利用雙曲正切函數(shù)幅值特性實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路相間故障單端測(cè)距方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是設(shè)及一種利用雙曲正切函數(shù) 幅值特性實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路相間故障單端測(cè)距方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 從測(cè)距所用電氣量來(lái)劃分，故障測(cè)距的方法可分為兩大類(lèi)；雙端測(cè)距和單端測(cè)距。 雙端故障測(cè)距法是利用輸電線(xiàn)路兩端電氣量確定輸電線(xiàn)路故障位置的方法，它需要通過(guò)通 道獲取對(duì)端電氣量，因此對(duì)通道的依賴(lài)性強(qiáng)，實(shí)際使用中還易受雙端采樣值同步性的影響。 單端測(cè)距法是僅利用輸電線(xiàn)路一端的電壓電流數(shù)據(jù)確定輸電線(xiàn)路故障位置的一種方法，由 于它僅需要一端數(shù)據(jù)，無(wú)須通訊和數(shù)據(jù)同步設(shè)備，運(yùn)行費(fèi)用低且算法穩(wěn)定，因此在中低壓線(xiàn) 路中獲得了廣泛地應(yīng)用。目前，單端測(cè)距方法主要分為兩類(lèi)，一類(lèi)為行波法，另一類(lèi)為阻抗 法。行波法利用故障暫態(tài)行波的傳送性質(zhì)進(jìn)行測(cè)距，精度高，不受運(yùn)行方式、過(guò)度電阻等影 響，但對(duì)采樣率要求很高，需要專(zhuān)口的錄波裝置，目前未獲得實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用。阻抗法利用故 障后的電壓、電流量計(jì)算故障回路的阻抗，根據(jù)線(xiàn)路長(zhǎng)度與阻抗成正比的特性進(jìn)行故障測(cè) 距，簡(jiǎn)單可靠，但受到故障的過(guò)渡電阻、線(xiàn)路不完全對(duì)稱(chēng)等因素的影響。由于高壓輸電線(xiàn)路 沿線(xiàn)存在較大的分布電容電流，當(dāng)高壓輸電線(xiàn)路發(fā)生中高阻短路故障時(shí)，單端阻抗法測(cè)距 結(jié)果會(huì)嚴(yán)重偏離真實(shí)故障距離，不能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用要求。因此，采用集中參數(shù)建模的單端 阻抗法不能直接應(yīng)用于高壓輸電線(xiàn)路的故障測(cè)距。
[0003] 采用分布參數(shù)模型研究高壓輸電線(xiàn)路單端故障測(cè)距逐漸引起了廣大學(xué)者的關(guān)注。 哈恒旭、張保會(huì)、呂志來(lái)等人發(fā)表的《高壓輸電線(xiàn)路單端測(cè)距新原理探討》采用分布參數(shù)建 模，利用單端電壓電流計(jì)算沿線(xiàn)電壓對(duì)距離導(dǎo)數(shù)的范數(shù)在線(xiàn)路上的分布進(jìn)行故障點(diǎn)的定 位。該方法設(shè)及了大量的求導(dǎo)運(yùn)算和積分運(yùn)算，所需運(yùn)算量大，算法復(fù)雜不易實(shí)現(xiàn)。林湘寧、 黃小波等人發(fā)表的《基于分布參數(shù)模型的比相式單相故障單端測(cè)距算法》采用分布參數(shù)建 模，根據(jù)故障點(diǎn)處的殘壓與故障電流同相位特征進(jìn)行故障定位。該方法改善了分布電容對(duì) 單端阻抗法故障測(cè)距的影響，但在高阻接地故障時(shí)測(cè)距誤差達(dá)到-2. 38%，誤差絕對(duì)值大于 1. 5%，不能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用要求。