>是没有补偿互耦效应时的故障回路电流(即，如单线时那样构成-上标SL)，a1，a2，a0-表1中收集的复合系数(出自附录A1)VAA1，VAA2，VAA0-测出的正序，负序以及零序电压，IAA1，IAA2，IAA0-故障线路LA的正序，负序，以及零序电流，IAB0-不容易获得的正常并行线LB的零序电流(要估算的)，Z1LA，Z0LA-整条线路LA的正序和零序阻抗Z0m-线路LA和LB之间互耦的零序阻抗RF-未知的故障电阻在下一步骤中，计算电压和电流的对称分量，如图3a，3b所示。故障回路信号包括(2)中的故障回路电压，以及(25)中的故障回路电流。公式(2)-(25)中给出了用测量信号的对称分量表示的故障回路信号。然而，可以使用传统方式来构成故障回路信号。
所列方法包含单相接地故障(a-g，b-g，c-g故障)。其余故障必须用上述的故障定位算法或是标准的故障定位算法[1]来定位。通过求解所求故障距离(26)的二次公式，算出此处所考虑的单相接地故障的故障距离(d)。除B1，B2，B3的值与等式(10)中确定的值不同以外，等式(26)与等式(10)相同。等式的解给出了两个根d1=-B1-B12-4B2B02B2]]>d2=-B1+B12-4B2B02B2]]>(26)(如上，选择满足条件(0≤d≤1)的根作为故障距离的解)。必须把下列值代入公式(26)B2＝real(A2)imag(A00)-real(A00)imag(A2)B1＝real(A1)imag(A00)-real(A00)imag(A1)B0＝real(A0)imag(A00)-real(A00)imag(A0)其中A‾2=-Z‾1LAK‾1I‾AA_pSL-Z‾0mP‾0K‾1I‾AA0-Z‾0mP‾0Q‾0]]>A‾1=K‾1V‾AA_p-Z‾1LAL‾1I‾AA_pSL-Z‾0mP‾0L‾1I‾AA0]]>A0＝L1VAA_pA00＝-M1aF2IAA2Q0＝M1(bF1ΔIAA1+bF2IAA2)系数bF1，bF2的推荐组是从表4中得到的，系数aF1，aF2，aF0的推荐组是从表5中得到的。
该实施例中的故障回路电压是从下表中得到的
单线时所构成的故障回路电流IAA_pSL是从下表中找到的 复合系数取决于正常并行线的工作模式a)正常线路LB工作时P‾0=Z‾0LB-Z‾0mZ‾0LA-Z‾0m]]>K1＝-Z1LA(Z1sA+Z1sB+Z1LB)L1＝-K1+Z1LBZ1sBM1＝Z1LAZ1LB+Z1LA(Z1sA+Z1sB)+Z1LB(Z1sA+Z1sB)b)正常线路LB断开或是接地时
P‾0=-Z‾0LBZ‾0m]]>K1＝-Z1LAL1＝Z1LA+Z1sBM1＝Z1sA+Z1sA+Z1LA在此处所述的另一实施例中，本方法适用于测量信号的标准应用，并且只对接地故障有效，接地故障包括-单相接地故障-两相短路接地故障。
在故障定位器的输入信号标准可用的条件下，针对这些故障获得的故障定位过程是非常简单和简洁的。使用一次公式计算故障距离。
图22是用于在并行输电线内定位接地故障的改进算法的流程图。所述单端故障定位器的计算顺序如下。如图22.B3的流程图所示，使用下列测量值-特定相a，b，c的A侧以及线路LA的电压vAA_a，vAA_b，vAA_c-特定相a，b，c的A侧以及线路LA的电流；iAA_a，iAA_b，iAA_c-正常并行线LB的零序电流iAB0用到的输入数据如下-故障线路的正序阻抗(Z1LA)以及零序阻抗(Z0LA)-正常线路的零序阻抗(Z0LB)；-互耦的零序阻抗(Z0m)-来自保护继电器的关于故障类型的信息。
