本發(fā)明涉及電力故障測(cè)距領(lǐng)域，具體涉及一種電力系統(tǒng)接地故障線路測(cè)距方法。

背景技術(shù)：

1、目前不同電壓等級(jí)的輸電線路輸送距離長，受外部沿途環(huán)境復(fù)雜，且線路結(jié)構(gòu)差異大的影響，容易出現(xiàn)各種類型的接地或短路故障，這大大加重了巡線人員的工作量，導(dǎo)致無法及時(shí)排除故障。

2、我國電力系統(tǒng)運(yùn)行的有關(guān)規(guī)程規(guī)定，對(duì)高壓輸電網(wǎng)，由于其中性點(diǎn)接地，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)需要快速定位故障并切除。對(duì)中壓配電網(wǎng)，雖然可繼續(xù)運(yùn)行兩小時(shí)，但是故障后電壓升高，也可能導(dǎo)致絕緣問題增加故障擴(kuò)大的風(fēng)險(xiǎn)，因此當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，需要對(duì)故障點(diǎn)快速準(zhǔn)確定位，及時(shí)排除故障。若能有精確的故障定位手段，不僅可以及時(shí)修復(fù)線路、保障可靠供電，而且可大大縮短故障線路修復(fù)時(shí)間，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有十分重要的作用。

3、現(xiàn)有技術(shù)的故障測(cè)距算法存在如下不足：

4、首先，在現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)距算法中，通常使用某一單一模型對(duì)線路建模，如單獨(dú)使用集中模型或分布模型，較少考慮線路長度與模型之間的關(guān)系，以及理論建模與實(shí)際線路的差異，導(dǎo)致建模誤差增大；

5、其次，實(shí)際線路多種多樣，電容補(bǔ)償、并聯(lián)電抗器補(bǔ)償、過渡電阻等存在與否根據(jù)電力系統(tǒng)情況具體而定，現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)距方法大都對(duì)這些部分內(nèi)容細(xì)化不足；

6、第三，現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)距方法多以兩三種測(cè)距手段的結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)單比較而確定最終測(cè)距值，未對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行更多的校驗(yàn)或修正，尤其針對(duì)末端修正或區(qū)外故障校驗(yàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種電力系統(tǒng)接地故障線路測(cè)距方法，從而提高測(cè)距的準(zhǔn)確度。

2、本發(fā)明實(shí)施例中，提供了一種電力系統(tǒng)接地故障線路測(cè)距方法，其包括：

3、預(yù)測(cè)距步驟：根據(jù)錄波器已判斷故障類型和故障相電壓、相電流數(shù)據(jù)計(jì)算輸入電壓、電流和電流故障分量，并根據(jù)輸入電壓、電流和電流故障分量預(yù)測(cè)故障距離；

4、故障段分析步驟：根據(jù)預(yù)測(cè)距步驟的故障距離、線路段數(shù)、每段線路長度和線路總長度初步確定發(fā)生故障的線路段；

5、初始電壓電流優(yōu)化步驟：根據(jù)故障類型和線路的具體屬性對(duì)輸入電壓和電流進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化后的輸入電壓和電流；

6、分段線路建模步驟：根據(jù)不同線路長度分別選擇不同的線路模型進(jìn)行建模；

7、分段電流電壓計(jì)算步驟：以優(yōu)化后的輸入電壓和電流作為第一段線路始端的電壓和電流，根據(jù)每一段線路的阻抗計(jì)算后續(xù)每一段線路始端的電壓和電流；

8、修正和校驗(yàn)步驟：根據(jù)已確定的故障段、故障距離及每段線路的初始電壓和電流重新計(jì)算零序補(bǔ)償系數(shù)，進(jìn)一步對(duì)故障距離進(jìn)行修正，并根據(jù)修正后的故障距離對(duì)故障是否為區(qū)外故障進(jìn)行校驗(yàn)。

9、本發(fā)明實(shí)施例中，所述預(yù)測(cè)距步驟之前，還包括：

10、參數(shù)預(yù)處理步驟，其包括：

11、根據(jù)已知每段線路單位參數(shù)正序電阻r1?i、零序電阻r0i、正序電抗x1?i、零序電抗x0i、正序電導(dǎo)g1?i、零序電導(dǎo)g0i以及正序和零序電納b1?i、bzi，計(jì)算每段線路正序阻抗z1i、零序阻抗z0i、正序?qū)Ъ{和零序?qū)Ъ{y1?i、y0i，其中i表示第i段線路；

