專利名稱：基于同步采樣裝置的輸電線路故障測距計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中的一種測距方法，特別是一種輸電線路故障點(diǎn)的測距方法。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)中輸變電設(shè)施故障中，輸電線路的故障占了絕大多數(shù)。輸電線路故障后，如何快速準(zhǔn)確地找到故障點(diǎn)并正確判斷出故障類型，是輸電線路專業(yè)人員最關(guān)心的問題。初步判斷故障點(diǎn)及故障類型，可以通過保護(hù)動(dòng)作情況、保護(hù)測距、故障錄波圖、氣象條件、運(yùn)行環(huán)境等進(jìn)行，準(zhǔn)確判斷則要在找到故障點(diǎn)后根據(jù)故障現(xiàn)象、故障點(diǎn)位置等進(jìn)行。高壓輸電線路發(fā)生故障后，在故障點(diǎn)將產(chǎn)生向兩端運(yùn)行的暫態(tài)行波，暫態(tài)行波在傳播過程匯總遇到不均勻介質(zhì)時(shí)，會發(fā)生折射和反射。因此人們便通過對暫態(tài)行波中所包含的故障信息進(jìn)行分析來實(shí)現(xiàn)對故障點(diǎn)的定位。在現(xiàn)有的行波測距方法中，波頭到達(dá)時(shí)刻和行波波速是影響測距精度的兩大主要因素，但是現(xiàn)有的行波測距方法中需要借助互感器輔助測量進(jìn)行計(jì)算，而傳統(tǒng)的互感器由于受頻帶的限制，使行波波頭的測量存在較大誤差，影響故障測距的精度，降低定位的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種輸電線路故障測距方法，能夠準(zhǔn)確計(jì)算故障點(diǎn)的位置，對故障點(diǎn)進(jìn)行精確定位，以便于縮短故障排除周期。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下?；谕讲蓸友b置的輸電線路故障測距計(jì)算方法，包括以下步驟:a.在變電站M安裝同步采樣裝置，用于實(shí)時(shí)采集相鄰變電站M和變電站N之間的輸電線路上的電流和電壓，并計(jì)算故障時(shí)輸電線路的A相故障電流分量Ima、B相故障電流分量Imb和C相故障電流分量Imc ；b.根據(jù)步驟a計(jì)算得出的各相故障電流分量以及輸電線路不同故障類型自身的特征計(jì)算輸電線路的故障電流正序分量Iml、故障電流負(fù)序分量Im2以及故障電流零序分量ImO，并輸電線路的故障電流正序分量Iml、故障電流負(fù)序分量Im2以及故障電流零序分量ImO判斷輸電線路發(fā)生的故障類型；c.根據(jù)步驟b計(jì)算得出的故障電流正序分量Iml和故障電流負(fù)序分量Im2計(jì)算故障電流正序分量與故障電流負(fù)序分量之間的夾角，并根據(jù)此夾角判斷輸電線路發(fā)生故障的相別；d.根據(jù)步驟b所得出的故障類型以及步驟c所得出的故障相別，判斷故障線路的故障方向；當(dāng)故障線路為反向故障時(shí)，不進(jìn)行測距；當(dāng)故障線路為正向故障時(shí)，進(jìn)行步驟e ;e.根據(jù)同步采樣裝置采集的電壓值和電流值計(jì)算故障點(diǎn)到同步采樣裝置的距離Lk0本發(fā)明步驟b所述的故障類型判斷方法如下:
bl.根據(jù)同步采樣裝置計(jì)算得出的各相故障電流分量的幅值判斷是否存在線路故障，當(dāng)|lma|、|lmb|、Ilmcl中至少一個(gè)值大于ε。時(shí)，說明線路上存在故障電流；其中:ε ^為故障電流門檻值，取0.Γ0.2倍額定電流值；b2.通過A相故障電流分量、B相故障電流分量和C相故障電流分量計(jì)算得出故障相測量電流Im，進(jìn)一步計(jì)算得出故障電流正序分量Iml、故障電流負(fù)序分量Im2、故障電流零序分量ImO ;判斷故障電流零序分量ImO的幅值，當(dāng)| ImO |彡S1時(shí),說明故障線路上有零序電流，則確定發(fā)生故障的類型為單相接地故障或兩相接地故障；當(dāng)IlmOl ( ^時(shí)，說明故障線路上無零序電流，則確定發(fā)生故障的類型為三相短路故障或兩相短路故障；其中:ε I為零序電流的門檻值，取0.1倍額定電流；b3.當(dāng)故障線路上有零序電流時(shí)，判斷故障電流正序分量Iml與故障電流負(fù)序分量Im2的幅值大?。划?dāng)I Iml I與I Im2 I之差小于ε ^,確定故障類型為單相接地故障；當(dāng)| Iml |與| Im2 |之差大于ε C1，確定故障類型兩相接地故障；b4.當(dāng)故障線路上無零序電流時(shí)，判斷故障電流正序分量Iml與故障電流負(fù)序分量Im2的幅值大小；當(dāng)Ilmll與|lm2|接近相等，確定故障類型為兩相相間短路故障；當(dāng)I Iml |與Im2 I相差較大，確定故障類型三相相間短路故障。本發(fā)明步驟c所述的故障相別判斷方法如下:根據(jù)同步采樣裝置計(jì)算得出的數(shù)據(jù)以及故障電流正序分量Iml、故障電流負(fù)序分量Im2以及故障電流零序分量ImO與故障電流之間的關(guān)系，計(jì)算故障電流正序分量與故障電流負(fù)序分量之間的夾角Φ ;根據(jù)夾角值以及故障類型判斷故障相別；當(dāng)故障類型為單相接地故障時(shí)，夾角位于一60°彡Φ <60°，確定故障相別為A相接地；夾角位于60° ( Φ <180°，確定故障相別為B相接地；夾角位于180° ( Φ
