基于多時間斷面信息的t接線路單相接地故障測距方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)保護(hù)和控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于多時間斷面信息的 T接線路單相接地故障測距方法。 技術(shù)背景
[0002] 當(dāng)前，環(huán)境問題不斷加劇，常規(guī)能源日益枯竭，可再生能源的發(fā)展需求十分迫切。 隨著風(fēng)電技術(shù)的逐漸成熟和裝備水平的快速進(jìn)步，風(fēng)力發(fā)電成本不斷降低，風(fēng)電在能源結(jié) 構(gòu)中占有越來越重要的地位。風(fēng)電場選址主要受風(fēng)資源影響，兆瓦級風(fēng)電場的并網(wǎng)模式主 要分為兩類：一類以甘肅酒泉風(fēng)電基地為代表，采用330kV變電站為中心輻射狀饋出的模 式，饋出線路末端接風(fēng)電場；另一類是以一條高壓輸電線路為主干線路，周邊2至3個風(fēng)電 場以T接方式并網(wǎng)。當(dāng)風(fēng)電場T接并網(wǎng)的輸電線路發(fā)生故障時，輸電線路故障精確測距能 夠幫助縮短故障后巡線時間，加速排除線路故障和恢復(fù)供電，對于提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、保 證系統(tǒng)安全運(yùn)行具有重要意義。
[0003]目前傳統(tǒng)電源的三端輸電線路的故障測距方法，均是基于多端信息同步共享而計 算實(shí)現(xiàn)的，分為阻抗法和行波法。而在實(shí)際應(yīng)用中僅在輸電線路系統(tǒng)側(cè)配置距離、零序等單 端電氣量保護(hù)，不投入重合閘，風(fēng)電場側(cè)配備斷路器和通信通道，而不配置保護(hù)，采用系統(tǒng) 側(cè)優(yōu)先跳閘連跳風(fēng)場側(cè)斷路器的方式隔離故障，風(fēng)場側(cè)的信息難以實(shí)時獲取，無法基于多 端信息同步共享進(jìn)行測距，只能考慮采用系統(tǒng)側(cè)的量測數(shù)據(jù)進(jìn)行單端故障測距。實(shí)際運(yùn)行 數(shù)據(jù)表明，輸電線路故障中80~90%為單相接地故障，根據(jù)繼電保護(hù)相關(guān)規(guī)程規(guī)定，輸電 線路單相接地故障發(fā)生后，故障相斷路器采用單相跳閘，保持1秒鐘左右時間的非全相運(yùn) 行，然后單相重合閘。對于風(fēng)電場T接線路來說，發(fā)生故障后，兩個風(fēng)場相繼單相跳閘，因 此，故障發(fā)生后隔離、重合過程中存在著多個時間斷面，包括被保護(hù)線路發(fā)生單相接地故障 之后且線路上任何一個單相斷路器均未跳閘之前、N端（或K端）單相斷路器跳閘之后且 在N端（或K端）單相斷路器自動化重合閘之前、N端、K端單相斷路器均跳閘之后且在N 端、K端單相斷路器均未重合閘之前的三個時間斷面。這三個時間斷面中本地電流電壓均 包含著T接另外兩端系統(tǒng)的部分信息，因此，綜合利用三個時間斷面的故障信息，將能夠有 效地實(shí)現(xiàn)精確單端故障測距。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服已有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出基于多時間斷面信息的T接線 路單相接地故障測距方法，利用三個時間斷面的故障信息，有效地實(shí)現(xiàn)精確單端故障測距， 單相重合閘不僅提高了瞬時性故障的快速恢復(fù)，特別是產(chǎn)生的非全相運(yùn)行狀態(tài)中仍包含風(fēng) 電場側(cè)的運(yùn)行信息，輸電線路非全相運(yùn)行時，風(fēng)電機(jī)組將處于穩(wěn)態(tài)的缺相運(yùn)行狀態(tài)，有別于 單相接地故障狀態(tài)下的暫態(tài)運(yùn)行狀態(tài)，此時風(fēng)電場與系統(tǒng)仍然有兩相緊密相連，因此電壓、 電流頻率較為穩(wěn)定，且基本上無零序電流分量，正、負(fù)序分量含量較高，能夠保證測距的精 度。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0006] 基于多時間斷面信息的T接線路單相接地故障測距方法，包括以下步驟：
[0007] (1)假設(shè)故障發(fā)生在靠近N端的輸電支路上，在M端變電站保護(hù)安裝處，測量故障 線路單相接地故障發(fā)生后單相跳閘前的A、B、C三相電壓相量U nif^ UniP Unif。和三相電流相 量Imfa、Imfb、Imf。;測量N端單相跳閘后單相自動化重合閘之前的A、B、C三相電壓相量1]"^、 Unhb、IL。，三相電流相量1_、1_、I" h。;測量N端單相跳閘后，且K端也單相跳閘后但單相自 動化重合閘之前的A、B、C三相電壓相量1]_、IU、U nite，三相電流相量1_、I"tb、Inite作為輸 入量；由下式計算故障線路單相接地故障后單相跳閘前的正序電壓相量U mfl，負(fù)序電壓相量 Unif2，零序電壓相量Uniffl,正序電流相量I nifl，負(fù)序電流相量Inif2，零序電流相量Inif。，及N端單 相跳閘后單相自動化重合閘之前的正、負(fù)、零序電壓相量U^IU、Ubim及正、負(fù)、零序電流相 Imhl、Imh2、ImhO.