测出的故障量(电压和电流)经受自适应滤波，旨在从电流和由容性变压器(CVT)引起的瞬变量中去掉直流分量，优选地参照所述的和图3a，3b所示出的。
用于推导本实施例的算法的故障回路的广义模型如下所述VAA_p-dZ1LAIAA_p-RF(aF1IF1+aF2IF2+aF0IF0)＝0 (1)其中d-未知的和所求解的故障距离，Z1LA-故障线路的正序阻抗，VAA_P，IAA_P-根据故障类型而构成的故障回路电压和电流，RF-故障电阻，
IFi-总故障电流的序列分量(i＝0-零序，i＝1-正序，i＝2-负序)，aFi-加权系数(表2)。
故障回路电压和电流可以像在传统的距离保护技术中或在本文献中那样用本地测量值并且使用表1中收集的系数(a0，a1，a2)来表示(这些系数的推导包含在附录APP.1中)VAA_p＝a1VAA1+a2VAA2+a0VAA0(2)I‾AA_p=a‾1I‾AA1+a‾2I‾AA2+a‾0Z‾0LAZ‾1LAI‾AA0+a‾0Z‾0mZ‾1LAI‾AB0----(3)]]>其中AA，AB-下标，分别用于表示从故障线路(AA)获得的测量值和从正常线路(AB)获得的测量值，Z0LA，Z0m-分别为故障线路以及线路间互耦的零序阻抗。
在下一步中，计算电压和电流的对称分量，如图3a，3b所示。故障回路信号包括(2)中的故障回路电压，(3)中的故障回路电流。公式(2)-(3)中给出了用测量信号的对称分量表示的故障回路信号。然而，可以替代地使用传统方式来构成故障回路信号，如附录A1所示。
本方法涉及单相接地故障(a-g，b-g，c-g故障)以及两相短路接地故障(a-b-g，b-c-g，c-a-g故障)，因此对于这些故障可以期望最高的故障阻抗。其余故障必须用上述的故障定位算法或是标准故障定位算法来定位，例如参考文献[1]中的故障定位器。
单相接地故障的故障距离(d)计算如下a-g故障d=imag{V‾AA_p[3(I‾AA0-P‾0I‾AB0)]*}imag{(Z‾1LAI‾AA_p)[3(I‾AA0-P‾0I‾AB0)]*}----(27a)]]>其中
P‾0=Z‾0LB-Z‾0mZ‾0LA-Z‾0m]]>(对于对称线路P0＝1)。
b-g故障d=imag{V‾AA_p[3a‾2(I‾AA0-P‾0I‾AB0)]*}imag{(Z‾1LAI‾AA_p)[3a‾2(I‾AA0-P‾0I‾AB0)]*}----(27b)]]>其中 P‾0=Z‾0LB-Z‾0mZ‾0LA-Z‾0m]]>(对于对称线路P0＝1)。
c-g故障d=imag{V‾AA_p[3a‾(I‾AA0-P‾0I‾AB0)]*}imag{(Z‾1LAI‾AA_p)[3a‾(I‾AA0-P‾0I‾AB0)]*}----(27c)]]>其中
P‾0=Z‾0LB-Z‾0mZ‾0LA-Z‾0m]]>(对于对称线路P0＝1)。
根据可使用预故障电流或必须避免它，可以采用两种不同的方式计算两相相短路接地故障的故障距离(d)。
1.使用预故障测量值来计算故障距离的方法a-b-g故障d=imag{V‾AA_p[W‾(I‾AA0-P‾0I‾AB0)]*}imag{(Z‾1LAI‾AA_p)[W‾(I‾AA0-P‾0I‾AB0)]*}----(28a)]]>其中W‾=A‾ΔI‾AA1+BI‾AA2C‾ΔI‾AA1+DI‾AA2,]]>A＝1-a2，B＝1-a，C＝1+a2，D＝1+a P‾0=Z‾0LB-Z‾0mZ‾0LA-Z‾0m]]>(对于对称线路P0＝1)。