<300。，確定故障相別為C相接地；當(dāng)故障類型為兩相接地故障時(shí)，夾角位于0°彡Φ < 120°，確定故障相別為AB相接地；夾角位于120° ( Φ < 240°，確定故障相別為BC相接地；夾角位于240° ( Φ
<360。，確定故障相別為CA相接地；當(dāng)故障類型為兩相相間短路故障時(shí)，夾角位于0° ^ Φ <120°，確定故障相別為AB相相間短路；夾角位于120° ( Φ < 240°，確定故障相別為BC相相間短路；夾角位于240。( Φ < 360。，確定故障相別為AC相相間短路；當(dāng)故障類型為三相相間短路時(shí)，無需判斷夾角。本發(fā)明步驟d所述的故障方向判斷根據(jù)故障類型確定，故障方向以母線為基準(zhǔn)定義，母線出口以外的線路即送電方向?yàn)檎蚬收?，母線出口以內(nèi)的線路為反向故障；當(dāng)故障線路為故障為反向故障時(shí)，不進(jìn)行測距；當(dāng)故障線路為正向故障時(shí)，進(jìn)行測距；具體判斷方法為:當(dāng)故障類型為單相接地故障時(shí)，以故障相為基準(zhǔn)，計(jì)算故障相的負(fù)序電壓Um2與負(fù)序電流Im2的相位夾角，當(dāng)80° ^arct g(Im2/Um2) ^ 130°，則確定故障為正向故障；否則為反向故障；當(dāng)故障類型為兩相接地故障或兩相短路故障時(shí)，以非故障相為基準(zhǔn)，計(jì)算非故障相的負(fù)序電壓Um2與負(fù)序電流Im2的相位夾角，當(dāng)O。彡arctg(Im2/Um2)彡90° ,則確定故障為正向故障；否則為反向故障；當(dāng)故障類型為三相故障時(shí)，計(jì)算線路的正序電壓Uml和正序電流Iml的相位夾角，當(dāng)0°彡arctg (Iml/Uml) ( 90。,則確定故障為正向故障；否則為反向故障。本發(fā)明步驟e中所述故障點(diǎn)距離同步采樣裝置之間的距離Lk的計(jì)算方法如下:I)當(dāng)故障類型為單相接地故障、故障為正向故障時(shí)，正序阻抗與負(fù)序阻抗相等，根據(jù)下式計(jì)算M側(cè)故障相電壓，Um=Uk+If*Zl*Lk+Iml*Zl*Lk+Im2*Z2*Lk+Im0*Z0*Lk=Uk+If*Zl*Lk+Iml*Zl*Lk+Im2*Zl*Lk+Im0*Z0*Lk+Im0*Zl*Lk-1m0*Zl*Lk=Uk+(If*+Iml+Im2+Im0)Zl*Lk+ImO*Lk(ZO-Zl)=Uk+Im*Zl*Lk+ImO*Lk(ZO-Zl)=Uk+Im*Zl*Lk+ImO*Lk*K*Zl=Uk+ (Im+K*ImO) Zl*Lk 式一式中:Um------故障相測量電壓，Im-------故障相測量電流，Lk-------故障距離，If--------故 障相負(fù)荷電流，Z1、Z2、Z0-------單位正序、負(fù)序、零序阻抗，Uk-------故障點(diǎn)電壓，Ik-------故障點(diǎn)電流，Ikl:故障電流正序分量，Ik2:故障電流負(fù)序分量，Ik3:故
障電流零序分量，R--------過度電阻，K= (ZO-Zl)/Zl根據(jù)式一求出Lk的近似值，然后采用迭代法求出Lk ；2)當(dāng)故障類型為兩項(xiàng)相間短路故障、故障為正向故障時(shí)，根據(jù)下式計(jì)算M側(cè)故障相電壓，Umx=Ukx+IfX*ZI*Lk+ImxI*ZI*Lk+Imx2*Z2*Lk=Ukx+Imx*Zl*Lk同樣得Umy=Uky+Imy*Zl*LkUmx-Umy=Ukx+Imx*Zl*Lk-Uky-1my*Zl*Lk= (Ukx-Uky) + (Imx-1my) *Zl*Lk 式二式中:Umx、Umy--------故障相測量電壓，I mx、Imy--------故障相測量電流，根據(jù)式二求出Lk的近似值，然后采用迭代法求出Lk ；3)當(dāng)故障類型為兩相接地短路故障、故障為正向故障時(shí)，根據(jù)下式計(jì)算M側(cè)故障相電壓，Umx=Ukx+IfX*Zl*Lk+Imxl*Zl*Lk+Imx2*Z2*Lk+Imx0*Z0*Lk=Ukx+Ikx*Rz+(Imx+k*ImxO)Zl*Lk同樣可得