王賓、董新洲等人發(fā)表的《特高壓長(zhǎng)線(xiàn)路單端阻抗法單相 接地故障測(cè)距》采用分布參數(shù)建模，利用觀(guān)測(cè)點(diǎn)處負(fù)序電流的相角估算故障點(diǎn)電壓的相角， 然后在故障點(diǎn)電壓瞬時(shí)值過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻計(jì)算測(cè)量阻抗。該方法在中低阻短路故障時(shí)，由于沿 線(xiàn)電壓下降明顯，利用觀(guān)測(cè)點(diǎn)處負(fù)序電流相角估算故障點(diǎn)電壓相角存在的誤差對(duì)測(cè)距結(jié)果 影響不大；但在高阻短路故障時(shí)，由于線(xiàn)路沿線(xiàn)各點(diǎn)電壓相差很小，利用觀(guān)測(cè)點(diǎn)處負(fù)序電流 相角估算故障點(diǎn)電壓相角存在的誤差加上暫態(tài)過(guò)程的影響，該方法測(cè)距誤差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種測(cè)距精度不受過(guò)渡電阻、 分布電容電流和負(fù)荷電流影響，具有很高測(cè)距精度的利用雙曲正切函數(shù)幅值特性實(shí)現(xiàn)線(xiàn) 路相間故障單端測(cè)距方法。
[0005] 為完成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] 利用雙曲正切函數(shù)幅值特性實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路相間故障單端測(cè)距方法，其特征在于，包括 如下依序步驟：
[0007](1)保護(hù)裝置測(cè)量輸電線(xiàn)路保護(hù)安裝處的故障相間電壓、故障相間電流和 故障相間負(fù)序電流^#2;其中，4 4為故障相別，4 4 =AB、BC、CA相；
[0008] (2)保護(hù)裝置計(jì)算輸電線(xiàn)路相間短路故障點(diǎn)處的雙曲正切函數(shù)幅值|th(丫ilf)I;
[0009]
[0010] 其中，4 4 =AB、BC、CA相；Iwt為輸電線(xiàn)路保護(hù)整定范圍，取0.85倍輸電線(xiàn) 路長(zhǎng)度；丫 1為輸電線(xiàn)路正序傳播系數(shù)；Z為輸電線(xiàn)路正序波阻抗；
％
的 虛部；a=Arg仙（丫lU))袖（丫lU)為丫lU的雙曲正切函數(shù)；j為復(fù)數(shù)算子；If為相 間短路故障點(diǎn)距輸電線(xiàn)路保護(hù)安裝處的故障距離；ch(丫iLJ為丫ilwt的雙曲余弦函數(shù)； th(丫山）為丫山的雙曲正切函數(shù)；
[0011] (3)保護(hù)裝置選取故障距離初始值為Ix，W固定步長(zhǎng)A1遞增，依次計(jì)算輸電線(xiàn)路 上每一點(diǎn)的Nth(丫山）|_|th(丫山）II值，直至輸電線(xiàn)路全長(zhǎng)；其中，A1取0.0011,1為輸 電線(xiàn)路長(zhǎng)度；th(丫山）為丫山的雙曲正切函數(shù)；th(丫山）為丫山的雙曲正切函數(shù)。
[001引 （4)保護(hù)裝置選取輸電線(xiàn)路上Nth(丫山）|-|th(丫山川值達(dá)到最小的點(diǎn)距輸電 線(xiàn)路保護(hù)安裝處的距離為故障距離。
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有下列積極成果：
[0014] 本發(fā)明方法采用分布參數(shù)描述輸電線(xiàn)路電壓、電流傳輸?shù)奈锢硖匦?，具有天然?抗分布電容電流影響的能力，適用于高壓/超高壓/特高壓輸電線(xiàn)路相間短路故障單端測(cè) 距。本發(fā)明方法利用雙曲正切函數(shù)幅值特性實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路相間故障的單端測(cè)距，原理上克服了 過(guò)渡電阻對(duì)單端測(cè)距精度的影響，具有很高的測(cè)距精度。本發(fā)明方法在算法設(shè)計(jì)中考慮了 相間短路故障點(diǎn)電壓的影響，克服了負(fù)荷電流對(duì)單端測(cè)距精度的影響；本發(fā)明方法是一種 捜索式的方法，不存在解方程法的偽根問(wèn)題和迭代法的不收斂問(wèn)題，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為應(yīng)用本發(fā)明的線(xiàn)路輸電系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面根據(jù)說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)表述。