b-c-g故障
d=imag{V‾AA_p[W‾(I‾AA0-P‾0I‾AB0)]*}imag{(Z‾1LAI‾AA_p)[W‾(I‾AA0-P‾0I‾AB0)]*}----(28b)]]>其中W‾=A‾ΔI‾AA1+BI‾AA2C‾ΔI‾AA1+DI‾AA2,]]>A＝a2-a，B＝a-a2，C＝-1，D＝-1 P‾0=Z‾0LB-Z‾0mZ‾0LA-Z‾0m]]>(对于对称线路P0＝1)。
c-a-g故障d=imag{V‾AA_p[W‾(I‾AA0-P‾0I‾AB0)]*}imag{(Z‾1LAI‾AA_p)[W‾(I‾AA0-P‾0I‾AB0)]*}----(28c)]]>其中W‾=A‾ΔI‾AA1+BI‾AA2C‾ΔI‾AA1+DI‾AA2,]]>A＝a-1，B＝a2-1，C＝a+1，D＝a2+1
P‾0=Z‾0LB-Z‾0mZ‾0LA-Z‾0m]]>(对于对称线路P0＝1)。
2.不使用预故障测量值计算故障距离的方法a-b-g故障d=imag[(V‾a+V‾b)(I‾AA0-P‾0I‾AB0)*]imag[Z‾1LA(I‾a+I‾b+2k‾0I‾AA0+2k‾0mI‾AB0)(I‾AA0-P‾0I‾AB0)*]----(29a)]]>b-c-g故障d=imag[(V‾b+V‾c)(I‾AA0-P‾0I‾AB0)*]imag[Z‾1LA(I‾b+I‾c+2k‾0I‾AA0+2k‾0mI‾AB0)(I‾AA0-P‾0I‾AB0)*]----(29b)]]>c-a-g故障d=imag[(V‾c+V‾a)(I‾AA0-P‾0I‾AB0)*]imag[Z‾1LA(I‾c+I‾a+2k‾0I‾AA0+2k‾0mI‾AB0)(I‾AA0-P‾0I‾AB0)*]----(29c)]]>其中k‾0=Z‾0LA-Z‾1LAZ‾1LA,k‾0m=Z‾0mZ‾1LA.]]>注意虽然上面描述了本发明的示范实施例，但是也可以在不脱离由所附的权利要求所限定的本发明的范围的情况下对所公开的方案作出各种不同的改变和修改。
表表1.用于用(2)和(3)中定义的对称分量确定故障回路电压(VAA_P)和电流(IAA_P)的系数。
表1A使用传统方法表示的故障回路电压(VAA_P)和电流(IAA_P)
表2用于确定故障路径电阻上的压降的加权系数的可选组 表3用于确定故障电流分布系数(6)的系数
表4与(26)有关的系数bF1，bF2的推荐组 表5与(26)有关的系数aF1，aF2，aF0的推荐组
参考文献[1]Eriksson L.，Saha M.M.，Rockefeller G.D.“An accuratefault locator with compensation for apparent reactance in thefault resistance resulting from remot-end infeed(一种高精度的故障定位器，对于由远端反馈引起的故障电阻的明显电抗具有补偿)”，IEEE Transactions on PAS，Vol.PAS-104，No.2，1985年2月，第424-436页。
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附录A1系数a1，a2，a0(表1)的推导单相接地故障a-g故障VAA_p＝VAA_a＝VAA1+VAA2+VAA0＝a1VAA1+a2VAA2+a0VAA0