Umy=Uky+Iky*Rz+(Imy+k*ImyO)Zl*LkUmx-Umy=Ukx-Uky+ (Imx+k*ImxO) Zl*Lk_ (Imy+k*ImyO) Zl*Lk 式三根據(jù)式三求出Lk的近似值，然后采用迭代法求出Lk ；4)當(dāng)故障類型為三相短路故障、故障為正向故障時(shí)，根據(jù)下式計(jì)算M側(cè)故障相電壓，Umx=Ukx+IfX*Zl*Lk+Imxl*Zl*Lk+Imx2*Z2*Lk+Imx0*Z0*Lk=Ukx+IfX*Zl*Lk+Imxl*Zl*Lk=Ikx*R+Imx*Zl*Lk=R*Imxl/Clm+Imx*Zl*Lk 式四根據(jù)式四求出Lk的近似值，然后采用迭代法求出Lk。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明取得的技術(shù)進(jìn)步如下。本發(fā)明通過在高壓輸電線路的一端安裝同步采樣裝置，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)各個(gè)參數(shù)的同步采集，并通過線路故障類型判斷、故 障相別判斷、故障方向以及故障測距四個(gè)步驟準(zhǔn)確計(jì)算故障點(diǎn)的位置，對故障點(diǎn)進(jìn)行更加精確地定位，在保證故障測距可靠性精確性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步縮短故障的排除周期。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明?；谕讲蓸友b置的輸電線路故障測距計(jì)算方法，當(dāng)變電站M至變電站N之間的線路上發(fā)生線路故障時(shí)，線路故障的測距計(jì)算方法具體如下:a.在變電站M安裝同步采樣裝置，用于實(shí)時(shí)采集相鄰變電站M和變電站N之間的輸電線路上的電流和電壓，并計(jì)算故障時(shí)輸電線路的A相故障電流分量Ima、B相故障電流分量Imb和C相故障電流分量Imc。b.根據(jù)步驟a計(jì)算得出的各相故障電流分量以及輸電線路不同故障類型自身的特征，判斷輸電線路發(fā)生的故障類型；具體判斷方法如下:bl.根據(jù)同步采樣裝置計(jì)算得出的各相故障電流分量的幅值判斷是否存在線路故障，當(dāng)|lma|、ImbU Imc中至少一個(gè)值大于ε C1時(shí)，說明線路上存在故障電流；其中:ε C1為故障電流門檻值，取0.Γ0.2倍額定電流值。b2.通過A相故障電流分量、B相故障電流分量和C相故障電流分量計(jì)算得出故障相測量電流Im，進(jìn)一步計(jì)算得出故障電流正序分量Iml、故障電流負(fù)序分量Im2、故障電流零序分量ImO ;判斷故障電流零序分量ImO的幅值，當(dāng)| ImO |彡￡1時(shí)，說明故障線路上有零序電流，則確定發(fā)生故障的類型為單相接地故障或兩相接地故障；當(dāng)IlmOl ( ^時(shí)，說明故障線路上無零序電流，則確定發(fā)生故障的類型為三相短路故障或兩相短路故障；其中:ε !為零序電流的門檻值，取0.1倍額定電流。b3.當(dāng)故障線路上有零序電流時(shí)，判斷故障電流正序分量Iml與故障電流負(fù)序分量Im2的幅值大??；當(dāng)Ilmll與| Im2 |之差小于ε C1，確定故障類型為單相接地故障；當(dāng)
Iml與|lm2|之差大于ε。，確定故障類型兩相接地故障。b4.當(dāng)故障線路上無零序電流時(shí)，判斷故障電流正序分量Iml與故障電流負(fù)序分量Im2的幅值大??；當(dāng)Ilmll與| Im2 |接近相等，確定故障類型為兩相相間短路故障；當(dāng)Iml I與I Im2 |相差較大，確定故障類型三相相間短路故障。c.根據(jù)步驟b計(jì)算得出的故障電流正序分量Iml和故障電流負(fù)序分量Im2計(jì)算故障電流正序分量與故障電流負(fù)序分量之間的夾角，并根據(jù)此夾角判斷輸電線路發(fā)生故障的相別；具體判斷方法如下:根據(jù)同步采樣裝置計(jì)算得出的數(shù)據(jù)以及故障電流正序分量Iml、故障電流負(fù)序分量Im2以及故障電流零序分量ImO與故障電流之間的關(guān)系，計(jì)算故障電流正序分量與故障電流負(fù)序分量之間的夾角Φ ;根據(jù)夾角值以及故障類型判斷故障相別；當(dāng)故障類型為單相接地故障時(shí)，夾角位于一60°≤Φ <60°，確定故障相別為A相接地；夾角位于60° ≤ Φ <180°，確定故障相別為B相接地；夾角位于180° ≤Φ
<300。，確定故障相別為C相接地；

當(dāng)故障類型為兩相接地故障時(shí)，夾角位于0°≤Φ < 120°，確定故障相別為AB相接地；夾角位于120° ≤ Φ < 240°，確定故障相別為BC相接地；夾角位于240° ≤Φ