12、計(jì)算每段線路零序補(bǔ)償系數(shù)k0i及所有段線路平均零序補(bǔ)償系數(shù)k0_mean：

13、

14、其中，n為線路段數(shù)。

15、本發(fā)明實(shí)施例中，所述預(yù)測(cè)距步驟中，根據(jù)錄波器已判斷故障類型和故障相電壓、相電流數(shù)據(jù)計(jì)算輸入電壓、電流和電流故障分量，包括：

16、當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，輸入故障相電壓為um＝fltuα，輸入故障相電流為im＝fltiα，計(jì)算阻抗為zm＝um/(im+flti0*k0_mean)，電流故障分量為extendi＝fltiα-nmliα，flti0為零序電流；

17、當(dāng)發(fā)生兩相接地故障或相間故障時(shí)，輸入故障電壓為um＝fltuα-fltuβ，輸入故障電流為im＝fltiα-fltiβ，計(jì)算阻抗為zm＝um/im，電流故障分量為extendi＝im-nmliα-nmliβ；

18、當(dāng)發(fā)生三相接地故障時(shí)，令a＝cos240°+jsin240°，輸入電壓為um＝fltuα+a*fltuβ+a2*fltuγ，輸入電流為im＝fltiα+a*fltiβ+a2*fltiγ，電流故障分量為extendi＝im-(nmliα+a*nmliβ+a2*nmliγ)，計(jì)算阻抗為zm＝um/im；

19、上式中，α、β、γ分別代表a、b、c三相中任意一相，nmliα、nmliβ、nmliγ分別表示沒有故障時(shí)的正常三相電流。

20、本發(fā)明實(shí)施例中，所述預(yù)測(cè)距步驟中，根據(jù)輸入電壓、電流和電流故障分量預(yù)測(cè)故障距離x的公式包括：

21、

22、其中，cm0為零序分布系數(shù),且令cm0＝complex(1,0)，complex(m,n)為復(fù)數(shù)轉(zhuǎn)換函數(shù)，且complex(m,n)＝m+n*j，imag()表示取虛部。

23、本發(fā)明實(shí)施例中，所述故障段分析步驟中，根據(jù)預(yù)測(cè)故障距離、線路段數(shù)、每段線路長度和線路總長度初步確定發(fā)生故障的線路段fault_i，包括：

24、當(dāng)線路段數(shù)只有一段時(shí)，故障段為第一段線路，fault_i＝1；

25、當(dāng)線路段數(shù)為n(n≥2)時(shí)，第一段線路的長度為l1,線路總長度為l,

26、若預(yù)測(cè)距結(jié)果x＜l1時(shí)，故障段為第一段線路，fault_＝1，；

27、若預(yù)測(cè)距結(jié)果x＞l時(shí)，故障段為最后一段線路，fault_i＝n；

28、若預(yù)測(cè)結(jié)果x大于前i-1段線路總長度，小于前i段線路總長度，則故障段為第i段線路，fault_i＝i。

29、本發(fā)明實(shí)施例中，所述初始電壓電流優(yōu)化步驟中，根據(jù)故障類型和線路的具體屬性對(duì)輸入電壓和電流進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化后的輸入電壓和電流，包括：

30、若發(fā)生單相接地故障時(shí)，優(yōu)化分為線路電容和并聯(lián)電抗器同時(shí)存在、僅存在線路電容以及兩者都不存在三種情況：

31、當(dāng)線路電容和并聯(lián)電抗器同時(shí)存在，計(jì)算電容電流ic和并聯(lián)電抗器電流ip，使得優(yōu)化后的輸入電流imm＝im–ic–ip，優(yōu)化后的輸入電壓為umm＝um-zm*(ic+ip)；在此基礎(chǔ)上，通過比較zm相位角φm與線路正序阻抗z1相位角φz1的大小確認(rèn)是否存在末端過渡電阻接地情況，若φm>0.9*φz1，則末端無過渡電阻接地，輸入電壓電流不變；若φm≤0.9*φz1，則末端通過過渡電阻接地，則進(jìn)一步優(yōu)化umm＝umm-umm*flti0/imm，其中，

