利用零序电压分布特性实现线路单相接地故障单端测距方法

摘要

本发明公开了一种利用零序电压分布特性实现线路单相接地故障单端测距方法。本发明方法采用一维搜索方法，利用输电线路保护安装处的零序电压、零序电流和故障相负序电压、故障相负序电流依次计算输电线路上每一点的等效零序电压的幅值与零序电压的幅值之差的绝对值，直至输电线路全长，选取等效零序电压的幅值与零序电压的幅值之差的绝对值最小对应的点距输电线路保护安装处的距离为故障距离。本发明方法利用输电线路沿线零序电压分布特性实现输电线路单相接地故障的单端测距，原理上消除了过渡电阻、故障位置和负荷电流对测距精度的影响，具有很高的测距精度。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体地说是涉及一种利用零 序电压分布特性实现线路单相接地故障单端测距方法。

背景技术

输电线路单端故障测距方法主要分为行波法和阻抗法。行波法利用故 障暂态行波的传送性质进行测距，精度高，不受系统运行方式、过度 电阻等影响，但对采样率要求很高，需要专门的录波装置，目前未获 得实质性应用。阻抗法利用故障后的电压、电流量计算故障回路的阻 抗，根据线路长度与阻抗成正比的特性进行测距，简单可靠, 但受到 故障的过渡电阻、线路不完全对称等因素的影响。由于高压输电线路 沿线存在较大的分布电容电流，当高压输电线路发生中高阻短路故障 时，单端阻抗法测距结果会严重偏离真实故障距离，不能满足现场的 应用要求。因此，采用集中参数建模的单端阻抗法不能直接应用于高 压输电线路的故障测距。

采用分布参数模型研究高压输电线路单端故障测距逐渐引起了广大学 者的关注。哈恒旭、张保会、吕志来等人发表的《高压输电线路单端 测距新原理探讨》采用分布参数建模，利用单端电压电流计算沿线电 压对距离导数的范数在线路上的分布进行故障点的定位。该方法涉及 了大量的求导运算和积分运算，所需运算量大，算法复杂不易实现。 林湘宁、黄小波等人发表的《基于分布参数模型的比相式单相故障单 端测距算法》采用分布参数建模，根据故障点处的残压与故障电流同 相位特征进行故障定位。该方法改善了分布电容对单端阻抗法故障测 距的影响，但在高阻接地故障时测距误差达到-2.38%，误差绝对值大 于1.5%，不能满足现场的应用要求。王宾、董新洲等人发表的《特高 压长线路单端阻抗法单相接地故障测距》采用分布参数建模，利用观 测点处负序电流的相角估算故障点电压的相角，然后在故障点电压瞬 时值过零点时刻计算测量阻抗。该方法在中低阻短路故障时，由于沿 线电压下降明显，利用观测点处负序电流相角估算故障点电压相角存 在的误差对测距结果影响不大；但在高阻短路故障时，由于线路沿线 各点电压相差很小，利用观测点处负序电流相角估算故障点电压相角 存在的误差加上暂态过程的影响，该方法测距误差较大。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种测距精度不受 分布电容电流、过渡电阻、故障位置和负荷电流影响的利用零序电压 分布特性实现线路单相接地故障单端测距方法。

利用零序电压分布特性实现线路单相接地故障单端测距方法，其特征 在于，包括如下依序步骤：

（1）保护装置测量输电线路保护安装处的故障相负序电压、故障相 负序电流、零序电压和 零序电流；其中，φ=A相、B相、C相；

（2）保护装置选取故障距离初始值为l_x，计算距离输电线路保护安装 处l_x点的等效零序电压：

${\stackrel{·}{U}}_0^{\prime }=Z_{c0}\tanh \left({\gamma }_0{l}_x\right)\frac{{\stackrel{·}{U}}_{\phi 2}\cosh \left({\gamma }_1{l}_x\right)-{\stackrel{·}{I}}_{\phi 2}{Z}_{c1}\sinh \left({\gamma }_1{l}_x\right)}{Z_{c1}\tanh \left({\gamma }_1{l}_x\right)}$

其中，φ=A相、B相、C相；γ₁为输电线路正序传播常数；γ₀为输电 线路零序传播常数；Z_c1为输电线路正序波阻抗；Z_c0为输电线路零序波 阻抗；cosh( .)为双曲余弦函数；sinh( .)为双曲正弦函数；tanh ( .)为双曲正切函数；

（3）保护装置计算距离输电线路保护安装处l_x点的零序电压：

${\stackrel{·}{U}}_0\left(l_x\right)={\stackrel{·}{U}}_0\cosh \left({\gamma }_0{l}_x\right)-{\stackrel{·}{I}}_0{Z}_{c0}\sinh \left({\gamma }_0{l}_x\right)$