<360。，確定故障相別為CA相接地；當(dāng)故障類型為兩相相間短路故障時(shí)，夾角位于0° ≤ Φ <120°，確定故障相別為AB相相間短路；夾角位于120° ≤Φ < 240°，確定故障相別為BC相相間短路；夾角位于240?！?Φ < 360。，確定故障相別為AC相相間短路；當(dāng)故障類型為三相相間短路時(shí)，無需判斷夾角。d.根據(jù)步驟b所得出的故障類型以及步驟c所得出的故障相別，判斷故障方向；當(dāng)故障線路為反向故障時(shí)，不進(jìn)行測距，報(bào)告“區(qū)內(nèi)無故障”；當(dāng)故障線路為正向故障時(shí)，進(jìn)行步驟e。步驟d所述的故障方向判斷根據(jù)故障類型確定，故障方向以母線為基準(zhǔn)定義，母線出口以外的線路即送電方向，為正向故障，母線出口以內(nèi)的線路為反向故障；當(dāng)故障線路為故障為反向故障時(shí)，不進(jìn)行測距，報(bào)告“區(qū)內(nèi)無故障”；當(dāng)故障線路為正向故障時(shí)，進(jìn)行測距；具體判斷方法為:當(dāng)故障類型為單相接地故障時(shí)，以故障相為基準(zhǔn)，計(jì)算故障相的負(fù)序電壓Um2與負(fù)序電流Im2的相位夾角，當(dāng)80° ≤arctg(Im2/Um2) ≤130°，則確定故障為正向故障；否則為反向故障；當(dāng)故障類型為兩相接地故障或兩相短路故障時(shí)，以非故障相為基準(zhǔn)，計(jì)算非故障相的負(fù)序電壓Um2與負(fù)序電流Im2的相位夾角，當(dāng)0° ≤ arctg(Im2/Um2) ≤ 90° ,則確定故障為正向故障；否則為反向故障；當(dāng)故障類型為三相故障時(shí)，計(jì)算線路的正序電壓Uml和正序電流Iml的相位夾角，當(dāng)0°≤arctg (Iml/Uml) ≤ 90。,則確定故障為正向故障；否則為反向故障。e.根據(jù)同步采樣裝置采集的電壓值和電流值計(jì)算故障點(diǎn)到同步采樣裝置的距離Lk0I)當(dāng)故障類型為單相接地故障、故障為正向故障時(shí)，正序阻抗與負(fù)序阻抗相等，根據(jù)下式計(jì)算M側(cè)故障相電壓，Um=Uk+If*Zl*Lk+Iml*Zl*Lk+Im2*Z2*Lk+Im0*Z0*Lk=Uk+If*Zl*Lk+Iml*Zl*Lk+Im2*Zl*Lk+Im0*Z0*Lk+Im0*Zl*Lk-1m0*Zl*Lk=Uk+(If*+Iml+Im2+Im0)Zl*Lk+ImO*Lk(ZO-Zl)
=Uk+Im*Zl*Lk+ImO*Lk(ZO-Zl)=Uk+Im*Zl*Lk+ImO*Lk*K*Zl=Uk+ (Im+K*ImO) Zl*Lk 式一式中:Um------故障相測量電壓，Im-------故障相測量電流，Lk-------故障距離，If--------故障相負(fù)荷電流，Z1、Z2、Z0-------單位正序、負(fù)序、零序阻抗，Uk-------故障點(diǎn)電壓，Im-------故障點(diǎn)電流，Iml:故障電流正序分量，Im2:故障電流負(fù)序分量，Im3:故
障電流零序分量，R--------過度電阻，K= (ZO-Zl)/Zl因?yàn)閁k=Im*R,所以，式一為Um=3*R*Iml/Clm+(Im+K*ImO)Zl*Lk上式兩邊乘以Clm，再乘以Iml的共扼復(fù)數(shù)以Im$表示,得到Clm*Im$*Um=Im$*3*R*Iml+(Im+3*K*ImO)Zl*Lk*Im$上式兩邊取虛部得Im(Clm*Im$*Um) =Im[ (Im+K*ImO) Zl*Lk*Im$*Clm]上式中Um、Im、ImO、Im$通過同步采樣裝置測出或求出，Clm為正序電流分布系數(shù)，Clm= (Zl*L-Zl*Lk+Znl)/(Zml+Z1*L+Znl)上式中L為變電站M和變電站N之間的線路長度，求出Lk的近似值，然后采用迭代法求出Lk ；2)當(dāng)故障類型為兩項(xiàng)相間短路故障、故障為正向故障時(shí)，根據(jù)下式計(jì)算M側(cè)故障相電壓，Umx=Ukx+IfX*Zl*Lk+Imxl*Zl*Lk+Imx2*Z2*Lk=Ukx+Imx*Zl*Lk同樣得Umy=Uky+Imy*Zl*LkUmx-Umy=Ukx+Imx*Zl*Lk-Uky-1my*Zl*Lk= (Ukx-Uky) + (Imx-1my) *Zl*Lk 式二式中:Umx、Umy--------故障相測量電壓，I mx、Imy--------故障相測量電流，因?yàn)閁kx_Uky=Ikx*RIkzl=-1kz2Ikx= a 2*Ikzl+a *Ikz2 = j*l.732*Ikz2Ikz2=Imz2/C2m所以，式二為Umx-Umy=j*1.732*R*Imz2/C2m+(Imx-1my)*Zl*Lk上式兩邊取虛部得:
