專利名稱：利用長線方程實(shí)現(xiàn)單端故障測距的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地涉及繼電保護(hù)利用單端量實(shí)現(xiàn)單端故障測距的新方法。
背景技術(shù)：
高壓輸電線路輸電距離較長，路經(jīng)的地形環(huán)境紛繁復(fù)雜，故障發(fā)生基本不可避免。當(dāng)輸電線路發(fā)生故障時，需迅速查明故障并及時排除或盡快找到加以處理，因?yàn)楣收吓懦龝r間的長短直接影響到送電保障和系統(tǒng)的安全運(yùn)行。排除時間越長，停電所造成的損失越大，對整個系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的沖擊也越大。因此，盡快排除或處理輸電線路故障，不僅對及時修復(fù)線路和保證可靠供電至關(guān)重要，而且對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有十分重要的意義。排除或處理故障的前提是找到故障點(diǎn)的確切位置。高壓輸電線路沿線地理環(huán)境復(fù)雜，有時翻越崎嶇山林，有時跨越河流水網(wǎng)。而且，很多人為或瞬時故障的事故痕跡往往在故障后消失，無法重現(xiàn)故障情況。準(zhǔn)確的故障定位正是解決之道，它有著顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
目前，中國的電壓等級正從500kV向1000kV發(fā)展，而隨著電壓等級的提高和線路長度的增加，引起分布電容電流的增加以及中間并聯(lián)電抗器的存在，以往利用單端量進(jìn)行故障定位的方法越來越難以準(zhǔn)確的測出故障點(diǎn)距保護(hù)安裝處的距離。傳統(tǒng)的做法主要有以下辦法阻抗法根據(jù)故障時測量到的電壓、電流量而計(jì)算出故障回路的阻抗。由于路線長度與阻抗成正比，因此便可以求出由裝置裝設(shè)處到故障點(diǎn)的距離。
行波法利用高頻故障暫態(tài)電流電壓的行波或故障后用脈沖頻率調(diào)制雷達(dá)系統(tǒng)等間接判定故障點(diǎn)的位置。行波法要求采樣速率高，目前，線路保護(hù)中無法采用。
目前，傳統(tǒng)的線路保護(hù)中故障測距算法是主要采用端電壓、電流計(jì)算故障阻抗，或采用向量法，或采用解微分方程算法，再根據(jù)線路故障阻抗與單位公里的電抗相比較，的故障距離的辦法。計(jì)算公式如下
對單相故障 為零序補(bǔ)償系數(shù)。Z表示計(jì)算出的某一單相阻抗， 為單相電壓， 為單相電流。
對相間故障 Z表示計(jì)算出的相間阻抗， 為相間電壓， 為兩相電流差。
在線路長度小于400km時，由傳統(tǒng)的計(jì)算阻抗直接測距的誤差不會太大，應(yīng)該可以滿足大多數(shù)線路的需要，而對于超高壓、長線路，由于要增加線路傳輸?shù)淖匀还β?，因此，需要減小線路的電抗，但同時增加了線路的分布電容，由分析可以看到，在特高壓長線上，線路的分布電容電流與線路傳輸自然功率的電流相比可達(dá)到76％以上，而在如此大的分布電容電流的情況下，必然對以端電壓、端電流為依據(jù)，以集中參數(shù)為模型計(jì)算的阻抗計(jì)算故障距離的誤差會越來越大，遠(yuǎn)不能滿足特高壓長線路的要求，而隨著線路長度的增加，為了補(bǔ)償線路的分布電容電流，在線路中有可能增加并聯(lián)電抗器，這種情況對傳統(tǒng)的算法產(chǎn)生的誤差影響更大。由下述公式(1)可知，由保護(hù)直接測量到的阻抗與線路的長度并不成正比，隨著線路長度的增加，誤差越來越大。本發(fā)明針對目前特高壓、長線路急需解決保護(hù)中故障測距的計(jì)算，提出了一種新的算法，該算法可較好的解決單端故障數(shù)據(jù)所測阻抗隨線路長度的增加和電壓等級的提高所帶來的誤差。仿真表明，在線路長度小于400km時，直接利用下述的公式(1)反推所測故障距離誤差也比較小，如果適當(dāng)選擇參考點(diǎn)，對故障測距的計(jì)算誤差也比原來有較大的提高。

發(fā)明內(nèi)容
對于特高壓長線路，由于線路分布電容電流的影響已經(jīng)不能忽略，因此，傳統(tǒng)的以集中參數(shù)為依據(jù)，依靠單端量進(jìn)行故障測距算法由于誤差會越來越大，已不能使用。本發(fā)明首先利用端電壓、端電流計(jì)算的阻抗與保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)的阻抗進(jìn)行對比的結(jié)果，若結(jié)果為正，表示保護(hù)所計(jì)算的阻抗大于保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)的阻抗，因此，首先利用長線方程將端電壓、端電流折算到參考點(diǎn)，若有并聯(lián)電抗器，則需減掉并聯(lián)電抗器的電流，再在參考點(diǎn)利用傳統(tǒng)算法計(jì)算阻抗，利用下述公式(1)反推出參考點(diǎn)至故障點(diǎn)的距離；最后再與保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)的距離相加，得出真正的保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的距離；若結(jié)果為負(fù)，表示故障在保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)中間，而參考點(diǎn)的選擇不能大于400km，直接利用下述公式(1)反推也可得到故障距離，由于該公式已經(jīng)考慮了分布電容，因此，該測距算法不受線路分布電容的影響。