一种架空输电线路单相接地短路故障定位方法及系统与流程

1.本发明属于电网安全技术领域，具体涉及一种架空输电线路单相接地短路故障定位方法及系统。


背景技术：

2.随着电力工业的发展变革，电力系统输电等级不断变高，远距离、跨区域互联的电网正在形成。输送距离的增加导致输电线路出现故障的风险越来越高。目前，输电线路是电力系统出现事故最多的环节，且单相接地短路最为常见。现有的输电线路故障定位方法由于受各种因素的影响导致定位精度不高，因此，寻找一种精确有效的输电线路单相接地故障定位方法对快速恢复供电和保障电力系统的安全稳定运行具有重要的意义。


技术实现要素：

3.本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种架空输电线路单相接地短路故障定位方法及系统；通过对输电线路故障时，opgw上的短路电流计算和温升计算，实现输电线路故障定位，具有方法科学、合理、实用的特点。
4.本发明的第一目的是提供一种架空输电线路单相接地短路故障定位方法，至少包括：
5.s1、利用网孔电流法计算出单相接地故障时，不同档杆塔间opgw的电流分布；
6.s2、根据计算出的不同档杆塔间opgw上的电流值，计算出相应档内opgw的温升；
7.s3、根据不同档上的短路电流数值，计算出相应档内opgw的温升，得到opgw沿线的空间温升分布，通过寻找opgw的温升最高点，确定输电线路发生故障的位置。
8.优选地，s1具体为：
9.由网孔法列写的回路电压方程如下：
[0010][0011]
式中：e为等效电压源，是由故障相短路电流ik与杆塔电阻ri的并联进行戴维南等效后的等值电源，zi与ei为一个单元内的等效电压源与等效阻抗；
[0012]
再由两地线间的分流公式(2)计算出流经opgw上的故障电流：
[0013][0014]
式中：z
11
、z
21
分别为opgw和分流地线单档内的阻抗，rg为变电站的接地电阻，z
eq
为在短路位置左侧得到的网络的等效阻抗，z0为从变电站出线至短路位置之间地线的总阻抗。
[0015]
优选地，在s2中，利用同温法计算温升，具体为：
[0016]
将opgw内部各部分结构作为一个整体处理，定义各部分的温度变化均相同，短路过程opgw与外界绝热；温升计算过程如下：
[0017]
短路过程中，电流在opgw电阻作用下产生的焦耳热由自身吸收，使其温度升高；该过程的热量平衡关系为：自身产生的焦耳热等于自身温度升高需要的热量。用微分方程表示为：
[0018]
i2r
θ
dt＝cdθ(3)；
[0019]
式中，i是短路电流有效值，r
θ
是opgw的总电阻，c是opgw的热容量，θ是opgw的温升；
[0020]
由于opgw的电阻随温度变化，故r
θ
是自身温度的函数，即
[0021]
rθ＝r0(1+α
·
θ)(4)；
[0022]
式中，r0是20℃时opgw的总电阻，α是opgw的电阻温度系数；
[0023]
将式(4)代入式(3)中，得到：
[0024]
i2r0(1+α
·
θ)dt＝cdθ
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)；
[0025]
由微分方程得到：
[0026][0027]
公式(6)即同温法的opgw温升计算公式。
[0028]
本发明的第二目的是提供一种架空输电线路单相接地短路故障定位系统，至少包括：
[0029]
电流计算模块，利用网孔电流法计算出单相接地故障时，不同档杆塔间opgw的电流分布；
[0030]
温升计算模块，根据计算出的不同档杆塔间opgw上的电流值，计算出相应档内opgw的温升；
[0031]
定位模块，根据不同档上的短路电流数值，计算出相应档内opgw的温升，得到opgw沿线的空间温升分布，通过寻找opgw的温升最高点，确定输电线路发生故障的位置。
[0032]
优选地，电流计算模块的具体工作过程为：
[0033]
由网孔法列写的回路电压方程如下：
[0034][0035]
式中：e为等效电压源，是由故障相短路电流ik与杆塔电阻ri的并联进行戴维南等效后的等值电源，zi与ei为一个单元内的等效电压源与等效阻抗；
[0036]
再由两地线间的分流公式(2)计算出流经opgw上的故障电流：
[0037][0038]
式中：z
11
、z
21
分别为opgw和分流地线单档内的阻抗，rg为变电站的接地电阻，z
eq
为在短路位置左侧得到的网络的等效阻抗，z0为从变电站出线至短路位置之间地线的总阻抗。
[0039]
优选地，在温升计算模块中，利用同温法计算温升，具体为：
[0040]
