專利名稱：一種針對非均勻零序互感同桿架空多回線路的故障測距方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護技術領域，具體涉及到針對非均勻零序互感同桿架設多回線路的故障測距方法。
背景技術：
隨著電力事業(yè)的發(fā)展，輸電線路電壓等級和輸送容量逐步提高，輸電線路的精確測距技術也越來越為人們所重視，測距方法的研究已成為電力系統(tǒng)熱門的研究課題之一。準確、快速的故障測距能夠幫助對故障進行事后分析，從而及時排除故障原因。
同桿多回線路在高壓輸配電工程中應用越來越廣泛，它能很好地解決走廊寬度不夠以及大功率輸送的問題。對于同桿線路的故障定位來說，線路之間的零序互感和跨線故障是影響其準確性的兩個主要因素。理論分析表明，單端測距法只需一側信息，投資小，但主要影響因素有過渡電阻、線路分布電容、對側系統(tǒng)運行阻抗變化等，因此對一般結構的輸電網絡存在不可避免的原理性誤差，當故障位于50％線路長度以遠時，其測距精度無法保證。雙端測距雖然對通道的依賴性較高、投資也較大，但能避免測距原理性誤差，可以得到很高的測距精度。
由于同桿多回線包括同桿雙回線存在線間互感，并且有發(fā)生跨線故障的可能，因此增加了多回線故障測距的復雜性。以往的雙回線故障定位方法，無論是利用單端電氣量的還是利用兩端的電氣量進行測距，都只是針對線路為一種均勻的同桿狀態(tài)，要求雙回線的兩端都接于同一母線上，電壓等級一樣，線路全程必須也是同桿并架的。但在實際中，通常不是上述的理想的情況，線路只有中間某一部分處于同桿并架的狀況，對于該種非均勻的同桿并架多回線路已有提出的故障測距方法已經不再適用。因此，針對更廣泛意義上的同桿多回線的故障定位是十分必要的。
發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術中存在的上述問題，本發(fā)明提出了一種基于分布參數(shù)模型的利用兩端同步數(shù)據的故障測距方法。該法與上述所列故障測距的區(qū)別在于，它利用同一回線同步采樣的兩端電氣量進行故障定位，針對的是各種拓撲結構的非均勻零序互感同桿多回線(包括不同電壓等級)。所用的模型表現(xiàn)了傳輸線路的分布參數(shù)特性，無需在考慮線路分布電容電流的影響。
本發(fā)明采用的技術方案如下 一種在電力系統(tǒng)中非均勻零序互感以及不同電壓等級同桿架設或者同一輸電走廊的多回線路的故障測距方法，所述故障測距方法基于輸電線路分布參數(shù)模型，利用同一回線同步采樣的兩端電氣量進行故障定位，其特征為，所述故障測距方法包括如下步驟 線路保護裝置通過光纖通道得到線路兩側(m，n)同步采樣的電壓電流值，并計算線路兩側(m，n)的正序電壓和正序電流Um1，Un1，Im1，In1； 基于輸電線路分布參數(shù)模型，當在線路故障點(f)發(fā)生各種類型的單線或跨線故障時，根據均勻單回傳輸線路模型的均勻傳輸線的電壓電流方程，從所述線路兩側(m，n)中的第一端(m)計算故障點(f)的正序電壓Uf1，以及從所述線路兩側(m，n)中的第二端(n)計算故障點(f)的正序電壓U′f1 Uk1＝Um1ch(γlmk)-Im1Zcsh(γlmk) U′k1＝Un1ch(γlnk)-In1Zcsh(γlnk) 其中，sh(.)和ch(.)表示雙曲線函數(shù)，Zc為特性阻抗或波阻抗，γ為傳播常數(shù)，Zc和γ都是與頻率相關的量，lmk為線路第一端(m)到故障點(f)的距離，lnk為線路第二端(n)到故障點(f)的距離。
根據從線路兩側所計算的故障點(f)的正序電壓相等，即 Uk1＝U′k1 從而得到以下基于正序分量的故障距離即從線路第一端到故障點的距離方程為 其中，l為線路全長。