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種在電力系統(tǒng)的高壓輸電線路中利用長線方程計(jì)算實(shí)現(xiàn)單端故障測距的新方法，該方法包括如下步驟線路保護(hù)裝置對互感器的電流電壓波形采樣得到電流電壓瞬時值；通過傅氏算法求出各電氣量的相量形式；計(jì)算保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的阻抗Zmf′；選擇參考點(diǎn)k，計(jì)算保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)k的阻抗Zmk；若保護(hù)安裝處所計(jì)算阻抗Zmf′大于保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)的阻抗Zmk，則利用長線方程將保護(hù)安裝處電壓 電流 計(jì)算到參考點(diǎn)電壓 電流 將參考點(diǎn)k的電流 減去并聯(lián)電抗器的電流 后得到 再利用 計(jì)算阻抗的算法計(jì)算參考點(diǎn)k至故障點(diǎn)的阻抗Zkf，利用Zkf推算參考點(diǎn)至故障點(diǎn)的距離lkf。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，其中利用下式推算故障點(diǎn)的距離Z＝Zc1th(γ1l)(1)若Zmf′小于Zmk，則直接由Zmf′推算保護(hù)安裝處距故障點(diǎn)的距離；式中Z是為保護(hù)按集中參數(shù)計(jì)算的阻抗，Zc1為線路的正序波阻抗，γ1為線路的正序傳播系數(shù)，l為保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的距離或參考點(diǎn)至故障點(diǎn)的距離，th(γ1l)為雙曲正切函數(shù)；若Zmf′小于Zmk，Z為Zmf′，則直接由Zmf′推算保護(hù)安裝處距故障點(diǎn)的距離；若Zmf′大于Zmk，Z為按相量形式折算到參考點(diǎn)所計(jì)算的阻抗Zkf，可計(jì)算出參考點(diǎn)至故障點(diǎn)的距離lkf，將計(jì)算的lkf與保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)的距離lmk相加，得到由保護(hù)安裝處所測的故障距離。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，其中當(dāng)判斷Zmf′大于Zmk時，則下式作為將端電壓、電流按相量折算至參考點(diǎn)的公式，公式如下
U·kI·k=ch(γl)-Zcsh(γl)-sh(γl)/Zcch(γl)U·mI·m---(2)]]>式中 為保護(hù)安裝處(m端)所測電壓、電流的向量， 為參考點(diǎn)k的電壓、電流，γ為線路的傳播常數(shù)，Zc為線路的波阻抗，l為m端至參考點(diǎn)k的距離，ch()，sh()分別為雙曲余弦和雙曲正弦函數(shù)；該式在模量上成立，即Zmf′大于Zmk是參考性條件，否則，直接推算故障距離。
在本發(fā)明中，利用公式(1)解反雙曲正切函數(shù)得故障距離或參考點(diǎn)至故障點(diǎn)的距離。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，其中參考點(diǎn)的選擇不大于400米。
根據(jù)本發(fā)明的又另一個方面，其中若Zmf′大于Zmk，保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)最后實(shí)際的阻抗Zmf＝Zmk+Zkf。


附圖1為設(shè)有參考點(diǎn)k的阻抗繼電器；附圖2為利用長線方程實(shí)現(xiàn)故障測距的流程圖。
具體實(shí)施方案本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域中繼電保護(hù)故障測距的方法。公開了一種通過單端電壓、電流進(jìn)行故障測距的辦法。若高壓線路中有并聯(lián)電抗器時，可設(shè)并聯(lián)電抗器的安裝處為一參考點(diǎn)k(如圖1，以m端為例，n端計(jì)算方法相同)，通過對保護(hù)安裝處所測的阻抗與保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)k的阻抗進(jìn)行比較，若所測阻抗大于保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)k的阻抗，則利用長線方程將保護(hù)安裝處所測電壓 電流 以相量計(jì)算的方式折算至參考點(diǎn)k的電壓 電流 ，將電流 減去并聯(lián)電抗器上的電流 得 利用 再重新計(jì)算阻抗；此時所計(jì)算得到的阻抗為參考點(diǎn)k至故障點(diǎn)f的阻抗Zkf，通過Zkf由長線方程反推出參考點(diǎn)與故障點(diǎn)的距離，最后，與保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)k的距離相加，得出真正的由保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)距離的方法，若所測阻抗小于保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)k的阻抗，則直接由長線方程計(jì)算出保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的距離。