一种基于参数未知的同杆双回线故障测距方法及装置与流程

本发明涉及电力自动化领域，尤其涉及一种基于参数未知的同杆双回线故障测距方法及基于参数未知的同杆双回线故障测距装置。

背景技术：

目前，经济性更佳的同杆多回线已经广泛应用于电力网络中，尤以同杆双回线为主。双回线的故障类型多而复杂，存在零序耦合问题，以往单回线的测距方法已无法适用，而多采用由六序分量法解耦后再对双回线按照单线进行故障分析。

现有的阻抗法故障测距的工作原理大部分是将线路的单位长度阻抗作为已知固定量来计算，这种阻抗法故障测距当线路参数变化时将直接影响故障测距的精度。虽然现有技术中也有将线路参数作为变量进行非线性最优求解计算来进行故障测距的，但是此类方法容易受初值选取和收敛性的影响。

因此，在进行故障测距时如何保证不受线路参数变化的影响成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种基于参数未知的同杆双回线故障测距方法及一种基于参数未知的同杆双回线故障测距装置，以解决现有技术中的问题。

作为本发明的第一个方面，提供一种基于参数未知的同杆双回线故障测距方法，其中，所述基于参数未知的同杆双回线故障测距方法包括：

采集第一双回线在第一变电站侧的电流ipi以及所述第一双回线在第二变电站侧的电流iqi；

采集第二双回线在第一变电站侧的电流ipii以及所述第二双回线在第二变电站侧的电流iqii；

根据采集到的四个所述电流ipi、iqi、ipii、iqii以及故障测距公式计算得到故障点到所述第一变电站侧的故障距离x，其中，所述故障测距公式为：

其中l为所述第一双回线或所述第二双回线的全长，所述第一双回线的全长与所述第二双回线的全长相同；

输出所述故障点到所述第一变电站侧的故障距离x。

优选地，所述故障测距公式的获得包括：

采集所述第一双回线在第一变电站侧的正序电流ipi1以及所述第一双回线在第二变电站侧的正序电流iqi1，根据故障点电压相等得到第一正序故障点等压公式：

up1-xipi1z1＝uq1-(l-x)iqi1z1，

其中，up1表示所述第一双回线在所述第一变电站侧的正序电压，uq1表示所述第一双回线在所述第二变电站侧的正序电压，z1表示所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度正序阻抗，l为所述第一双回线或所述第二双回线的全长，所述第一双回线的全长与所述第二双回线的全长相同，x为所述故障点到所述第一变电站侧的故障距离；

采集所述第二双回线在第一变电站侧的正序电流ipii1以及所述第二双回线在第二变电站侧的正序电流iqii1，根据故障点电压相等得到得到第二正序故障点等压公式：

up1-xipii1z1＝uq1-(l-x)iqii1z1，

其中，up1表示所述第一双回线在所述第一变电站侧的正序电压，uq1表示所述第一双回线在所述第二变电站侧的正序电压，z1表示所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度正序阻抗，l为所述第一双回线或所述第二双回线的全长，所述第一双回线的全长与所述第二双回线的全长相同，x为所述故障点到所述第一变电站侧的故障距离；

根据所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度正序阻抗z1相等，将所述第一正序故障点等压公式和所述第二正序故障点等压公式进行消除所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度正序阻抗z1的计算得到正序故障测距公式：

采集所述第一双回线在第一变电站侧的负序电流ipi2以及所述第一双回线在第二变电站侧的负序电流iqi2，根据故障点电压相等得到第一负序故障点等压公式：

up2-xipi2z2＝uq2-(l-x)iqi2z2，

其中，up2表示所述第一双回线在所述第一变电站侧的负序电压，uq2表示所述第一双回线在所述第二变电站侧的负序电压，z2表示所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度负序阻抗，l为所述第一双回线或所述第二双回线的全长，所述第一双回线的全长与所述第二双回线的全长相同，x为所述故障点到所述第一变电站侧的故障距离；

采集所述第二双回线在第一变电站侧的负序电流ipii2以及所述第二双回线在第二变电站侧的负序电流iqii2，根据故障点电压相等得到第二负序故障点等压公式：

up2-xipii2z2＝uq2-(l-x)iqii2z2，

其中，up2表示所述第一双回线在所述第一变电站侧的负序电压，uq2表示所述第一双回线在所述第二变电站侧的负序电压，z2表示所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度负序阻抗，l为所述第一双回线或所述第二双回线的全长，所述第一双回线的全长与所述第二双回线的全长相同，x为所述故障点到所述第一变电站侧的故障距离；