32、ic＝um*(j2πω*bz_mean*l)，

33、

34、其中，bz_mean表示線路平均零序電容，px為并聯(lián)電抗器正序電抗，px0表示并聯(lián)電抗器中性點(diǎn)小電抗；

35、當(dāng)線路上無并聯(lián)電抗器連接，僅存在線路電容時(shí)，優(yōu)化后的輸入電壓和輸入電流分別為umm＝um-zm*ic和imm＝im–ic；

36、當(dāng)線路電容和并聯(lián)電抗器都不存在時(shí)，優(yōu)化后的輸入電壓和輸入電流分別為umm＝um，imm＝im；

37、若發(fā)生多相故障，輸入電壓與輸入電流不發(fā)生變化，

38、即umm＝um，imm＝im。

39、本發(fā)明實(shí)施例中，所述分段線路建模步驟包括：

40、當(dāng)線路為長度li小于80km的短線路時(shí)，采用簡(jiǎn)化模型建模：

41、線路阻抗為z1i_new＝z1i；

42、線路導(dǎo)納為y1i_new＝y(tǒng)1i；

43、當(dāng)線路為長度li大于等于80km小于300km的中等長度線路時(shí)，采用集中參數(shù)建模的方式對(duì)線路進(jìn)行建模；

44、線路阻抗為z1i_new＝z1i+z1i*z1i*y1i/6；

45、線路導(dǎo)納為y1i_new＝y(tǒng)1i-y1i*z1i*y1i/12；

46、當(dāng)線路長度li大于等于300km時(shí)，采用長距離π形等值電路模型建模，并引入長線路的總阻抗、總電抗、總電納修正系數(shù)kr、kx、kb，

47、kr＝1-x1i*b1i*li*li/3；

48、kx＝1-(x1i*r1i-r1i*r1i*b1i/(x1i)*li*li/6；

49、kb＝1+x1i*b1i*li*li/12；

50、線路阻抗為z1i_new＝r1i*li*kr+jx1i*li*kr；

51、線路導(dǎo)納為y1i_new＝b1i*li*r1i*b1i*li*li/12+jb1i*li*kb。

52、本發(fā)明實(shí)施例中，所述分段電流電壓計(jì)算步驟具體包括：

53、以輸入電壓電流umm和imm作為第一段線路始端的電壓電流，即u1＝umm，i1＝imm。

54、當(dāng)線路段數(shù)n≥2時(shí)，根據(jù)第一段線路始端電壓電流u1、i1和分段線路建模步驟中計(jì)算所得線路阻抗，計(jì)算第二段及以上線路始端電壓電流，其中，計(jì)算兩段及以上每段線路始端電流電壓時(shí)根據(jù)線路長度，使用對(duì)應(yīng)的不同建模阻抗進(jìn)行計(jì)算，并引入線路阻抗調(diào)整系數(shù)z1i_k：

55、當(dāng)線路為長度li小于80km的短線路時(shí)，z1i_k＝1，

56、ui＝ui–ii*z1i-1_new

57、ii＝ii；

58、當(dāng)線路為長度li大于等于80km小于300km的中等長度線路時(shí)，

59、z1i-1_k＝(z1i-1*imm+z1i-1*f1ti0*k0_mean)/(imm*z1i-1/li-1)；

60、ui＝(1+z1i-1_new*y1i-1_new/2)*ui-ii*z1i-1_new*z1i-1_k

61、ii＝(1+z1i-1_new*y1i-1_new/2)*ii-(y1i-1_new+z1i-1_new*y1i-1_new*y1i-1_new/4)*ui；

62、當(dāng)線路為長度li大于等于300km的長距離線路時(shí)，

63、計(jì)算線路特性阻抗zci-1＝sqrt(z1i-1_new/y1i-1_new)；

64、電磁波傳播系數(shù)υi-1＝sqrt(z1i-1_new/y1i-1_new)；

65、ui＝ui*cosh(υi-1*li-1)-zci-1*ii*sinh(υi-1*li-1)/z1i-1_k

66、ii＝ii*cosh(υi-1*li-1)-ui*sinh(υi-1*li-1)/zci-1；

67、其中，sqrt()為求平方根函數(shù)，cosh()為雙曲余弦函數(shù)，sinh()為雙曲正弦函數(shù)。

68、本發(fā)明實(shí)施例中，所述修正和校驗(yàn)步驟中，對(duì)預(yù)測(cè)的故障距離進(jìn)行修正，具體包括：

69、根據(jù)故障段分析模塊中得到的故障段線路fault_i及對(duì)應(yīng)線路段始端電壓電流ufault_i和ifault_i預(yù)測(cè)故障距離，采用所述預(yù)測(cè)距步驟中的測(cè)距公式進(jìn)行測(cè)距，得到以故障線路段fault_i的起始點(diǎn)的預(yù)測(cè)故障距離xfault_i；