Im[j*C2m*(Umx-Umy) *Imz$] = Im[j*C2m*Imz$*(Imx-1my)*Zl*Lk]C2m= (Z2*L_Z2*Lk+Zn2) / (Zm2+Z2*L+Zn2)求出Lk的近似值，然后采用迭代法求出Lk ;3)當(dāng)故障類型為兩相接地短路故障、故障為正向故障時(shí)，根據(jù)下式計(jì)算M側(cè)故障相電壓，Umx=Ukx+IfX*Zl*Lk+Imxl*Zl*Lk+Imx2*Z2*Lk+Imx0*Z0*Lk=Ukx+Ikx*Rz+(Imx+k*ImxO)Zl*Lk同樣可得Umy=Uky+Iky*Rz+(Imy+k*ImyO)ZI*LkUmx-Umy=Ukx-Uky+(Imx+k*ImxO) ZI*Lk_(Imy+k*ImyO) ZI*Lk 式三因?yàn)閁kx=Uky, ImxO=ImyO所以Umx-Umy= (Ikx-1ky) *Rz+(Imx-1my) Zl*Lk又因?yàn)镮kx= a 2*Ikzl+ a *Ikz2+IkzOIky= a *Ikzl+a 2*Ikz2+IkzOIkx_Iky=-j*l.732*(Ikzl_Ikz2)Ikz2=Imz2/ClmIkzl=Imzl/Clm所以Umx-Umy=-j*l.732* (Imzl_Imz2)/Clm*Rz+(Imx-1my) Zl*Lk兩邊取虛部得Im[(Umx-Umy) *j*Clm*(Imz1$-1mz2$)]=Im[j*Clm*(Imzl$_Imz2$)*(Imx-1my)Zl*Lk]求出Lk的近似值,然后采用迭代法求出Lk ;4)當(dāng)故障類型為三相短路故障、故障為正向故障時(shí)，根據(jù)下式計(jì)算M側(cè)故障相電壓，Umx=Ukx+Ifx*Zl*Lk+Imxl*Zl*Lk+Imx2*Z2*Lk+Imx0*Z0*Lk=Ukx+Ifx*Zl*Lk+Imxl*Zl*Lk=Ikx*R+Imx*Zl*Lk=R*Imxl/Clm+Imx*Zl*Lk 式四上式兩邊乘以Clm，再乘以Iml的共扼復(fù)數(shù)以Im$表示，然后去虛部得Im[Clm*Umx*Imx$]=Im[Clm*Imx$*Imx*Zl*Lk]求出Lk的近似值,然后采用迭代法求出Lk。具體實(shí)施例本實(shí)施例是一種基于同步采樣裝置的輸電線路故障測距計(jì)算方法，變電站M與變電站N之間的輸電線路長度為400km，輸電線路的額定電流為1A，CT變比2500。輸電線路的單位if序陽杭:0.0195+iQ.25:單位零序陽杭:0.1828+i0.86。a.將同步采樣裝置安裝在變電站M中，用于實(shí)時(shí)采集相鄰變電站M和變電站N之間的輸電線路上的電流和電壓。Stl為故障電流門檻值，本實(shí)施例中^取0.2倍額定電流值一次側(cè)額定電流值為: Ie=L 414*2500*1 = 3535A
故障電流門檻值ε Q=0.2*Ie=707Aε I為零序電流門檻值，取0.1倍額定電流零序電流門檻值ε 1=0.1*3535=353.5Α當(dāng)變電站M與變電站N之間的輸電線路上發(fā)生了線路故障，同步采樣裝置對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出故障線路中故障時(shí)刻前后的各相線路故障電流分量。輸電線路故障前后，同步采樣裝置采集各相線路的數(shù)據(jù)如下:故障前各相線路電流值(A):Ila=-685.6+J425.5 ；Ilb=706.8+j364.9 ；Ilc=_33.7_j801.3。故障后各相線路電流值㈧:I2a=1848.4-J7303.6 ；I2b=665.3+j312.6 ；I2c=_6.0_j820.9。根據(jù)故障電流分量為故障后電流值與故障前電流值的差值，可以求得A 相故障電流分量:Ima=I2a-1la=2534.0_j7729.11 Ima | =8133.9B 相故障電流分量:1mb=I2b-1lb=_41.5_j52.3 I Imb I =66.8C 相故障電流分量:Imc=I2c-1lc=27.7_jl9.6 | Imc | =34.0故障后各相線路的電壓值(kV):Ula=286.0-J86.3 ；Ulb=-236.7-j301.6 ；Ulc=_142.2+j355.4。bl.通過上述計(jì)算得知:A相故障電流分量I Ima|=8133.9,大于故障電流門濫值707A，說明線路存在故障。b2.通過A相故障電流分量、B相故障電流分量和C相故障電流分量計(jì)算得出故障相測量電流Im，進(jìn)一步根據(jù)故障電流正序分量Iml、故障電流負(fù)序分量Im2、故障電流零序分量ImO與故障電流之間的關(guān)系計(jì)算故障線路中的故障電流正序分量Iml、故障電流負(fù)序分量Im2以及故障電流零序分量ImO:故障電流正序分量:Iml=Clm*Im=856.4-j2584.4 Iml =2722.6故障電流負(fù)序分量:Im2=C2m*Im=837.5-j2544.4 | Im2 | =2678.7通過計(jì)算得出:故障前輸電線路的零序電流為I10=-42_j36故障后輸電線路的零序電流為120=836.0-J2604.0故障電流零序分量:Im0=I20-110=840.2-j2607.6 | ImO | =2733.3通過上述計(jì)算得知:故障電流零序分量I ImO I =2733.3,大于零序電流門濫值353.5A，說明故障線路上有零序電流.