根据所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度负序阻抗z2相等，将所述第一负序故障点等压公式和所述第二负序故障点等压公式进行消除所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度负序阻抗z2的计算得到负序故障测距公式：

采集所述第一双回线在第一变电站侧的零序电流ipi0以及所述第一双回线在第二变电站侧的零序电流iqi0，根据故障点电压相等得到第一零序故障点等压公式：

uq0-(l-x)iqi0z0-(l-x)iqii0zm0＝up0-xipi0z0-xipii0zm0，

其中，up0表示所述第一双回线在所述第一变电站侧的负序电压，uq0表示所述第一双回线在所述第二变电站侧的负序电压，z0表示所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度零序阻抗，zm0表示所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度零序互阻抗，l为所述第一双回线或所述第二双回线的全长，所述第一双回线的全长与所述第二双回线的全长相同，x为所述故障点到所述第一变电站侧的故障距离；

采集所述第二双回线在第一变电站侧的零序电流ipii0以及所述第二双回线在第二变电站侧的零序电流iqii0，根据故障点电压相等得到第二零序故障点等压公式：

uq0-(l-x)iqii0z0-(l-x)iqi0zm0＝up0-xipii0z0-xipi0zm0，

其中，up2表示所述第一双回线在所述第一变电站侧的零序电压，uq2表示所述第一双回线在所述第二变电站侧的零序电压，z0表示所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度零序阻抗，zm0表示所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度零序互阻抗，l为所述第一双回线或所述第二双回线的全长，所述第一双回线的全长与所述第二双回线的全长相同，x为所述故障点到所述第一变电站侧的故障距离；

将所述第一零序故障点等压公式和所述第二零序故障点等压公式联立，根据z0-zm0≠0计算得到零序故障测距公式：

根据所述正序故障测距公式、所述负序故障测距公式以及所述零序故障测距公式确定所述故障测距公式。

作为本发明的第二个方面，提供一种基于参数未知的同杆双回线故障测距装置，其中，所述基于参数未知的同杆双回线故障测距装置包括：

第一采集模块，所述第一采集模块用于采集第一双回线在第一变电站侧的电流ipi以及所述第一双回线在第二变电站侧的电流iqi；

第二采集模块，所述第二采集模块用于采集第二双回线在第一变电站侧的电流ipii以及所述第二双回线在第二变电站侧的电流iqii；

计算模块，所述计算模块分别与所述第一采集模块和所述第二采集模块连接，用于根据采集到的四个所述电流ipi、iqi、ipii、iqii以及故障测距公式计算得到故障点到所述第一变电站侧的故障距离x，其中，所述故障测距公式为：

其中l为所述第一双回线或所述第二双回线的全长，所述第一双回线的全长与所述第二双回线的全长相同；

输出模块，所述输出模块与所述计算模块连接，用于输出所述故障点到所述第一变电站侧的故障距离x。

本发明提供的基于参数未知的同杆双回线故障测距方法及装置，通过故障测距公式以及双回线分别在两个变电站侧的电流得到故障点的位置，仅需要获取电流值即可，使得测距结果不受线路参数变化的影响，从而可以提高测距精度，同时也不存在大量复杂的数学计算，简单易解。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提供的基于参数未知的同杆双回线故障测距方法的流程图。

图2为本发明提供的同杆双回线的示意图。

图3为本发明提供的线路发生故障时的正序等值网图。

图4为本发明提供的线路发生故障时的负序等值网图。

图5为本发明提供的线路发生故障时的零序等值网图。

图6为本发明提供的基于参数未知的同杆双回线故障测距装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

作为本发明的第一个方面，如图1所示，提供了一种基于参数未知的同杆双回线故障测距方法，其中，所述基于参数未知的同杆双回线故障测距方法包括：

s110、采集第一双回线在第一变电站侧的电流ipi以及所述第一双回线在第二变电站侧的电流iqi；

s120、采集第二双回线在第一变电站侧的电流ipii以及所述第二双回线在第二变电站侧的电流iqii；

具体地，为了确定双回线路中故障点的发生位置，可以通过双回线路中的等值关系对故障点位置进行确定，可以理解的是，首先需要得到第一双回线和第二双回线分别在两个变电站侧的电流。

s130、根据采集到的四个所述电流ipi、iqi、ipii、iqii以及故障测距公式计算得到故障点到所述第一变电站侧的故障距离x，其中，所述故障测距公式为：

其中l为所述第一双回线或所述第二双回线的全长，所述第一双回线的全长与所述第二双回线的全长相同；

具体地，当设定故障点到第一变电站侧的故障距离为x时，通过上述采集到的电流值以及故障测距公式可以得到所述故障距离x，可以理解的是，l表示所述第一双回线的全长或所述第二双回线的全长，在所述同杆双回线路中，所述第一双回线的全长与所述第二双回线的全长相等，l通常为固定值。