I‾AA_p=I‾AA_a+k‾0I‾AA0+k‾0mI‾AB0=I‾AA1+I‾AA2+I‾AA0+Z‾0LA-Z‾1LAZ‾1LAI‾AA0+Z‾0mZ‾1LAI‾AB0=]]>=I‾AA1+I‾AA2+Z‾0LAZ‾1LAI‾AA0+Z‾0mZ‾1LAI‾AB0=a‾1I‾AA1+a‾2I‾AA2+a‾0Z‾0LAZ‾1LAI‾AA0+a‾0mZ‾0mZ‾1LAI‾AB0]]>因此，a1＝a2＝a0＝1相间故障a-b，a-b-g，a-b-c，a-b-c-g故障V‾AA_p=V‾AA_a-V‾AA_b=(V‾AA1+V‾AA2+V‾AA0)-(a‾2V‾AA1+aV‾AA2+V‾AA0)==(1-a‾2)V‾AA1+(1-a‾)V‾AA2=a‾1V‾AA1+a‾2V‾AA2+a‾0V‾AA0I‾AA_p=I‾AA_a-I‾AA_b=(I‾AA1+I‾AA2+I‾AA0)-(a‾2I‾AA1+aI‾AA2+I‾AA0)==(1-a‾2)I‾AA1+(1-a‾)I‾AA2=a‾1I‾AA1+a‾2I‾AA2+a‾0Z‾L0Z‾L1I‾AA0]]>因此，a1＝1-a2，a2＝1-a，a0＝0A2系数aF1，aF2，aF0(表2)的推导表2包括加权系数的三种可选组(组I，组II，组III)，用于确定故障路径上的压降。这些系数是由和特定故障类型相关的边界条件计算出来的。特别之处在于所有的组中都省略了零序(aF0＝0)。这是有利的，因为线路的零序阻抗被认为是不确定的参数。通过设置aF0＝0可以限制零序阻抗数据的不确定性对故障定位精度的不利影响。精确地，应注意该限制是局部的，因为其仅和故障路径上的压降的确定有关。相反，在确定故障线路段上的压降时，使用线路的零序阻抗。
a-g故障，图12考虑在正常相中IF_b＝IF_c＝0其给出I‾F1=13(I‾F_a+aI‾F_b+a‾2I‾F_c)=13(I‾F_a+a‾0+a‾20)=13I‾F_a]]>I‾F2=13(I‾F_a+a‾2I‾F_b+aI‾F_c)=13(I‾F_a+a‾20+a‾0)=13I‾F_a]]>I‾F0=13(I‾F_a+I‾F_b+I‾F_c)=13(I‾Fa+0+0)=13I‾F_a]]>序列分量的关系为IF1＝IF2＝IF0，最后IF＝IF_a＝3IF2，由此aF1＝0，aF2＝3，aF0＝0(见表2中的组I)或IF＝IF_a＝3IF1，由此aF1＝3，aF2＝0，aF0＝0(见表2中的组II)或IF＝IF_a＝1.5IF1+1.5IF2，由此aF1＝1.5，aF2＝1.5，aF0＝0(见表2中的组III)a-b故障，图13a，13b故障电流可以表示为IF＝IF_a或IF＝1/2(IF_a-IF_b)考虑在正常相中IF_c＝0以及对于故障相IF_b＝-IF_a，这给出I‾F1=13(I‾F_a+aI‾F_b+a‾2I‾F_c)=13(I‾F_a+a‾(-I‾F_a)+a‾20)=13(1-a‾)I‾F_a]]>I‾F2=13(I‾F_a+a‾2I‾F_b+aI‾F_c)=13(I‾F_a+a‾2(-I‾F_a)+a‾0)=13(1-a‾2)I‾F_a]]>I‾F0=13(I‾F_a+I‾F_b+I‾F_c)=13(I‾F_a+(-I‾F_a)+0)=0]]>因此IF1和IF2之间的关系为I‾F1I‾F2=13(1-a‾)I‾F_a13(1-a‾2)I‾F_a=(1-a‾)(1-a‾2)]]>最后I‾F=I‾F_a=3(1-a‾2)I‾F2=(1-a‾)I‾F2]]>由此aF1＝0，aF2＝1-a，aF0＝0(见表2中组I)或I‾F=I‾F_a=3(1-a‾)I‾F1=(1-a‾2)I‾F1]]>由此aF1＝