b3.并且I |lml|-|lm2| I =43.9，小于故障電流門檻值707A，確定故障類型為單相接地故障。c.根據(jù)同步采樣裝置計(jì)算得出的數(shù)據(jù)以及故障電流正序分量Iml、故障電流負(fù)序分量Im2以及故障電流零序分量ImO與故障電流之間的關(guān)系，計(jì)算故障電流正序分量與故障電流負(fù)序分量之間的夾角Φ=_0.1°，位于一60°飛0°之間，確定故障線路為A相接地。d.以A相為基準(zhǔn)，計(jì)算A相的負(fù)序電壓Um2與負(fù)序電流Im2的相位夾角，arctg(Im2/Um2) =89.6° ,該相位夾角位于80° 130°之間，因此為正向故障。
e.綜上，可知變電站M與變電站N之間的輸電線路上A相線路發(fā)生了單相接地故障，此時(shí)正序阻抗與負(fù)序阻抗相等，根據(jù)下式計(jì)算M側(cè)故障相電壓:Um=Uk+If*Zl*Lk+Iml*Zl*Lk+Im2*Z2*Lk+Im0*Z0*Lk=Uk+If*Zl*Lk+Iml*Zl*Lk+Im2*Zl*Lk+Im0*Z0*Lk+Im0*Zl*Lk-1m0*Zl*Lk=Uk+(If*+Iml+Im2+Im0)Zl*Lk+ImO*Lk(ZO-Zl)=Uk+Im*Zl*Lk+ImO*Lk(ZO-Zl)=Uk+Im*Zl* Lk+ImO*Lk*K*Zl=Uk+ (Im+K*ImO) Zl*Lk 式一式中:Im-------故障相測量電流，Lk-------故障距離，If--------故障相負(fù)荷電流，Uk-------故障點(diǎn)電壓，R--------過度電阻，K= (ZO-Zl)/Zl因?yàn)閁k=Im*R,所以，式一為Um=3*R*Iml/Clm+(Im+K*ImO)Zl*Lk上式兩邊乘以Clm，再乘以Iml的共扼復(fù)數(shù)以Im$表示,得到Clm*Im$*Um=Im$*3*R*Iml+(Im+3*K*ImO)Zl*Lk*Im$上式兩邊取虛部得Im(Clm*Im$*Um) =Im[ (Iml+K*ImO) Zl*Lk*Im$*Clm]上式中Um、Im、ImO、Im$通過同步采樣裝置測出或求出，Clm為正序電流分布系數(shù)，Clm= (Zl*L-Zl*Lk+Znl)/(Zml+Z1*L+Znl)上式中L為變電站M和變電站N之間的線路長度，求出Lk的近似值，然后采用迭代法求出Lk ；根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果:Iml---是故障電流正序分量Iml=856.4-j2584.4ImO是故障電流零序分量 Im0=840.2-j2607.6Im$是故障電流正序分量Iml的共軛，值為856.4+J2584.4UmA 相故障電壓 Ula，值為 286.0_j86.3 ；K= (ZO-Zl)/Zl，其中ZO是零序阻抗，Zl是正序阻抗，計(jì)算得出K=2.48-j0.46Clm的幅角很小，近似實(shí)數(shù)。忽略Clm，計(jì)算Lk的近似值Im(Im$*Um) =Im[ (Iml+K*ImO) Zl*Lk*Im$]左邊=Im$*Um=46793800+j66536200右邊=(Iml+K*ImO)Zl*Im$=2026800+j9615990Lk=左式虛部/右式虛部=69.19km實(shí)際測量的故障點(diǎn)至變電站M的距離為70km。誤差率(69.19-70)/70=-1.2%滿足國標(biāo)中誤差絕對值小于5%的要求。
權(quán)利要求
1.基于同步采樣裝置的輸電線路故障測距計(jì)算方法，其特征在于包括以下步驟: a.在變電站M安裝同步采樣裝置，用于實(shí)時(shí)采集相鄰變電站M和變電站N之間的輸電線路上的電流和電壓，并計(jì)算故障時(shí)輸電線路的A相故障電流分量Ima、B相故障電流分量Imb和C相故障電流分量Imc ； b.根據(jù)步驟a計(jì)算得出的各相故障電流分量以及輸電線路不同故障類型自身的特征計(jì)算輸電線路的故障電流正序分量Iml、故障電流負(fù)序分量Im2以及故障電流零序分量ImO，并輸電線路的故障電流正序分量Iml、故障電流負(fù)序分量Im2以及故障電流零序分量ImO判斷輸電線路發(fā)生的故障類型； c.根據(jù)步驟b計(jì)算得出的故障電流正序分量Iml和故障電流負(fù)序分量Im2計(jì)算故障電流正序分量與故障電流負(fù)序分量之間的夾角，并根據(jù)此夾角判斷輸電線路發(fā)生故障的相別； d.根據(jù)步驟b所得出的故障類型以及步驟c所得出的故障相別，判斷故障線路的故障方向；當(dāng)故障線路為反向故障時(shí)，不進(jìn)行測距；當(dāng)故障線路為正向故障時(shí)，進(jìn)行步驟e ; e.