s140、输出所述故障点到所述第一变电站侧的故障距离x。

具体地，当通过上述测距公式得到所述故障距离x时，输出该故障距离x即完成了故障测距。

本发明提供的基于参数未知的同杆双回线故障测距方法，通过故障测距公式以及双回线分别在两个变电站侧的电流得到故障点的位置，仅需要获取电流值即可，使得测距结果不受线路参数变化的影响，从而可以提高测距精度，同时也不存在大量复杂的数学计算，简单易解。

作为具体地实施方式，在通过所述故障测距公式进行计算前需要先获得所述故障测距公式，具体地，所述故障测距公式的获得包括：

需要说明的是，如图2所示，为所述同杆双回线的示意图，在该图中采用单线表示三相线路，第一双回线i和第二双回线ii为连接于第一变电站p和第二变电站q的母线，在所述第一变电站p侧的电源为ep，在所述第二变电站q侧的电源为eq。

如图3所示，为线路发生故障时的正序等值网图，其中所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度正序阻抗为z1，所述第一双回线或所述第二双回线的全长为l，所述第一双回线的全长与所述第二双回线的全长相同，故障点f距离第一变电站p侧的距离为x，电流参考方向如图3所示。

采集所述第一双回线在第一变电站侧的正序电流ipii以及所述第一双回线在第二变电站侧的正序电流iqi1，根据故障点电压相等得到第一正序故障点等压公式：

up1-xipi1z1＝uq1-(l-x)iqi1z1，

其中，up1表示所述第一双回线在所述第一变电站侧的正序电压，uq1表示所述第一双回线在所述第二变电站侧的正序电压，z1表示所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度正序阻抗，l为所述第一双回线或所述第二双回线的全长，所述第一双回线的全长与所述第二双回线的全长相同，x为所述故障点到所述第一变电站侧的故障距离；

采集所述第二双回线在第一变电站侧的正序电流ipii1以及所述第二双回线在第二变电站侧的正序电流iqii1，根据故障点电压相等得到得到第二正序故障点等压公式：

up1-xipii1z1＝uq1-(l-x)iqii1z1，

其中，up1表示所述第一双回线在所述第一变电站侧的正序电压，uq1表示所述第一双回线在所述第二变电站侧的正序电压，z1表示所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度正序阻抗，l为所述第一双回线或所述第二双回线的全长，所述第一双回线的全长与所述第二双回线的全长相同，x为所述故障点到所述第一变电站侧的故障距离；

根据所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度正序阻抗z1相等，将所述第一正序故障点等压公式和所述第二正序故障点等压公式进行消除所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度正序阻抗z1的计算得到正序故障测距公式：

如图4所示，为线路发生故障时的负序等值网图，其中所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度负序阻抗为z2，所述第一双回线或所述第二双回线的全长为l，所述第一双回线的全长与所述第二双回线的全长相同，故障点f距离第一变电站p侧的距离为x，电流参考方向如图4所示。

采集所述第一双回线在第一变电站侧的负序电流ipi2以及所述第一双回线在第二变电站侧的负序电流iqi2，根据故障点电压相等得到第一负序故障点等压公式：

up2-xipi2z2＝uq2-(l-x)iqi2z2，

其中，up2表示所述第一双回线在所述第一变电站侧的负序电压，uq2表示所述第一双回线在所述第二变电站侧的负序电压，z2表示所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度负序阻抗，l为所述第一双回线或所述第二双回线的全长，所述第一双回线的全长与所述第二双回线的全长相同，x为所述故障点到所述第一变电站侧的故障距离；

采集所述第二双回线在第一变电站侧的负序电流ipii2以及所述第二双回线在第二变电站侧的负序电流iqii2，根据故障点电压相等得到第二负序故障点等压公式：

up2-xipii2z2＝uq2-(l-x)iqii2z2，

其中，up2表示所述第一双回线在所述第一变电站侧的负序电压，uq2表示所述第一双回线在所述第二变电站侧的负序电压，z2表示所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度负序阻抗，l为所述第一双回线或所述第二双回线的全长，所述第一双回线的全长与所述第二双回线的全长相同，x为所述故障点到所述第一变电站侧的故障距离；

根据所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度负序阻抗z2相等，将所述第一负序故障点等压公式和所述第二负序故障点等压公式进行消除所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度负序阻抗z2的计算得到负序故障测距公式：