1-a2，aF2＝0，aF0＝0(见表2中的组II)或I‾F=0,5I‾F_a+0,5I‾F_a=1,5(1-a‾2)I‾F2+1,5(1-a‾)I‾F1=0,5(1-a‾)I‾F2+0,5(1-a‾2)I‾F1]]>由此aF1＝0,5(1-a2)，aF2＝0,5(1-a)，aF0＝0(见表2中的组III)(a-b-g)故障，图14IF＝IF_a-IF_b＝(IF1+IF2+IF0)-(a2IF1+aIF2+IF0)＝＝(1-a2)IF1+(1-a)IF2由此aF1＝1-a2，aF2＝1-a，aF0＝0(见表2中的组I，II，III)
(a-b-c)或(a-b-c-g)对称故障，图15a，15b，15c用前两相(a，b)构成故障路径上的压降，得到IF＝IF_a-IF_b＝(IF1+IF2+IF0)-(a2IF1+aIF2+IF0)＝＝(1-a2)IF1+(1-a)IF2由此aF1＝1-a2，aF2＝1-a，aF0＝0另外，如果故障是理想对称的，那么在信号中存在的正序是唯一的分量。因此，得到aF1＝1-a2，aF2＝0，aF0＝0(见表2中组I，II，III)A3正序(负序)故障电流分布系数的复合系数的推导(表3)a)变电站之间具有其他连接45的单线(图4)下面我们确定正序故障电流分布系数(与负序故障电流分布系数相同)。图16中示出带有标识增加的正序电流流动的图4的等效电路。
考虑包括以下支路的闭合网孔故障线路的本地段，故障线路的远程段，以及变电站之间的其他连接，可以写为dZ1LΔIA1+(1-d)Z1L(ΔIA1-IF1)-Z1ABΔIAB1＝0从上述等式中，可以确定来自变电站之间的其他连接的未知电流为ΔI‾AB1=Z‾1LZ‾1AB(ΔI‾A1-(1-d)I‾F1)]]>考虑包含电源阻抗(Z1sA，Z1sB)和其他连接(Z1AB)的闭合网孔，可以写为Z1sA(ΔIA1+ΔIAB1)+Z1ABΔIAB1+Z1sB(ΔIA1+ΔIAB1-IF1)＝0在上述等式中代入已经确定的来自其他连接的未知电流，得到k‾F1=ΔI‾A1I‾F1=K‾1d+L‾1M‾1]]>其中，和表3相同(单线，Z1AB≠∝)，得到K1＝-Z1LZ1AB-(Z1sA+Z1sB)Z1LL1＝Z1L(Z1sA+Z1sB)+Z1AB(Z1L+Z1sB)M1＝(Z1sA+Z1sB)(Z1AB+Z1L)+Z1LZ1AB
如果在变电站之间没有其他连接(Z1AB→∝)，则必须考虑包含电源阻抗(Z1sA，Z1sB)以及两段故障线路(dZ1L和(1-d)Z1L)的闭合网孔。针对该网孔，可以写为(Z1sA+dZ1L)ΔIA1+[Z1sB+(1-d)Z1L](ΔIA1-IF1)＝0重新排列后得到k‾F1=ΔI‾A1I‾F1=K‾1d+L‾1M‾1]]>其中，和表3一样(单线，Z1AB→∝)，得出K1＝-Z1LL1＝Z1L+Z1sBM1＝Z1sA+Z1sA+Z1Lb)在变电站之间具有其他连接的并行线(图5)我们来确定正序故障电流分布系数(和负序故障电流分布系数相同)。在图17中示出带有标识增加的正序电流流动的图5的并行线等效电路。
并联连接的正常并行线(LB)和其他连接55(AB)由具有等效阻抗的等效分支代替 由(AA，F，BA，BB，AB)表示的闭合网孔，可以写为dZ1LAΔIAA1+(1-d)Z1LA(ΔIAA1-IF1)-Z1LB&ABΔILB&AB1＝0由上述等式，来自等效分支的未知电流可以确定为 考虑包含电源阻抗(Z1sA，Z1sB)和等效分支(Z1LB&AB)的闭合网孔，可以写为Z1sA(ΔIAA1+ΔILB&AB1)+Z1LB&ABΔILB&AB1+Z1sB(ΔIAA1+ΔILB&AB1-IF1)＝0将已经确定的来自正常线路的未知电流代入上述等式，得到k‾F1=ΔI‾AA1I‾F1=K‾1d+L‾1M‾1]]>其中，和表3相同(并行线)，得到
