本發(fā)明涉及輸電線路故障測(cè)距技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種特殊工況下基于三角形計(jì)算的高精度輸電線路單端測(cè)距方法。

背景技術(shù)：

輸電線路的故障測(cè)距是一個(gè)橫亙?cè)诶^電保護(hù)工程師面前的經(jīng)典問(wèn)題，精確的故障測(cè)距對(duì)于縮減巡線時(shí)間，快速恢復(fù)供電具有極其重要的意義。目前，國(guó)內(nèi)110kV及其以上的輸電線路多安裝有含距離保護(hù)功能的保護(hù)裝置，依托于距離保護(hù)阻抗計(jì)算功能的單端故障測(cè)距功能可以在保護(hù)動(dòng)作后迅速地給出測(cè)距結(jié)果，給現(xiàn)場(chǎng)工作人員以較直觀的故障位置提示，因此廣受現(xiàn)場(chǎng)的歡迎。但是，上述的基于單端阻抗計(jì)算的測(cè)距方法也具有較強(qiáng)的局限性，對(duì)于線路上發(fā)生的多相故障，因相間阻抗一般是弧光電阻，其值較小，一般來(lái)說(shuō)精度還算理想；但是對(duì)于線路上發(fā)生單相經(jīng)過(guò)渡電阻接地的故障，因過(guò)渡電阻阻值不確定，并且對(duì)于雙端供電線路，由于對(duì)側(cè)電源的助增作用，往往導(dǎo)致計(jì)算阻抗無(wú)法正確反映保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的線路阻抗值，從而無(wú)法給出有參考價(jià)值的測(cè)距結(jié)果，如何針對(duì)某些特殊的工況下，如線路上發(fā)生單相經(jīng)過(guò)渡電阻接地的故障，采用單端阻抗法得到精確的故障測(cè)距值，是當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題是目前輸電線路上發(fā)生單相經(jīng)過(guò)渡電阻接地的故障，采用單端阻抗法，無(wú)法給出有參考價(jià)值的測(cè)距結(jié)果的問(wèn)題。本發(fā)明的基于三角形計(jì)算的高精度輸電線路單端測(cè)距方法，當(dāng)特殊工況下，輸電線路上發(fā)生單相經(jīng)過(guò)渡電阻接地的故障時(shí)，能夠精確地給出測(cè)距值，可將此方法推廣至架空線、地纜混合參數(shù)的輸電線路或者T接線，具有良好的應(yīng)用前景。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種基于三角形計(jì)算的高精度輸電線路單端測(cè)距方法，其特征在于：包括以下步驟，

步驟(A)，當(dāng)輸電線路上發(fā)生經(jīng)過(guò)渡電阻單相接地短路故障時(shí)，由于過(guò)渡電阻的存在，計(jì)算阻抗其幅值、相角已知，為保護(hù)裝置安裝處的電壓、電流，為輸電線路MN的零序補(bǔ)償系數(shù)，為輸電線路MN線路全長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的正序阻抗，為輸電線路MN線路全長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的零序阻抗；計(jì)算阻抗不能正確反映保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的線路阻抗，通過(guò)對(duì)相地之間的過(guò)渡電阻分析可知，其產(chǎn)生的附加阻抗為相角已知、幅值未知的復(fù)數(shù)，保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的線路阻抗為相角已知、幅值未知的復(fù)數(shù)；

步驟(B)，在輸電線路上發(fā)生單相接地故障時(shí)，步驟(A)可知在一個(gè)由計(jì)算阻抗附加阻抗線路阻抗構(gòu)成的三角形中，三個(gè)內(nèi)角α1、α2、α3已知，一條邊為計(jì)算阻抗對(duì)應(yīng)的模值，需計(jì)算求取另外一條邊長(zhǎng)，即線路阻抗對(duì)應(yīng)的模值；

步驟(C)，根據(jù)公式(1)，計(jì)算得到故障距離百分比ρ，

其中，為保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)正序阻抗相量，為輸電線路MN線路全長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的正序阻抗相量；abs()為復(fù)數(shù)求模值的函數(shù)；

步驟(D)，根據(jù)故障距離百分比ρ，配合輸電線路的長(zhǎng)度LINE_LENGTH，得到故障點(diǎn)發(fā)生的位置FAULT_LOCATION。

前述的基于三角形計(jì)算的高精度輸電線路單端測(cè)距方法，其特征在于：所述阻抗不反映保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的線路阻抗，通過(guò)對(duì)相地之間的過(guò)渡電阻分析可知，在特殊工況下，其產(chǎn)生的附加阻抗為相角已知、幅值未知的復(fù)數(shù)，所述在特殊工況是指：(1)輸電線路一端送電，手動(dòng)合閘合發(fā)生于故障；(2)開(kāi)關(guān)三跳后，先發(fā)重合令一端重合于永久故障；(3)輸電線路一端開(kāi)關(guān)處于合位，另一端處于分位，故障發(fā)生。