将opgw内部各部分结构作为一个整体处理，定义各部分的温度变化均相同，短路过程opgw与外界绝热；温升计算过程如下：
[0041]
短路过程中，电流在opgw电阻作用下产生的焦耳热由自身吸收，使其温度升高；该过程的热量平衡关系为：自身产生的焦耳热等于自身温度升高需要的热量。用微分方程表示为：
[0042]
i2r
θ
dt＝cdθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)；
[0043]
式中，i是短路电流有效值，r
θ
是opgw的总电阻，c是opgw的热容量，θ是opgw的温升；
[0044]
由于opgw的电阻随温度变化，故r
θ
是自身温度的函数，即
[0045]rθ
＝r0(1+α
·
θ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)；
[0046]
式中，r0是20℃时opgw的总电阻，α是opgw的电阻温度系数；
[0047]
将式(4)代入式(3)中，得到：
[0048]
i2r0(1+α
·
θ)dt＝cdθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)；
[0049]
由微分方程得到：
[0050][0051]
公式(6)即同温法的opgw温升计算公式。
[0052]
本发明的第三目的是提供一种实现上述架空输电线路单相接地短路故障定位方法的信息数据处理终端。
[0053]
本发明的第四目的是提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的架空输电线路单相接地短路故障定位方法。
[0054]
本发明具有的优点和积极效果是：
[0055]
本发明通过对输电线路故障时，opgw上的短路电流计算和温升计算，为输电线路故障定位方法的研究提供了另一种基于非电量的方案，具有方法科学、合理、实用等优点。
附图说明
[0056]
图1为本发明优选实施例中网孔法模型图；
[0057]
图2为本发明优选实施例中一条实际故障线路发生单相接地故障时，通过计算得到的各档opgw上短路电流分布图；
[0058]
图3为本发明优选实施例中利用同温法计算得到的短路点附近各档opgw的温升分布图；
具体实施方式
[0059]
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
[0060]
名称解释：
[0061]
opgw，即optical fiber composite overhead ground wire(也称光纤复合架空地线)。
[0062]
请参阅图1-图3，一种架空输电线路单相接地短路故障定位方法，包括：
[0063]
(1)利用网孔电流法计算出单相接地故障时，不同档杆塔间opgw的电流分布；
[0064]
所谓网孔，是指相邻两基杆塔与其中间的架空地线通过大地形成的完整回路，一个网孔就是一个单元，可以将整条线路看成由多个单元级联构成，形成电路模型如图1。根据电路理论中的网孔法列写每个网孔内的回路电压方程，就可得到每段架空地线上的总短路电流。
[0065]
由网孔法列写的回路电压方程如下：
[0066][0067]
式中：e为等效电压源，是由故障相短路电流ik与杆塔电阻ri的并联进行戴维南等效后的等值电源，zi与ei为一个单元内的等效电压源与等效阻抗。
[0068]
再由两地线间的分流公式(2)计算出流经opgw上的故障电流。
[0069][0070][0071]
式中：z
11
、z
21
分别为opgw和分流地线单档内的阻抗，rg为变电站的接地电阻，z
eq
为在短路位置左侧得到的网络的等效阻抗，z0为从变电站出线至短路位置之间地线的总阻抗。
[0072]
(2)根据计算出的不同档opgw上的电流值计算出相应档内opgw的温升。温升的计算可利用同温法，同温法将opgw内部各部分结构作为一个整体处理，认为各部分的温度变化均相同。因为故障过程非常短，在短路时间内电流在opgw中所生成的焦耳热还来不及向周围传播。因此，认为短路过程opgw与外界绝热。其温升计算过程如下，即短路过程中，电流在opgw电阻作用下产生的焦耳热由自身吸收，使其温度升高。因此，该过程的热量平衡关系为：自身产生的焦耳热等于自身温度升高需要的热量。用微分方程表示为
[0073]
i2r
θ
dt＝cdθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0074]
式中，i是短路电流有效值，r
θ
是opgw的总电阻，c是opgw的热容量，θ是opgw的温升。
[0075]
由于opgw的电阻随温度变化，故r
θ
是自身温度的函数，即