K1＝-Z1LA(Z1sA+Z1sB+Z1LB&AB)，L1＝Z1LA(Z1sA+Z1sB+Z1LB&AB)+Z1LB&ABZ1sB1M1＝Z1LAZ1LB&AB+Z1LA(Z1sA+Z1sB)+Z1LB&AB(Z1sA+Z1sB)其中 如果在变电站之间没有其他连接(Z1AB)，则必须替换Z1LB&AB＝Z1LB。
权利要求
1.从一段输电线(A-B)的一端定位故障的方法，该方法借助于在所述段的第一端(A)处的电流、电压和相间角的测量值，并且基于所述输电线的所述第一端和第二端之间的故障状态的检测，其特征在于—计算在所述第一端的所述电流和电压测量值的电流对称分量，—使用以下形式的二次等式计算从所述第一端(2)到故障(F)的距离(d)B2d2+B1d+B0＝0其中B2＝A2_ReA00_Im-A2_ImA00_ReB1＝A1_ReA00_Im-A1_ImA00_ReB0＝A0_ReA00_Im-A0_ImA00_Re。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，使用以下形式的等式计算故障距离(d)K‾1Z‾1Ld2+(L‾1Z‾1L-K‾1Z‾AA_p)d-L‾1Z‾AA_p+RFM‾1(a‾F1ΔI‾AA1+a‾F2I‾AA2)I‾AA_p=0----(8)]]>其中Z‾AA_p=V‾AA_pI‾AA_p]]>—计算出的故障回路阻抗。
3.根据权利要求1或2任意一项的方法，其特征在于，使用以下形式的等式计算故障距离(d)A2d2+A1d+A0+A00RF＝0其中A2＝A2_Re+jA2_Im＝K1Z1LAA1＝A1_Re+jA1_Im＝L1Z1LA-K1ZAA_pA0＝A0_Re+jA0_Im＝-L1ZAA_pA00_Re+jA00_Im=M‾1(a‾F1ΔI‾AA1+a‾F2I‾AA2)I‾AA_p]]> K1，L1，M1＝表3中收集的系数。
4.根据权利要求1-3中任意一项的方法，其特征在于—将在所述第一端的电源阻抗确定为代表值，—将在所述第二端的电源阻抗值确定为代表值。
5.根据权利要求1-4中任意一项的方法，其特征在于计算接线端A，B之间的其他连接(45，55)的阻抗值，正序阻抗为 其中Z1AB＝其他连接的正序阻抗，Z1LA＝正常线路的正序阻抗。
6.根据权利要求1-5中任意一项的方法，其特征在于通过以下步骤计算在所述第一端测量的所述电流和电压的电流对称分量—输入瞬时相电压(30a)，—对该值进行滤波(33a)，从而确定相量，以及—计算电压对称分量的相量(34a)。
7.根据权利要求1-6中任意一项的方法，其特征在于通过以下步骤计算在所述第一端测量的所述电流和电压的电流对称分量—输入正常线路的瞬时相电流和瞬时零序电流(30b)，—对该值进行滤波(33b)，从而确定相量，以及—计算电流对称分量的相量(34b)。
8.据权利要求1-7中任意一项的方法，其特征在于通过以下形式的等式确定对分流电容的补偿B2comp_1(dcomp_1)2+B1comp_1dcomp_1+B0comp_1=0----(22)]]>其中B2comp_1=A2_Recomp_1A00_Imcomp_1-A2_Imcomp_1A00_Recomp_1]]>B1comp_1=A1_Recomp_1A00_Imcomp_1-A1_Imcomp_1A00_Recomp_1]]>B0comp_1=A0_Recomp_1A00_Imcomp_1-A0_Imcomp_1A00_Recomp_1.]]>