70、對(duì)故障距離xfault_i,進(jìn)行修正，當(dāng)xfault_i與fault_i前的線路長度之和∑<線路總長度l時(shí),計(jì)算修正后的零序電流分布系數(shù)cm0，

71、cm0＝(zn0+(l–σ)*z0fault_i)/zs0,

72、其中，zno，zs0分別代表n端無窮大零序阻抗及零序網(wǎng)中零序阻抗總和；

73、將修正后的零序電流分布系數(shù)cm0代入所述預(yù)測(cè)距步驟中的測(cè)距公式中計(jì)算修正后的故障距離x’，并計(jì)算故障距離xfault_i與修正后的故障距離x’的差距：

74、deltax＝abs(xfault_i-x’)，

75、循環(huán)計(jì)算至deltax小于設(shè)定的一極小值，此時(shí)，xfault_i＝x’即為本段線路校正后的故障距離。

76、本發(fā)明實(shí)施例中，所述修正和校驗(yàn)步驟中，根據(jù)修正后的故障距離對(duì)故障是否為區(qū)外故障進(jìn)行校驗(yàn)，具體包括：

77、當(dāng)xfault_i<lfault_i且fault_i<n時(shí)，最終測(cè)距結(jié)果為len＝l1+l2+……+lfault_i-1+xfault_i；

78、當(dāng)xfault_i>lfault_i且fault_i<n時(shí)，取fault_i后一段線路fault_ii及其始端電壓、電流再進(jìn)行測(cè)距，得到測(cè)距結(jié)果xfault_ii，判斷xfault_ii是否小于lfault_ii，

79、若小于，則測(cè)距結(jié)果為：len＝l1+l2+……+lfault_ii-1+xfault_ii；

80、否則,繼續(xù)循環(huán)至最后一段線路，或xfault_ii<0時(shí)停止；

81、若循環(huán)至最后一段線路n，且測(cè)距結(jié)果xn仍大于最后一段線路長度ln時(shí)，取fault_i前一段線路fault_i3及其始端電壓、電流再進(jìn)行測(cè)距，得到測(cè)距結(jié)果xfault_i3，判斷xfault_i3是否小于對(duì)應(yīng)線路長度lfault_i3，若小于，則測(cè)距結(jié)果為len＝l1+l2+……+lfault_i3-1+xfault_i3，否則繼續(xù)循環(huán)至第一段線路，或測(cè)距結(jié)果小于對(duì)應(yīng)段線路長度為止；

82、若上述中每段線路測(cè)距結(jié)果均大于本段線路長度，則判斷為區(qū)外故障。

83、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，采用本發(fā)明的電力系統(tǒng)接地故障線路測(cè)距方法，對(duì)于實(shí)際中復(fù)雜的線路情況，線路長度和參數(shù)不統(tǒng)一，使用多種模型建立的方式，根據(jù)線路長度自適應(yīng)選擇合適的線路模型進(jìn)行建模計(jì)算，并根據(jù)實(shí)際線路對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，提高接地故障時(shí)測(cè)距精度；據(jù)電力系統(tǒng)實(shí)際線路中并聯(lián)電抗器、電容補(bǔ)償、過渡電阻等存在的具體情況，細(xì)化針對(duì)不同元件的測(cè)距算法流程，使測(cè)距算法計(jì)算更完整、更嚴(yán)謹(jǐn)，滿足線路測(cè)距要求；在計(jì)算故障距離時(shí)，一方面，根據(jù)測(cè)距結(jié)果和電流分布系數(shù)循環(huán)迭代計(jì)算增大測(cè)距結(jié)果的穩(wěn)定性；另一方面，對(duì)于測(cè)出區(qū)外故障結(jié)果，使用其他分段測(cè)量逐段分析校驗(yàn)，并對(duì)于臨界點(diǎn)結(jié)果進(jìn)行修正再判斷，提高測(cè)距結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。