前述的基于三角形計(jì)算的高精度輸電線路單端測(cè)距方法，其特征在于：步驟(A)，所述阻抗根據(jù)公式(2)得到，

其中，Rg是指單相接地短路時(shí)，相地之間的過(guò)渡電阻；是指保護(hù)安裝處感受到的零序故障電流；是指保護(hù)安裝處感受到的故障相電流；K是指輸電線路的零序補(bǔ)償系數(shù)。

前述的基于三角形計(jì)算的高精度輸電線路單端測(cè)距方法，其特征在于：若輸電線路為架空線路，故障前線路空載的電容電流可忽略不計(jì)，此時(shí)，簡(jiǎn)化公式(2)得到公式(3)，

若輸電線路為電纜線路，其的電容電流不可忽略，為取得高精度測(cè)距結(jié)果，通過(guò)公式(2)進(jìn)行阻抗的計(jì)算。

前述的基于三角形計(jì)算的高精度輸電線路單端測(cè)距方法，其特征在于：步驟(B)，三角形的三個(gè)內(nèi)角α1、α2、α3分別為

α3＝π-α1-α2，

arg()為復(fù)數(shù)求相角的函數(shù)。

前述的基于三角形計(jì)算的高精度輸電線路單端測(cè)距方法，其特征在于：步驟(D)得到故障點(diǎn)發(fā)生的位置FAULT_LOCATION，根據(jù)公式(4)得到，

FAULT_LOCATION＝ρ×LINE_LENGTH (4)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的基于三角形計(jì)算的高精度輸電線路單端測(cè)距方法，在特殊的工況下，尤其線路上發(fā)生單相經(jīng)過(guò)渡電阻接地的故障時(shí)，在單端阻抗法測(cè)距的原理基礎(chǔ)上，通過(guò)三角形計(jì)算，能夠精確地給出測(cè)距值，可將此方法推廣至架空線、地纜混合參數(shù)的輸電線路或者T接，且經(jīng)過(guò)仿真數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，該方法具有較高的精度，具有良好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的基于三角形計(jì)算的高精度輸電線路單端測(cè)距方法的流程圖。

圖2是本發(fā)明構(gòu)成的三角形的示意圖。

圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例的故障波形圖。

圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例的500kV電力系統(tǒng)模型。

圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例的故障波形圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

本發(fā)明的基于三角形計(jì)算的高精度輸電線路單端測(cè)距方法，在特殊的工況下，當(dāng)線路上發(fā)生單相經(jīng)過(guò)渡電阻接地的故障時(shí)，在單端阻抗法測(cè)距的原理基礎(chǔ)上，通過(guò)三角形計(jì)算，能夠精確地給出測(cè)距值，可將此方法推廣至架空線、地纜混合參數(shù)的輸電線路或者T接，且經(jīng)過(guò)仿真數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，該方法具有較高的精度，如圖1所示，具體包括以下步驟，

步驟(A)，當(dāng)輸電線路上發(fā)生經(jīng)過(guò)渡電阻單相接地短路故障時(shí)，由于過(guò)渡電阻的存在，計(jì)算阻抗因此，其幅值、相角已知，為保護(hù)裝置安裝處的電壓、電流，為輸電線路MN之間的零序補(bǔ)償系數(shù)，為輸電線路MN對(duì)應(yīng)的正序阻抗相量，為輸電線路MN線路對(duì)應(yīng)的零序阻抗相量；所述阻抗不反映保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的線路阻抗，通過(guò)對(duì)相地之間的過(guò)渡電阻分析可知，在特殊工況下，其產(chǎn)生的附加阻抗為相角已知、幅值未知的復(fù)數(shù)，保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的線路阻抗為相角已知、幅值未知的復(fù)數(shù)；

所述的特殊工況是指：(1)輸電線路一端送電，手動(dòng)合閘合發(fā)生于故障；(2)開(kāi)關(guān)三跳后，先發(fā)重合令一端重合于永久故障；(3)輸電線路一端開(kāi)關(guān)處于合位，另一端處于分位，故障發(fā)生；

所述阻抗根據(jù)公式(2)得到，

其中，Rg是指單相接地短路時(shí)，相地之間的過(guò)渡電阻；是指保護(hù)安裝處感受到的零序故障電流；是指保護(hù)安裝處感受到的故障相電流；K是指輸電線路的零序補(bǔ)償系數(shù)。

若輸電線路為架空線路，故障前線路空載的電容電流可忽略不計(jì)，此時(shí)，簡(jiǎn)化公式(2)得到公式(3)，

若輸電線路為電纜線路，其的電容電流不可忽略，為取得高精度測(cè)距結(jié)果，通過(guò)公式(2)進(jìn)行阻抗的計(jì)算；

步驟(B)，在輸電線路上發(fā)生單相接地故障時(shí)，步驟(A)可知一個(gè)由由計(jì)算阻抗附加阻抗線路阻抗構(gòu)成的三角形，三個(gè)內(nèi)角α1、α2、α3已知，分別為

α3＝π-α1-α2；

arg()為復(fù)數(shù)求相角的函數(shù)，一條邊為計(jì)算阻抗對(duì)應(yīng)的模值，其的長(zhǎng)度已知，需計(jì)算求取另外一條邊長(zhǎng)，即線路阻抗對(duì)應(yīng)的模值。如圖2所示，即對(duì)應(yīng)故障測(cè)距的結(jié)果；