9.根据权利要求8的方法，其特征在于通过以下形式的等式确定对分流电容的补偿A‾2comp_1(dcomp_1)2+A‾1comp_1dcomp_1+A‾0comp_1+A‾00comp_1RF=0----(21a)]]>其中A‾2comp_1=A2_Recomp_1+jA2_Imcomp_1=K‾1Z‾1Llog]]>A‾1comp_1=A1_Recomp_1+jA1_Imcomp_1=L‾1Z‾1Llog-K‾1Z‾A_pcom_1]]>A‾0comp_1=A0_Recomp_1+jA0_Imcomp_1=-L‾1Z‾A_pcomp_1]]>A‾00comp_1=A00_Recomp_1+jA00_Imcomp_1=M‾1(a‾F1ΔI‾AA1+a‾F2I‾AA2)I‾A_pcomp_1]]>Z‾A_pcomp_1=V‾A_pI‾A_pcomp_1]]>—由以下参数计算出的故障回路阻抗VA_p—原始(未补偿的)故障回路电压，I‾A_pcomp_1=a‾1I‾A1_comp_1+a‾2I‾A2_comp_1+a‾0I‾A0_comp_1]]>—由正序(12)、负序(16)和零序(17)电流组成的故障回路电流，这些电流是在从原始电流中推导出各个电容电流之后得到的，以及K1，L1，M1＝表3中收集的系数。
10.根据权利要求1-9中任意一项的方法，其特征在于在所述第一端A测量电源阻抗Z1sA。
11.根据权利要求1-9中任意一项的方法，其特征在于—在所述第二端B测量电源阻抗Z1sB，—把在所述第二端B测量的电源阻抗值Z1sB发送给在所述第一端A上的故障定位器。
12.根据权利要求1-11中任意一项的方法，其特征在于—确定一段并行输电线的正常线路的零序电流，—计算该段并行线的故障距离。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于无需测量正在工作的正常并行线，而是借助根据以下形式的公式的复合系数P0来确定到单相接地故障的距离P‾0=Z‾0LB-Z‾0mZ‾0LA-Z‾0m]]>并且K1，L1，M1遵循K1＝-Z1LA(Z1sA+Z1sB+Z1LB)L1＝-K1+Z1LBZ1sBM1＝Z1LAZ1LB+Z1LA(Z1sA+Z1sB)+Z1LB(Z1sA+Z1sB)。
14.根据权利要求12的方法，其特征在于无需测量切断的或是接地的并行线，而是借助根据以下形式的公式的复合系数P0来确定到单相接地故障的距离P‾0=-Z‾0LBZ‾0m]]>并且K1，L1，M1遵循K1＝-Z1LAL1＝Z1LA+Z1sBM1＝Z1sA+Z1sA+Z1LA。
15.根据权利要求12的方法，其特征在于利用一次公式(27a，b，c)确定到单相接地故障的距离d=imag{V‾AA_p[3(I‾AA0-P‾0I‾AB0)]*}imag{(Z‾1LAI‾AA_p)[3(I‾AA0-P‾0I‾AB0)]*}.]]>
16.根据权利要求12的方法，其特征在于利用预故障测量值以及以下形式的一次公式(28a，b，c)确定到双相短路接地故障的距离d=imag{V‾AA_p[W‾(I‾AA0-P‾0I‾AB0)]*}imag{(Z‾1LAI‾AA_p)[W‾(I‾AA0-P‾0I‾AB0)]*}.]]>