參照上述故障測距方法，本發(fā)明還分別提出了基于負序分量的故障距離方程和基于正負序分量的故障測距方程，其方法分別如下 一種在電力系統(tǒng)中非均勻零序互感以及不同電壓等級同桿架設或者同一輸電走廊的多回線路的故障測距方法，該方法包括如下內容 線路保護裝置通過光纖通道得到線路兩側同步采樣的電壓電流值，并計算線路兩側(m，n)的負序電壓和負序電流Um2，Un2，Im2，In2； 基于分布參數(shù)模型，當在故障點f(如圖2)發(fā)生各種類型的單線或跨線故障時，f點兩側各自計算的負序電壓應相等，即 Uk2＝U′k2 基于負序分量的故障距離為 其中，l為線路全長。
一種在電力系統(tǒng)中非均勻零序互感以及不同電壓等級同桿架設或者同一輸電走廊的多回線路的故障測距方法，該方法包括如下內容 線路保護裝置通過光纖通道得到線路兩側同步采樣的電壓電流值，并計算線路兩側(m，n)的正負序電壓和正負序電流Um12，Un12，Im12，In12； 基于分布參數(shù)模型，當在故障點f(如圖2)發(fā)生各種類型的單線或跨線故障時，f點兩側各自計算的正負序電壓應相等，即 Uk12＝U′k12 基于正負序分量的故障距離為 其中，l為線路全長。
本發(fā)明具有以下有益效果 本發(fā)明提出的方法理論上不受負荷電流、故障類型、故障時的初始相位角、系統(tǒng)阻抗及過渡電阻的影響；同時，該故障測距方法與零序互感電流以及是否為跨線故障無關。該故障測距方法能夠應用于各種拓撲結構的同桿多回線路的精確測距，試驗結果表明該算法具有非常高的精度。由于電流差動保護被廣泛的運用于同桿并架多回線包括同桿并架雙回線當中，很容易就能夠得到被保護線路兩端的同步數(shù)據，并利用光纖通道進行數(shù)據的傳輸，因此該法很方便就能夠應用于在線測距。
圖1為均勻單回傳輸線電路模型； 圖2為平行多回線路兩端的電壓和電流方向。
具體實施例方式 下面根據說明書附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細描述。
本發(fā)明公開的一種針對均勻和非均勻零序互感以及不同電壓等級同桿架設或同一輸電走廊的多回線路(包括雙回線路)的故障測距(定位)方法，該方法是基于分布參數(shù)模型，利用兩端同步采樣的電壓和電流量的故障測距(定位)方法。圖1所示為單回均勻傳輸線的電路模型，在這里R0表示單位長度的電阻(Ω/km)，L0表示單位長度的電感(H/km)，G0表示單位長度導線之間的電導(S/km)，C0表示單位長度導線之間的電導(F/km)。則均勻傳輸線的電壓電流方程如下所示 由于一般研究的是傳輸線在始端電源角頻率為ω的正弦時間函數(shù)時電路的穩(wěn)態(tài)分析，上述方程又可改寫為與頻率相關的形式，如(3)式，這里的sh(.)和ch(.)表示雙曲線函數(shù)，Zc為特性阻抗或波阻抗，γ為傳播常數(shù)，Zc和γ都是與頻率相關的量，1nm為n端到m端的距離。
因為對于同桿并架以及同一輸電走廊下的平行多回線路而言，多回線之間的正序和負序互感的影響可以忽略不計，并且與線路是否為均勻零序互感或者是否同一電壓等級并架結構無關，因此上述電壓與電流的方程對同桿并架以及同一輸電走廊下的平行多回線路正序及負序分量均適用，如果僅僅以并架線路中某一單回線路的正序和負序分量部分作為研究對象，方程(1)、(2)、(3)，等依然成立。在本發(fā)明的敘述中，各個參數(shù)的下標“1”和“2”表示各自對應的正序和負序分量。圖2標出了平行多回線路下的正序和負序電壓電流的方向。
線路保護裝置通過光纖通道得到線路兩側同步采樣的電壓電流值，并計算線路兩側(m，n)的正負序電壓和正負序電流Um12，Un12，Im12，In12； 對于傳輸線上的任意一點k，m端和n端的正序和負序電壓均能夠代入傳輸線方程進行計算。