該方法包括如下步驟線路保護(hù)裝置對互感器的電壓、電流波形進(jìn)行采樣得到電壓、電流瞬時值；通過傅氏算法求出各電氣量的相量形式；通過解微分方程或向量法等計(jì)算阻抗的方法計(jì)算出保護(hù)安裝處的阻抗Zmf′；首先判斷所計(jì)算的阻抗Zmf′是否大于保護(hù)安裝處到參考點(diǎn)的阻抗Zmk，若大于，則利用長線方程將保護(hù)所測電壓 電流 以相量計(jì)算的方式計(jì)算到參考點(diǎn)，再重新利用解微分方程或向量法等計(jì)算阻抗的方法計(jì)算阻抗Zkf，利用Zkf由長線方程推出參考點(diǎn)距故障點(diǎn)距離，最后，與保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)距離相加，得保護(hù)安裝處所測故障距離，否則，直接由Zmf′推算出故障距離。該方法對線路中間有無并聯(lián)電抗器都適用，所測故障距離準(zhǔn)確度高，將分布參數(shù)電容電流對單端故障測距的影響減小到最小，非常有利于現(xiàn)場事故的排除。
以下論述中的符號使用如下電流互感器(簡稱TA，以下同)和電壓互感器(簡稱TV，以下同)。
首先保護(hù)根據(jù)保護(hù)安裝處的TA和TV測得電流和電壓的瞬時值。
其次通過傅氏算法求出各電氣量的相量形式，然后根據(jù)選相結(jié)果，以集中參數(shù)為依據(jù)，利用公式(3)，(4)計(jì)算首端故障阻抗Zmf′，若Zmf′大于Zmk，則利用公式(2)將首端電壓、電流折算到參考點(diǎn)，若有并聯(lián)電抗器，則需減去并聯(lián)電抗器的電流，在參考點(diǎn)重新利用公式(3)，(4)計(jì)算參考點(diǎn)至故障點(diǎn)的阻抗Zkf，再利用公式(1)的參考點(diǎn)至故障點(diǎn)的距離lkf，，最后，真下的故障距離lmf＝lkf+lmk，否則，可直接利用公式(1)由Zmf′直接推算lmf。同時，若Zmf′大于Zmk，可相應(yīng)得出保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)最后實(shí)際的阻抗Zmf＝Zmk+Zkf。
根據(jù)附圖顯示的邏輯，Zmf′大于Zmk是采用長線方程(2)進(jìn)行折算的關(guān)鍵，否則，可不進(jìn)行變換，直接利用公式(1)計(jì)算故障測距。
實(shí)際區(qū)內(nèi)故障時，以上測距原理成立，在保護(hù)反方向區(qū)外故障時，由于保護(hù)不會動作，因此，不會誤測距，因此，也沒有問題。
例如，若保護(hù)安裝處所計(jì)算的阻抗大于保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)的距離，則利用長線方程將保護(hù)安裝處所測電壓、電流以相量形式折算到參考點(diǎn)，減去并聯(lián)電抗器電流后，計(jì)算參考點(diǎn)到故障點(diǎn)的阻抗，再解出故障點(diǎn)至參考點(diǎn)的距離，并與保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)距離相加，得到真正的由保護(hù)安裝處所看到的故障距離。
若保護(hù)安裝處所計(jì)算的阻抗小于保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)的距離，則直接推算出保護(hù)安裝處所看到的故障距離；如圖1所示為設(shè)有參考點(diǎn)k的高壓輸電線路，圖中為在線路中間有并聯(lián)電抗器的線路，則參考點(diǎn)選擇為并聯(lián)電抗器的安裝點(diǎn)(以符號k表示)；若無并聯(lián)電抗器，則參考點(diǎn)的選擇任意(以符號k表示)，但保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)的長度不能超過400km，所述方法如下若保護(hù)安裝處所測阻抗(以m端為例，n端計(jì)算方法相同)Zmf′大于保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)k的阻抗Zmk，則利用長線方程將保護(hù)安裝處電壓、電流折算至參考點(diǎn)k，再利用參考點(diǎn)k的電壓、電流計(jì)算k點(diǎn)至f的阻抗Zkf，再按公式(1)推算出k點(diǎn)至f點(diǎn)的距離lkf，最后與保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)的距離lmk相加，得故障測距l(xiāng)mf，若有并聯(lián)電抗器，則需先減去并聯(lián)電抗器的電流 再計(jì)算阻抗Zkf，再計(jì)算lmf。
若保護(hù)安裝處所測阻抗(以m端為例，n端計(jì)算方法相同)Zmf′小于保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)k的阻抗Zmk，直接由Zmf′計(jì)算lmf。
權(quán)利要求