17.根据权利要求12的方法，其特征在于避免预故障测量值并使用以下形式的一次公式(29a，b，c)来确定到双相短路接地故障的距离d=imag[(V‾a+V‾b)(I‾AA0-P‾0I‾AB0)*]imag[Z‾1LA(I‾a+I‾b+2k‾0I‾AA0+2k‾0mI‾AB0)(I‾AA0-P‾0I‾AB0)*].]]>
18.一种用于从一段输电线(A-B)的一端定位故障的装置，该装置具有用于接收和存储在第一端(A)上的电流、电压以及相间角的测量值的设备，用于接收和存储在所述第一端和第二端(A，B)之间的故障状态检测的设备，其特征在于—用于计算在所述第一端测出的所述电流和电压的电流对称分量的设备，—用于计算从所述第一端(2)到故障(F)的距离(d)的设备。
19.根据权利要求18的装置，其特征在于包括—用于在所述第一端确定电源阻抗值的设备，—用于在所述第二端确定电源阻抗值的设备。
20.根据权利要求18-19中任意一项的装置，其特征在于包括—用于接收在所述第一端A上的电源阻抗测量值的设备。
21.根据权利要求18-20中任意一项的装置，其特征在于包括—用于接收在所述第二端B测量的电源阻抗的设备。
22.根据权利要求18-21中任意一项的装置，其特征在于包括用于接收借助通信信道(60)传送的、在所述第二端(B)上的远端电源阻抗的测量值(9)的设备。
23.根据权利要求18-22中任意一项的故障定位器装置的用途，由操作员用来监督电力系统中的功能。
24.根据权利要求18-22中任意一项的故障定位器装置的用途，通过在一个或多个计算机上运行的程序来监督和/或控制电力系统中的功能。
25.根据权利要求18-22中任意一项的故障定位器装置的用途，用于在输电或配电系统中定位故障距离。
26.根据权利要求18-22中任意一项的装置的用途，用于在并行输电线上定位故障。
27.一种计算机程序，包括用于使计算机或处理器执行权利要求1-17的任一步骤的计算机代码装置和/或软件代码部分。
28.根据权利要求27的计算机程序产品，被包含在一个或多个计算机可读介质中。
29.一种包含在数据传输中、用于定位一段输电线中的故障的数据通信信号，包括在该段输电线的远端和第二端(B)测出的电源阻抗测量值。
30.一种用于显示在一段输电线中的故障位置的图形用户界面，其中显示值是从所述输电线的第一端(A)到所述故障的距离(d)。
31.根据权利要求30的图形用户界面，其特征在于，所显示的距离值(d)和相关输电线段或网络的图形表示结合。
32.根据权利要求30的图形用户界面，其特征在于，所显示的距离值(d)被布置用于当使用计算机鼠标或类似的计算机显示选择设备激活相关输电线段或网络的一部分图像表示时才进行显示。
全文摘要
一种从一段输电线(A－B)的一端定位故障的方法。在该段输电线的第一端A测量相间角，电流，和电压。在检测到该段输电线的所述第一端和第二端之间的故障状态时，通过以下步骤得到故障距离计算在所述第一端的所述电流和电压测量值的电流对称分量，然后用二次等式计算出从所述第一端2到故障F的距离d。在本方法中使用的所述第一端和/或所述第二端的电源阻抗值可以是代表值也可以是测量值。本发明可以应用于单线或并行线。在本发明的其他方面中，描述了执行本方法的故障定位器装置和执行本方法的计算机程序。
文档编号H02H7/26GK1675559SQ03819858
公开日2005年9月28日 申请日期2003年6月18日 优先权日2002年6月20日
发明者M·M·萨哈, J·伊兹科夫斯基, E·罗索洛夫斯基 申请人:Abb股份有限公司