根據(jù)同步采樣裝置采集的電壓值和電流值計(jì)算故障點(diǎn)到同步采樣裝置的距離Lk。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于同步采樣裝置的輸電線路故障測距計(jì)算方法，其特征在于步驟b所述的故障類型判斷方法如下: bl.根據(jù)同步采樣裝置計(jì)算得出的各相故障電流分量的幅值判斷是否存在線路故障，當(dāng)|lma|、|lmb|、Ilmcl中至少一個(gè)值大于ε。時(shí)，說明線路上存在故障電流； 其中:ε ^為故障電流門檻值，取0.Γ0.2倍額定電流值； b2.通過A相故障電流分量、B相故障電流分量和C相故障電流分量計(jì)算得出故障相測量電流Im,進(jìn)一步計(jì)算得出故 障電流正序分量Iml、故障電流負(fù)序分量Im2、故障電流零序分量ImO ;判斷故障電流零序分量ImO的幅值，當(dāng)| ImO |彡ε i時(shí)，說明故障線路上有零序電流，則確定發(fā)生故障的類型為單相接地故障或兩相接地故障；當(dāng)IlmOl ( ^時(shí)，說明故障線路上無零序電流，則確定發(fā)生故障的類型為三相短路故障或兩相短路故障； 其中:ε i為零序電流的門檻值，取0.1倍額定電流； b3.當(dāng)故障線路上有零序電流時(shí)，判斷故障電流正序分量Iml與故障電流負(fù)序分量Im2的幅值大小； 當(dāng)I Iml I與|lm2|之差小于ε。，確定故障類型為單相接地故障；當(dāng)| Iml |與| Im2 |之差大于ε C1，確定故障類型兩相接地故障； b4.當(dāng)故障線路上無零序電流時(shí),判斷故障電流正序分量Iml與故障電流負(fù)序分量Im2的幅值大小； 當(dāng)Iml與Im2接近相等，確定故障類型為兩相相間短路故障；當(dāng)Iml與Im2相差較大，確定故障類型三相相間短路故障。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于同步采樣裝置的輸電線路故障測距計(jì)算方法，其特征在于步驟c所述的故障相別判斷方法如下: 根據(jù)同步采樣裝置計(jì)算得出的數(shù)據(jù)以及故障電流正序分量Iml、故障電流負(fù)序分量Im2以及故障電流零序分量ImO與故障電流之間的關(guān)系，計(jì)算故障電流正序分量與故障電流負(fù)序分量之間的夾角Φ ;根據(jù)夾角值以及故障類型判斷故障相別； 當(dāng)故障類型為單相接地故障時(shí)，夾角位于一 60° <Φ<60°，確定故障相別為A相接地；夾角位于60°彡Φ<180°，確定故障相別為B相接地；夾角位于180° ^ Φ <300°，確定故障相別為C相接地； 當(dāng)故障類型為兩相接地故障時(shí)，夾角位于0° ( Φ <120°，確定故障相別為AB相接地；夾角位于120° ( Φ < 240°，確定故障相別為BC相接地；夾角位于240° ( Φ<360。，確定故障相別為CA相接地； 當(dāng)故障類型為兩相相間短路故障時(shí)，夾角位于0° ( Φ <120°，確定故障相別為AB相相間短路；夾角位于120° ( Φ < 240°，確定故障相別為BC相相間短路；夾角位于240。( Φ < 360。，確定故障相別為AC相相間短路； 當(dāng)故障類型為三相相間短路時(shí)，無需判斷夾角。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于同步采樣裝置的輸電線路故障測距計(jì)算方法，其特征在于:步驟d所述的故障方向判斷根據(jù)故障類型確定，故障方向以母線為基準(zhǔn)定義，母線出口以外的線路即送電方向?yàn)檎蚬收?，母線出口以內(nèi)的線路為反向故障；當(dāng)故障線路為故障為反向故障時(shí)，不進(jìn)行測距；當(dāng)故障線路為正向故障時(shí)，進(jìn)行測距；具體判斷方法為: 當(dāng)故障類型為單相接地故障時(shí)，以故障相為基準(zhǔn)，計(jì)算故障相的負(fù)序電壓Um2與負(fù)序電流Im2的相位夾角，當(dāng)80。( arctg(Im2/Um2) ( 130。，則確定故障為正向故障；否則為反向故障； 當(dāng)故障類型為兩相接地故障或兩相短路故障時(shí)，以非故障相為基準(zhǔn)，計(jì)算非故障相的負(fù)序電壓Um2與負(fù)序電流Im2的相位夾角，當(dāng)0°彡arctg(Im2/Um2) ( 90° ,則確定故障為正向故障；否則為反向故障； 當(dāng)故障類型為三相故障時(shí)，計(jì)算線路的正序電壓Uml和正序電流Iml的相位夾角，當(dāng)O。