1.一種在電力系統(tǒng)的高壓輸電線路中利用長線方程計(jì)算實(shí)現(xiàn)單端故障測距的方法，該方法包括如下步驟線路保護(hù)裝置對互感器的電流電壓波形采樣得到電流電壓瞬時值；通過傅氏算法求出各電氣量的相量形式；計(jì)算保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的阻抗Z′mf；選擇參考點(diǎn)k，計(jì)算保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)k的阻抗Zmk；若保護(hù)安裝處所計(jì)算阻抗Z′mf大于保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)的阻抗Zmk，則利用長線方程將保護(hù)安裝處電壓m、電流 計(jì)算到參考點(diǎn)電壓k、電流 將參考點(diǎn)k的電流 減去并聯(lián)電抗器的電流 后得到 再利用k、 計(jì)算阻抗的算法計(jì)算參考點(diǎn)k至故障點(diǎn)的阻抗Zkf，利用Zkf推算參考點(diǎn)至故障點(diǎn)的距離lkf。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中利用下式推算保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的距離Z＝Zc1th(γ1l)若Z′mf小于Zmk，則直接由Z′mf推算保護(hù)安裝處距故障點(diǎn)的距離；式中Z是為保護(hù)按集中參數(shù)計(jì)算的阻抗，Zc1為線路的正序波阻抗，γ1為線路的正序傳播系數(shù)，l為保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的距離或參考點(diǎn)至故障點(diǎn)的距離，th(γ1l)為雙曲正切函數(shù)；若Z′mf小于Zmk，Z為Z′mf，則直接由Z′mf推算保護(hù)安裝處距故障點(diǎn)的距離；若Z′mf大于Zmk，Z為按相量形式折算到參考點(diǎn)所計(jì)算的阻抗Zkf，可計(jì)算出參考點(diǎn)至故障點(diǎn)的距離lkf，將計(jì)算的lkf與保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)的距離lmk相加，得到由保護(hù)安裝處所測的故障距離。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中當(dāng)判斷Z′mf大于Zmk時，則下式作為將端電壓、電流按相量折算至參考點(diǎn)的公式，公式如下U·kI·k=ch(γl)-Zcsh(γl)-sh(γl)/Zcch(γl)U·mI·m---(2)]]>式中m， 為保護(hù)安裝處(m端)所測電壓、電流的向量，k、 為參考點(diǎn)k的電壓、電流，γ為線路的傳播常數(shù)，Zc為線路的波阻抗，l為m端至參考點(diǎn)k的距離，ch()，sh()分別為雙曲余弦和雙曲正弦函數(shù)；該式在模量上成立，即Z′mf大于Zmk是參考性條件，否則，直接推算故障距離。
4.如權(quán)利要求2所述方法其特征在于利用所述公式解反雙曲正切函數(shù)得故障距離或參考點(diǎn)至故障點(diǎn)的距離。
5.如權(quán)利要求1-4的方法，其中參考點(diǎn)的選擇不大于400米。
6.如權(quán)利要求1-4的方法，其中若Z′mf，大于Zmk，保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)最后實(shí)際的阻抗Zmf＝Zmk+Zkf。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域中繼電保護(hù)故障測距的方法。公開了一種通過單端電壓、電流進(jìn)行故障測距的辦法。本發(fā)明首先利用端電壓、端電流計(jì)算的阻抗與保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)的阻抗進(jìn)行對比的結(jié)果，若結(jié)果為正，表示保護(hù)所計(jì)算的阻抗大于保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)的阻抗，因此，首先利用長線方程將端電壓、端電流折算到參考點(diǎn)，若有并聯(lián)電抗器，則需減掉并聯(lián)電抗器的電流，再在參考點(diǎn)利用傳統(tǒng)算法計(jì)算阻抗，利用公式反推出參考點(diǎn)至故障點(diǎn)的距離；最后再與保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)的距離相加，得出真正的保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的距離；若結(jié)果為負(fù)，表示故障在保護(hù)安裝處至參考點(diǎn)中間，而參考點(diǎn)的選擇不能大于400km，直接利用公式反推也可得到故障距離，由于該公式已經(jīng)考慮了分布電容，因此，該測距算法不受線路分布電容的影響。
文檔編號G01R31/08GK1851490SQ200610083818
公開日2006年10月25日 申請日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月2日
發(fā)明者徐振宇, 杜兆強(qiáng), 黃少鋒, 魏會利, 張效宇 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司