如图5所示，为线路发生故障时的零序等值网图，其中所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度零序阻抗为z0，考虑互感耦合影响，述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度零序互阻抗为zm0，所述第一双回线或所述第二双回线的全长为l，所述第一双回线的全长与所述第二双回线的全长相同，故障点f距离第一变电站p侧的距离为x，电流参考方向如图5所示。

采集所述第一双回线在第一变电站侧的零序电流ipi0以及所述第一双回线在第二变电站侧的零序电流iqi0，根据故障点电压相等得到第一零序故障点等压公式：

uq0-(l-x)iqi0z0-(l-x)iqii0zm0＝up0-xipi0z0-xipii0zm0，

其中，up0表示所述第一双回线在所述第一变电站侧的负序电压，uq0表示所述第一双回线在所述第二变电站侧的负序电压，z0表示所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度零序阻抗，zm0表示所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度零序互阻抗，l为所述第一双回线或所述第二双回线的全长，所述第一双回线的全长与所述第二双回线的全长相同，x为所述故障点到所述第一变电站侧的故障距离；

采集所述第二双回线在第一变电站侧的零序电流ipii0以及所述第二双回线在第二变电站侧的零序电流iqii0，根据故障点电压相等得到第二零序故障点等压公式：

uq0-(l-x)iqii0z0-(l-x)iqi0zm0＝up0-xipii0z0-xipi0zm0，

其中，up3表示所述第一双回线在所述第一变电站侧的零序电压，uq2表示所述第一双回线在所述第二变电站侧的零序电压，z0表示所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度零序阻抗，zm0表示所述第一双回线或所述第二双回线的线路单位长度零序互阻抗，l为所述第一双回线或所述第二双回线的全长，所述第一双回线的全长与所述第二双回线的全长相同，x为所述故障点到所述第一变电站侧的故障距离；

将所述第一零序故障点等压公式和所述第二零序故障点等压公式联立，根据z0-zm0≠0计算得到零序故障测距公式：

根据所述正序故障测距公式、所述负序故障测距公式以及所述零序故障测距公式确定所述故障测距公式。

需要说明的是，将所述第一零序故障点等压公式和所述第二零序故障点等压公式联立后可得到下式：

[(l-x)iq0ii-(l-x)iq0i-xip0ii+xip0i](z0-zm0)＝0，

由于z0-zm0≠0，所以(l-x)iq0ii-(l-x)iq0i-xip0ii+xip0i＝0，由此得到所述零序故障测距公式。

因此，本发明提供的基于参数未知的同杆双回线故障测距方法，通过故障测距公式以及双回线分别在两个变电站侧的电流得到故障点的位置，仅需获取电流量计算，从原理上克服了pt传变特性的影响，线路模型适用性强，测距精度高测距结果不受线路参数变化的影响，不存在大量复杂的数学计算，测距方程简单易解，能适用于双回线始末端都带有同规格并联电抗器的线路模型。

作为本发明的第二个方面，如图6所示，提供一种基于参数未知的同杆双回线故障测距装置10，其中，所述基于参数未知的同杆双回线故障测距装置10包括：

第一采集模块110，所述第一采集模块110用于采集第一双回线在第一变电站侧的电流ipi以及所述第一双回线在第二变电站侧的电流iqi；

第二采集模块120，所述第二采集模块120用于采集第二双回线在第一变电站侧的电流ipii以及所述第二双回线在第二变电站侧的电流iqii；

计算模块130，所述计算模块130分别与所述第一采集模块110和所述第二采集模块120连接，用于根据采集到的四个所述电流ipi、iqi、ipii、iqii以及故障测距公式计算得到故障点到所述第一变电站侧的故障距离x，其中，所述故障测距公式为：

其中l为所述第一双回线或所述第二双回线的全长，所述第一双回线的全长与所述第二双回线的全长相同；

输出模块140，所述输出模块140与所述计算模块130连接，用于输出所述故障点到所述第一变电站侧的故障距离x。

在同杆双回线的示意图1中，采用单线表示三相线路。双回线i、ii连接于两个变电站p、q的母线，两侧电源ep、eq。

本发明提供的基于参数未知的同杆双回线故障测距装置，通过故障测距公式以及双回线分别在两个变电站侧的电流得到故障点的位置，仅需要获取电流值即可，使得测距结果不受线路参数变化的影响，从而可以提高测距精度，同时也不存在大量复杂的数学计算，简单易解。

关于本发明提供的基于参数未知的同杆双回线故障测距装置的工作原理可以参照前文中基于参数未知的同杆双回线故障测距方法的描述，此处不再赘述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。