^ arctg(Iml/Uml) ^ 90° ,則確定故障為正向故障；否則為反向故障。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于同步采樣裝置的輸電線路故障測距計(jì)算方法，其特征在于步驟e中所述故障點(diǎn)距離同步采樣裝置之間的距離Lk的計(jì)算方法如下: I)當(dāng)故障類型為單相接地故障、故障為正向故障時(shí)，正序阻抗與負(fù)序阻抗相等，根據(jù)下式計(jì)算M側(cè)故障相電壓，Um=Uk+If*Zl*Lk+Iml*Zl*Lk+Im2*Z2*Lk+Im0*Z0*Lk=Uk+If*Zl*Lk+Iml*Zl*Lk+Im2*Zl*Lk+Im0*Z0*Lk+Im0*Zl*Lk-1m0*Zl*Lk=Uk+(If*+Iml+Im2+Im0)Zl*Lk+ImO*Lk(ZO-Zl)=Uk+Im*Zl*Lk+ImO*Lk(ZO-Zl)=U k+Im*Zl*Lk+ImO*Lk*K*Zl=Uk+ (Im+K*ImO) Zl*Lk 式一 式中:Um------故障相測量電壓， Im-------故障相測量電流， Lk-------故障距離， If--------故障相負(fù)荷電流， Zl、Z2、ZO-------單位正序、負(fù)序、零序阻抗， Uk-------故障點(diǎn)電壓， Ik-------故障點(diǎn)電流， Ikl:故障電流正序分量，Ik2:故障電流負(fù)序分量，Ik3:故障電流零序分量，R--------過度電阻，K= (ZO-Zl)/Zl 根據(jù)式一求出Lk的近似值，然后采用迭代法求出Lk ； 2)當(dāng)故障類型為兩項(xiàng)相間短路故障、故障為正向故障時(shí)，根據(jù)下式計(jì)算M側(cè)故障相電壓，Umx=Ukx+IfX*Zl*Lk+Imxl*Zl*Lk+Imx2*Z2*Lk=Ukx+Imx*Zl*Lk 同樣得 Umy=Uky+Imy*Zl*LkUmx-Umy=Ukx+Imx*Zl*Lk-Uky-1my*Zl*Lk=(Ukx-Uky) + (Imx-1my) *Zl*Lk 式二 式中:Umx、Umy--------故障相測量電壓， I mx、Imy--------故障相測量電流， 根據(jù)式二求出Lk的近似值，然后采用迭代法求出Lk ； 3)當(dāng)故障類型為兩相接地短路故障、故障為正向故障時(shí)，根據(jù)下式計(jì)算M側(cè)故障相電壓，Umx=Ukx+IfX*Zl*Lk+Imx1*Zl*Lk+Imx2*Z2*Lk+Imx0*Z0*Lk=Ukx+Ikx*Rz+(Imx+k*ImxO)Zl*Lk 同樣可得Umy=Uky+Iky*Rz+(Imy+k*ImyO)Zl*LkUmx-Umy=Ukx-Uky+ (Imx+k*ImxO) Zl*Lk_ (Imy+k*ImyO) Zl*Lk 式三根據(jù)式三求出Lk的近似值，然后采用迭代法求出Lk ； 4)當(dāng)故障類型為三相短路故障、故障為正向故障時(shí)，根據(jù)下式計(jì)算M側(cè)故障相電壓， Umx=Ukx+IfX*Zl*Lk+Imx1*Zl*Lk+Imx2*Z2*Lk+Imx0*Z0*Lk=Ukx+IfX*ZI*Lk+ImxI*ZI*Lk=Ikx*R+Imx*Zl*Lk =R*Imxl/Clm+Imx*Zl*Lk 式四 根據(jù)式四求出Lk的近似值，然后采用迭代法求出Lk。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于同步采樣裝置的輸電線路故障測距計(jì)算方法，包括以下步驟a.計(jì)算故障時(shí)輸電線路的故障電流分量；b.計(jì)算輸電線路的故障電流正序分量、故障電流負(fù)序分量以及故障電流零序分量，并判斷輸電線路發(fā)生的故障類型；c.計(jì)算故障電流正序分量與故障電流負(fù)序分量之間的夾角，并判斷輸電線路發(fā)生故障的相別；d.判斷故障線路的故障方向；e.根據(jù)同步采樣裝置采集的電壓值和電流值計(jì)算故障點(diǎn)到同步采樣裝置的距離Lk。本發(fā)明能夠準(zhǔn)確計(jì)算故障點(diǎn)的位置，對故障點(diǎn)進(jìn)行更加精確地定位，在保證故障測距可靠性精確性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步縮短故障的排除周期。
文檔編號G01R31/08GK103149502SQ201310053590
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月20日
發(fā)明者胡勇濤, 羅湘玲 申請人:保定浪拜迪電氣股份有限公司