從m端和n段指向故障點k計算正序和負序電壓的算式為 Uk12＝Um12ch(γlmk)-Im12Zcsh(γlmk)(4) U′k12＝Un12ch(γlnk)-In12Zcsh(γlnk)(5) 當在故障點f(如圖2)發(fā)生單線或跨線故障時，從f點兩側各自計算的正序和負序電壓之和應相等，即 Uk12＝U′k12(6) 由以上(4)(5)(6)式可以得到 Un12ch(γ x)-In12Zcsh(γ x) (7) ＝Um12ch(γ(l-x))-Im12Zcsh(γ(l-x)) 解出x為 同理，對于傳輸線上的任意一點k，m端和n端的正序能夠代入傳輸線方程進行計算。從m端和n段指向故障點k計算正序算式為 對于傳輸線上的任意一點k，m端和n端的負序能夠代入傳輸線方程進行計算。從m端和n段指向故障點k計算負序算式為 從上述方程我們可以看到，在正常狀態(tài)下關于x的唯一解是不存在的。當保護判斷出線路發(fā)生內部故障時，根據上述各距離方程就能夠被應用于進行故障測距。分析我們可以看到，利用本發(fā)明所提出的故障測距方法用到的兩端的故障相正序負序電壓電流分量很容易就能獲得，至于線路之間互感的情況如何以及是否為均勻零序互感的同桿多回線，測距結果則不受影響。因此，該故障定位方法能夠應用于各種拓撲結構的同桿多回線路的精確測距，并且該故障測距方法與地網無關，能去除雙回線之間零序互感的影響，測距結果不受零序互感影響，不受負荷電流、系統(tǒng)阻抗、故障時的初始相位角的影響。
權利要求
1、一種在電力系統(tǒng)中非均勻零序互感以及不同電壓等級同桿架設或者同一輸電走廊的多回線路的故障測距方法，所述故障測距方法基于輸電線路分布參數(shù)模型，利用同一回線同步采樣的兩端電氣量進行故障定位，其特征為，所述故障測距方法包括如下步驟
線路保護裝置通過光纖通道得到線路兩側(m，n)同步采樣的電壓電流值，并計算線路兩側(m，n)的正序電壓和正序電流Um1，Un1，Im1，In1；
基于輸電線路分布參數(shù)模型，當在線路故障點(f)發(fā)生各種類型的單線或跨線故障時，根據均勻單回傳輸線路模型的均勻傳輸線的電壓電流方程，從所述線路兩側(m，n)中的第一端(m)計算故障點(f)的正序電壓Uk1，以及從所述線路兩側(m，n)中的第二端(n)計算故障點(f)的正序電壓U′k1
Uk1＝Um1ch(γlmk)-Im1Zcsh(γlmk)
U′k1＝Un1ch(γlnk)-In1Zcsh(γlnk)
其中，sh(.)和ch(.)表示雙曲線函數(shù)，Zc為輸電線路的特性阻抗或波阻抗，γ為傳播常數(shù)，Zc和γ都是與頻率相關的量，lmk為線路第一端(m)到故障點(f)的距離，lnk為線路第二端(n)到故障點(f)的距離；
根據從線路兩側所計算的故障點(f)的正序電壓相等，即
Uk1＝U′k1從而得到以下基于正序分量的故障距離即從線路第一端到故障點的距離方程為
其中l(wèi)為線路全長。
2、根據權利要求1所述的故障測距方法，其特征為所述方法適用于各種拓撲結構的同桿多回線路的各類單線或跨線故障的故障定位，并且該故障測距方法與地網無關，能去除雙回線之間零序互感的影響，測距結果不受零序互感影響。
3、根據權利要求要求1或2所述的故障測距方法，其特征為所述方法的測距結果不受負荷電流、系統(tǒng)阻抗、故障時的初始相位角的影響。
4、一種在電力系統(tǒng)中非均勻零序互感以及不同電壓等級同桿架設或者同一輸電走廊的多回線路的故障測距方法，所述故障測距方法基于輸電線路分布參數(shù)模型，利用同一回線同步采樣的兩端電氣量進行故障定位，該方法包括如下步驟
線路保護裝置通過光纖通道得到線路兩側(m，n)同步采樣的電壓電流值，并計算線路兩側(m，n)的負序電壓和負序電流Um2，Un2，Im2，In2；
基于輸電線路分布參數(shù)模型，當在故障點(f)發(fā)生各種類型的單線或跨線故障時，根據以下均勻單回傳輸線路模型的均勻傳輸線的電壓電流方程頻率形式，從所述線路兩側(m，n)中的第一端(m)計算故障點(f)的負序電壓Uk2，以及從所述線路兩側(m，n)中的第二端(n)計算故障點(f)的負序電壓U′k2
Uk2＝Um2ch(γlmk)-Im2Zcsh(γlmk)
U′k2＝Un2ch(γlnk)-In2Zcsh(γlnk)