[0012] (2)記T接支路的節(jié)點(diǎn)為P，由如下公式計算故障線路單相接地故障后單相跳閘前 節(jié)點(diǎn)P處的正、負(fù)、零序電壓相量^^、^^、^^…端單相跳閘后單相自動化重合閘之前節(jié)點(diǎn) P處的正、負(fù)、零序電壓相量 Uphn Uph2' Upho:
[0015] 其中：
[0016] Im為M端T接支路長度，即M端到節(jié)點(diǎn)P的距離；
[0017] 心為輸電線路單位長度正序阻抗；
[0018] Z。。為輸電線路單位長度零序阻抗；
[0019] (3)由如下公式計算N端單相跳閘后單相自動化重合閘之前節(jié)點(diǎn)P處的A、B、C三 相電壓相量u pha、Uphb、Upte;N端單相跳閘后，且K端也單相跳閘后但單相自動化重合閘之前 節(jié)點(diǎn)P處的A、B、C三相電壓相量 Upta、Uptb、UptcI
[0024] (4)設(shè)定未知量：N端系統(tǒng)的電勢En，正序、零序阻抗ZN1，Z N(]，K端系統(tǒng)的電勢Ek，正 序、零序阻抗ZK1，Zk。，故障電阻R，故障點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)P之間的距離占PN段線路長度的百分比X， 根據(jù)三個時間斷面的信息列寫滿足T接系統(tǒng)電氣量關(guān)系的如下方程：

[0039] (5)根據(jù)高壓輸電系統(tǒng)的實(shí)際情況，將N端或K端系統(tǒng)的零序阻抗Zn?；騔 K。認(rèn)為 已知量代入步驟（4)中的方程，并將方程的實(shí)部、虛部分離，轉(zhuǎn)化成實(shí)數(shù)非線性方程組，直 接求解即可計算得到故障電阻R和故障距離百分比x。
[0040] 本發(fā)明的特點(diǎn)及效果：
[0041] 本發(fā)明利用被保護(hù)線路發(fā)生單相接地故障之后且線路上任何一個單相斷路器均 未跳閘之前、N端（或K端）單相斷路器跳閘之后且在N端（或K端）單相斷路器自動化 重合閘之前、N端和K端單相斷路器均跳閘之后且在N端和K端單相斷路器均未重合閘之 前的三個時間斷面的本地電壓電流信息進(jìn)行故障測距，原理上無任何近似，測距結(jié)果為數(shù) 學(xué)上的精確解，而現(xiàn)有單端測距方法都屬于近似方法，因此本發(fā)明方法測距精度更高；本發(fā) 明方法能夠精確求解出過渡電阻、T接線路另外兩端的系統(tǒng)電動勢和阻抗等參數(shù)，不受過渡 電阻、負(fù)荷、對端系統(tǒng)阻抗影響，具有很高的實(shí)用價值。
【附圖說明】
[0042] 附圖是本發(fā)明的220kV T接輸電系統(tǒng)模型。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 本發(fā)明提出的基于多時間斷面信息的T接輸電線路單相接地故障單端測距方法 實(shí)施例詳細(xì)說明如下：
[0044] 應(yīng)用本發(fā)明的220kV T接輸電系統(tǒng)模型如圖1所示，三條支路長度分別為：1M = 50km, In= 50km, IK= 40km，線路參數(shù)為：正序阻抗Zcl= 0. 02+j0. 28ohm/km，零序阻抗Zc0 = 0? 172+jO. 84ohm/km ;系統(tǒng)參數(shù)如下：M、N、K 三端電勢分別為 220 Z 0° kV，210 Z 30。kV， 200 Z 60。kV ;零序阻抗分別為 26. 30 Z 90。Q，28. 14 Z 86. 74。Q，29. 09 Z 90。Q ; 正序阻抗分別為：28. 30 Z 90° Q，32. OZ 78.4° Q，43. 19 Z 88.6° Q。應(yīng)用本發(fā)明方 法的故障測距裝置安裝在M側(cè)，電壓、電流分別來自線路側(cè)電壓互感器、電流互感器。仿真 故障類型為A相接地故障，故障發(fā)生在N側(cè)支路上，距P點(diǎn)20km，過渡電阻100 Q。
[0045] 實(shí)施例具體步驟如下：
[0046] (1)假設(shè)故障發(fā)生在靠近N端的輸電支路上，在M端變電站保護(hù)安裝處，測量故障 線路單相接地故障后單相跳閘前的A、B、C三相電壓相量U nif^UnifMUnif。和三相電流相量I _、 In*、測量N端單相跳閘后單相自動化重合閘之前的A、B、C三相電壓相量U 三相電流相量Imha、Imhb、Imh。;測