步驟(C)，根據(jù)公式(1)，計(jì)算得到故障距離百分比ρ，

其中，為保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)正序阻抗相量，為輸電線路MN線路全長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的正序阻抗相量；其中abs()為復(fù)數(shù)求模值的函數(shù)，具體定義如下，

設(shè)則

其中，本發(fā)明的相量在數(shù)學(xué)上用復(fù)數(shù)來(lái)表示，一定語(yǔ)境下復(fù)數(shù)與電工里面的相量等義；復(fù)數(shù)可以在笛卡爾坐標(biāo)下可以用實(shí)部、虛部表示(a+jb)，亦可以用極坐標(biāo)來(lái)表示(polar∠angle)，此兩者是可以互相轉(zhuǎn)化的；

步驟(D)，根據(jù)故障距離百分比ρ，配合輸電線路的長(zhǎng)度LINE_LENGTH，得到故障點(diǎn)發(fā)生的位置FAULT_LOCATION，如公式(4)所示，

FAULT_LOCATION＝ρ×LINE_LENGTH (4)。

根據(jù)上述的基于三角形計(jì)算的高精度輸電線路單端測(cè)距方法，介紹兩個(gè)實(shí)施例，

第一實(shí)施例(單一類(lèi)型的輸電線路(電纜或架空))，

2015年3月4日14時(shí)10分，220kV甲乙線在甲站送電時(shí)發(fā)生B相接地短路故障，開(kāi)關(guān)三相跳開(kāi)后不重合，對(duì)側(cè)乙變斷路器在斷開(kāi)位置，故障波形如圖3所示，輸電線路的一次參數(shù)如下：R₁＝0.013Ω，X₁＝0.158Ω，R₀＝0.051Ω，X₀＝0.42Ω，輸電線路全長(zhǎng)L＝1.5kM，PT變比：220kV/100V，CT變比：2500A/5A，取故障后20ms至40ms的數(shù)據(jù)進(jìn)行全波傅里葉變換，獲取的相量數(shù)據(jù)為：經(jīng)計(jì)算得代入公式(1)計(jì)算得ρ＝0.592，折算至有名值為0.898kM，巡線得知實(shí)際故障點(diǎn)距離甲站0.85kM，由此可知，計(jì)算精確，

上例中R₁、X₁、R₀、X₀分別為輸電線路的正序電阻、正序電抗、零序電阻、零序電抗值；

分別為輸電線路保護(hù)安裝處感受到的ABC三相電流、電壓相量；

第二實(shí)施例(混合的輸電線路(電纜和架空))，

使用PSCAD軟件建立如圖4所示的500kV電力系統(tǒng)模型，其中MK為電纜線路，其一次參數(shù)如下：R₁＝0.45Ω，X₁＝5.969Ω，X_C1＝33500Ω，R₀＝3.9Ω，X₀＝18.35Ω，X_C0＝502500Ω，線路長(zhǎng)L＝50kM，KN為架空線路，其一次參數(shù)如下：R₁＝1.1705Ω，X₁＝13.345Ω，X_C1＝4025600Ω，R₀＝9.055Ω，X₀＝34.19Ω，X_C0＝7095600Ω，線路長(zhǎng)L＝50kM。KN線路上距K點(diǎn)25kM里處發(fā)生經(jīng)50Ω的AG短路，故障波形如圖5所示，取故障后20ms至40ms的數(shù)據(jù)進(jìn)行全波傅里葉變換，獲取的相量數(shù)據(jù)為：假設(shè)故障在MK段，計(jì)算得ρ＝2.02，假設(shè)故障在KN段，計(jì)算得ρ＝0.488，本例中各符號(hào)的含義同第一實(shí)施例。

本發(fā)明的基于三角形計(jì)算的高精度輸電線路單端測(cè)距方法，具有以下特點(diǎn)：(1)在特殊工況下適用，并且在本發(fā)明描述的特殊工況下，雙端測(cè)距失效；(2)本發(fā)明的正確運(yùn)用還依賴(lài)于正確的故障選相；(3)本發(fā)明的使用雖然依托于阻抗的計(jì)算，但并不要求距離保護(hù)動(dòng)作是其使用的前提條件；(4)在輸電線路光纖縱差保護(hù)被大規(guī)模使用的背景下，本發(fā)明所要求的數(shù)據(jù)條件不難具備，操作性強(qiáng)；(5)本發(fā)明可以推廣至架空線、電纜混合鋪設(shè)的線路；(6)本發(fā)明還可以推廣至T接線。

綜上所述，本發(fā)明的基于三角形計(jì)算的高精度輸電線路單端測(cè)距方法，在特殊的工況下，尤其線路上發(fā)生單相經(jīng)過(guò)渡電阻接地的故障時(shí)，通過(guò)三角形計(jì)算，能夠精確地給出測(cè)距值，可將此方法推廣至架空線、地纜混合參數(shù)的輸電線路或者T接線。且經(jīng)過(guò)仿真數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，該方法具有較高的精度，具有良好的應(yīng)用前景。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。