其中，sh(.)和ch(.)表示雙曲線函數(shù)，Zc為特性阻抗或波阻抗，γ為傳播常數(shù)，Zc和γ都是與頻率相關的量，lmk為線路第一端(m)到故障點(f)的距離，lnk為線路第二端(n)到故障點(f)的距離；
根據從線路兩側所計算的故障點(f)的負序電壓相等，即
Uk2＝U′k2
從而得到基于負序分量的故障距離即從第二端至故障點的距離為
其中，l為線路全長。
5、根據權利要求4所述的故障測距方法，其特征為所述方法適用于各種拓撲結構的同桿多回線路的各類單線或跨線故障的故障定位，并且該故障測距方法與地網無關，能去除雙回線之間零序互感的影響，測距結果不受零序互感影響。
6、根據權利要求要求4或5所述的故障測距方法，其特征為所述方法的測距結果不受負荷電流、系統(tǒng)阻抗、故障時的初始相位角的影響。
7、一種在電力系統(tǒng)中非均勻零序互感以及不同電壓等級同桿架設或者同一輸電走廊的多回線路的故障測距方法，所述故障測距方法基于輸電線路分布參數(shù)模型，利用同一回線同步采樣的兩端電氣量進行故障定位，該方法包括如下步驟
線路保護裝置通過光纖通道得到線路兩側(m，n)同步采樣的電壓電流值，并計算線路兩側(m，n)的正負序電壓的和以及正負序電流的和Um12，Un12，Im12，In12；
基于輸電線路分布參數(shù)模型，當在故障點(f)發(fā)生各種類型的單線或跨線故障時，根據以下均勻單回傳輸線路模型的均勻傳輸線的電壓電流方程頻率形式，從所述線路兩側(m，n)中的第一端(m)計算故障點(f)的正負序電壓和Uk12，以及從所述線路兩側(m，n)中的第二端(n)計算故障點(f)的正負序電壓和U′k12
Uk12＝Um12ch(γlmk)-Im12Zcsh(γlmk)
U′k12＝Un12ch(γlnk)-In12Zcsh(γlnk)，
其中，sh(.)和ch(.)表示雙曲線函數(shù)，Zc為特性阻抗或波阻抗，γ為傳播常數(shù)，Zc和γ都是與頻率相關的量，lmk為線路第一端(m)到故障點(f)的距離，lnk為線路第二端(n)到故障點(f)的距離；
根據從線路兩側所計算的故障點(f)的負序電壓相等，即
Uk12＝U′k12
從而得到基于正負序分量的故障距離即從線路第二端至故障點的距離為
其中，l為線路全長。
8、根據權利要求7所述的故障測距方法，其特征為所述方法適用于各種拓撲結構的同桿多回線路的各類單線或跨線故障的故障定位，并且該故障測距方法與地網無關，能去除雙回線之間零序互感的影響，測距結果不受零序互感影響。
9、根據權利要求要求7或8所述的故障測距方法，其特征為所述方法的測距結果不受負荷電流、系統(tǒng)阻抗、故障時的初始相位角的影響。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種針對均勻和非均勻零序互感以及不同電壓等級同桿架設或同一輸電走廊的多回線路的故障測距方法，該方法基于分布參數(shù)模型，兩端同步采樣電壓和電流量。對于同桿并架以及同一輸電走廊下的平行多回線路而言，多回線之間的正序和負序互感的影響可以忽略不計，當電力線路發(fā)生單線或跨線故障時，從故障點兩側各自計算的正序、負序電壓以及正序和負序電壓之和應相等，從而解出基于正序分量、負序分量或正負序分量的故障距離方程，當保護判斷出線路發(fā)生內部故障時，根據所述故障距離方程就能夠進行故障測距。線路之間互感的情況如何以及是否為均勻零序互感的同桿多回線，對于測距結果沒有影響。該方法能夠應用于各種拓撲結構的同桿多回線路的精確測距。
文檔編號H02H7/26GK101350521SQ20081022232
公開日2009年1月21日 申請日期2008年9月17日 優(yōu)先權日2008年9月17日
發(fā)明者徐振宇, 田文輝, 黃少鋒, 勝 余, 剛 許 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司, 北京四方繼保工程技術有限公司