（4）保护装置计算距离输电线路保护安装处l_x点的等效零序电压的 幅值与距离输电线路保护安装处l_x点的零序电压的幅值之差的绝对 值；

（5）故障距离以步长Δl逐次增加，返回步骤（2），依次计算输电线 路上每一点的等效零序电压的幅值与零序电压的幅值之差的绝对 值直至输电线路全长，选取输电线路上最小对应的点距输电线路保 护安装处的距离为故障距离。

本发明与现有技术相比较，具有以下积极成果：

本发明方法采用一维搜索方法，利用输电线路保护安装处的零序电压 、零序电流和故障相负序电压、故障相负序电流依次计算输电线路上 每一点的等效零序电压的幅值与零序电压的幅值之差的绝对值，直至 输电线路全长，选取等效零序电压的幅值与零序电压的幅值之差的绝 对值最小对应的点距输电线路保护安装处的距离为故障距离。本发明 方法物理模型采用分布参数模型，具有天然的抗分布电容电流影响的 能力，适用于超高压、特高压输电线路。本发明方法利用输电线路沿 线零序电压分布特性实现输电线路单相接地故障的单端测距，原理上 消除了过渡电阻、故障位置和负荷电流对测距精度的影响，具有很高 的测距精度。本发明方法是一种搜索式的测距方法，不存在解方程法 的伪根问题和迭代法的不收敛问题，测距原理简单，实用性强。

附图说明

图1为应用本发明的线路输电系统示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步详细表述。

图1为应用本发明的线路输电系统示意图。图1中CVT为电压互感器、C T为电流互感器。保护装置对输电线路保护安装处的电压互感器CVT的 电压和电流互感器CT的电流波形进行采样得到电压、电流瞬时值，然 后保护装置对其采集到的电压、电流瞬时值利用傅里叶算法计算输电 线路保护安装处的故障相负序电压、故障相负序电流、零序电压和 零序电流；其中，φ=A相、B相、C相。

保护装置选取故障距离初始值为l_x，计算距离输电线路保护安装处l_x点的等效零序电压：

${\stackrel{·}{U}}_0^{\prime }=Z_{c0}\tanh \left({\gamma }_0{l}_x\right)\frac{{\stackrel{·}{U}}_{\phi 2}\cosh \left({\gamma }_1{l}_x\right)-{\stackrel{·}{I}}_{\phi 2}{Z}_{c1}\sinh \left({\gamma }_1{l}_x\right)}{Z_{c1}\tanh \left({\gamma }_1{l}_x\right)}---\left(1\right)$

其中，φ=A相、B相、C相；γ₁为输电线路正序传播常数；γ₀为输电 线路零序传播常数；Z_c1为输电线路正序波阻抗；Z_c0为输电线路零序波 阻抗；cosh( .)为双曲余弦函数；sinh( .)为双曲正弦函数；tanh ( .)为双曲正切函数。

保护装置计算距离输电线路保护安装处l_x点的零序电压：

${\stackrel{·}{U}}_0\left(l_x\right)={\stackrel{·}{U}}_0\cosh \left({\gamma }_0{l}_x\right)-{\stackrel{·}{I}}_0{Z}_{c0}\sinh \left({\gamma }_0{l}_x\right)---\left(2\right)$

保护装置计算距离输电线路保护安装处l_x点的等效零序电压的幅值与距离输电线路保护安装处l_x点的零序电压的幅值之差的绝对值。

故障距离以步长Δl逐次增加，反复利用式（1）和式（2），依次计算 输电线路上每一点的等效零序电压的幅值与零序电压的幅值之差 的绝对值直至输电线路全长，选取输电线路上最小对应的点距输电 线路保护安装处的距离为故障距离。

本发明方法采用一维搜索方法，利用输电线路保护安装处的零序电压 、零序电流和故障相负序电压、故障相负序电流依次计算输电线路上 每一点的等效零序电压的幅值与零序电压的幅值之差的绝对值，直至 输电线路全长，选取等效零序电压的幅值与零序电压的幅值之差的绝 对值最小对应的点距输电线路保护安装处的距离为故障距离。本发明 方法物理模型采用分布参数模型，具有天然的抗分布电容电流影响的 能力，适用于超高压、特高压输电线路。本发明方法利用输电线路沿 线零序电压分布特性实现输电线路单相接地故障的单端测距，原理上 消除了过渡电阻、故障位置和负荷电流对测距精度的影响，具有很高 的测距精度。本发明方法是一种搜索式的测距方法，不存在解方程法 的伪根问题和迭代法的不收敛问题，测距原理简单，实用性强。

以上所述仅为本发明的较佳具体实施例，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内 ，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。