[0076]rθ
＝r0(1+α
·
θ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0077]
式中，r0是20℃时opgw的总电阻，即各金属部分电阻的并联值，α是opgw的电阻温度系数。
[0078]
将式(4)代入式(3)中，得到
[0079]
i2r0(1+α
·
θ)dt＝cdθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0080]
由微分方程可得
[0081][0082]
公式(6)即同温法的opgw温升计算公式。
[0083]
(3)根据不同档上的短路电流数值计算出相应档内opgw的温升，得到opgw沿线的空间温升分布，通过寻找opgw的温升最高点，可确定输电线路发生故障的位置。
[0084]
从图3中容易发现，短路点处相应档内opgw的温升最高，在短路点两侧十几基杆塔内，相应档opgw的温升随着与故障点距离的增加逐渐变小，且越靠近故障点，相邻两档opgw的温升数值差越大。根据温升分布可判断出温升最高点即为短路故障点。
[0085]
一种架空输电线路单相接地短路故障定位系统，包括：
[0086]
电流计算模块，利用网孔电流法计算出单相接地故障时，不同档杆塔间opgw的电流分布；
[0087]
所谓网孔，是指相邻两基杆塔与其中间的架空地线通过大地形成的完整回路，一个网孔就是一个单元，可以将整条线路看成由多个单元级联构成，形成电路模型如图1。根据电路理论中的网孔法列写每个网孔内的回路电压方程，就可得到每段架空地线上的总短路电流。
[0088]
由网孔法列写的回路电压方程如下：
[0089][0090]
式中：e为等效电压源，是由故障相短路电流ik与杆塔电阻ri的并联进行戴维南等效后的等值电源，zi与ei为一个单元内的等效电压源与等效阻抗。
[0091]
再由两地线间的分流公式(2)计算出流经opgw上的故障电流。
[0092][0093]
式中：z
11
、z
21
分别为opgw和分流地线单档内的阻抗，rg为变电站的接地电阻，z
eq
为在短路位置左侧得到的网络的等效阻抗，z0为从变电站出线至短路位置之间地线的总阻抗。
[0094]
温升计算模块，根据计算出的不同档opgw上的电流值计算出相应档内opgw的温升。温升的计算可利用同温法，同温法将opgw内部各部分结构作为一个整体处理，认为各部分的温度变化均相同。因为故障过程非常短，在短路时间内电流在opgw中所生成的焦耳热还来不及向周围传播。因此，认为短路过程opgw与外界绝热。其温升计算过程如下，即
[0095]
短路过程中，电流在opgw电阻作用下产生的焦耳热由自身吸收，使其温度升高。因此，该过程的热量平衡关系为：自身产生的焦耳热等于自身温度升高需要的热量。用微分方程表示为
[0096]
i2r
θ
dt＝cdθ
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0097]
式中，i是短路电流有效值，r
θ
是opgw的总电阻，c是opgw的热容量，θ是opgw的温升。
[0098]
由于opgw的电阻随温度变化，故r
θ
是自身温度的函数，即
[0099]rθ
＝r0(1+α
·
θ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0100]
式中，r0是20℃时opgw的总电阻，即各金属部分电阻的并联值，α是opgw的电阻温度系数。
[0101]
将式(4)代入式(3)中，得到
[0102]
i2r0(1+α
·
θ)dt＝cdθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0103]
由微分方程可得
[0104]
[0105]
公式(6)即同温法的opgw温升计算公式。
[0106]
定位模块，根据不同档上的短路电流数值计算出相应档内opgw的温升，得到opgw沿线的空间温升分布，通过寻找opgw的温升最高点，可确定输电线路发生故障的位置。
[0107]
一种实现上述架空输电线路单相接地短路故障定位方法的信息数据处理终端。
[0108]
一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的架空输电线路单相接地短路故障定位方法。
[0109]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(ssd))等。
[0110]
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。