[0017] 圖1為應(yīng)用本發(fā)明的線(xiàn)路輸電系統(tǒng)示意圖。圖1中CVT為電壓互感器、CT為電流 互感器。保護(hù)裝置對(duì)輸電線(xiàn)路保護(hù)安裝處的電壓互感器CVT的電壓和電流互感器CT的電 流波形進(jìn)行采樣得到電壓、電流瞬時(shí)值。
[0018] 保護(hù)裝置對(duì)采樣得到的電壓、電流瞬時(shí)值利用傅里葉算法計(jì)算輸電線(xiàn)路保護(hù)安裝 處的故障相間電壓、故障相間電流和故障相間負(fù)序電流^#2 ;其中，4 4為故障相 另Ij，<1) <1) =AB、BC、CA相。
[0019] 保護(hù)裝置計(jì)算
[0020] 保護(hù)裝置計(jì)算(cosa+isin?)/^^ 的虛部Im((cosa+ysina)/^J。
[0021] 保護(hù)裝置計(jì)莫
[002引保護(hù)裝置計(jì)算輸電線(xiàn)路保護(hù)整定范圍處的雙曲正切函數(shù)th(丫lU)的相角a=Arg(th(丫山J);其中，th(丫山J為丫iLet的雙曲正切函數(shù)。
[0023] 保護(hù)裝置計(jì)算輸電線(xiàn)路相間短路故障點(diǎn)處的雙曲正切函數(shù)幅值|th(丫ilf)I;
[0024]
[002引其中，4 4 =AB、BC、CA相；U為輸電線(xiàn)路保護(hù)整定范圍，取0.85倍輸電線(xiàn)路 長(zhǎng)度；丫 1為輸電線(xiàn)路正序傳播系數(shù)；Z為輸電線(xiàn)路正序波阻抗；j為復(fù)數(shù)算子；1f為相間 短路故障點(diǎn)距輸電線(xiàn)路保護(hù)安裝處的故障距離；ch(丫山J為丫山。t的雙曲余弦函數(shù)； th(丫山）為丫山的雙曲正切函數(shù)。
[0026] 保護(hù)裝置選取故障距離初始值為ly，W固定步長(zhǎng)A1遞增，依次計(jì)算輸電線(xiàn)路上每 一點(diǎn)處的I|th(丫山）|_|th(丫山）II值，直至輸電線(xiàn)路全長(zhǎng)；其中，A1取0.0011，1為輸 電線(xiàn)路長(zhǎng)度；th(丫山）為丫山的雙曲正切函數(shù)；th(丫山）為丫山的雙曲正切函數(shù)。該過(guò) 程中，ly從0開(kāi)始，并W固定步長(zhǎng)A1遞增，直至輸電線(xiàn)路全長(zhǎng)結(jié)束完成輸電線(xiàn)路上每一點(diǎn) |th(丫山）|-|th(丫山）II值的計(jì)算。
[0027] 保護(hù)裝置選取輸電線(xiàn)路上I|th(丫山）|-|th(丫山）II值達(dá)到最小的點(diǎn)距輸電線(xiàn) 路保護(hù)安裝處的距離為故障距離。
[0028] 本發(fā)明方法采用分布參數(shù)描述輸電線(xiàn)路電壓、電流傳輸?shù)奈锢硖匦裕哂刑烊坏?抗分布電容電流影響的能力，適用于高壓/超高壓/特高壓輸電線(xiàn)路相間短路故障單端測(cè) 距。本發(fā)明方法利用雙曲正切函數(shù)幅值特性實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路相間故障的單端測(cè)距，原理上克服了 過(guò)渡電阻對(duì)單端測(cè)距精度的影響，具有很高的測(cè)距精度。本發(fā)明方法在算法設(shè)計(jì)中考慮了 相間短路故障點(diǎn)電壓的影響，克服了負(fù)荷電流對(duì)單端測(cè)距精度的影響；本發(fā)明方法是一種 捜索式的方法，不存在解方程法的偽根問(wèn)題和迭代法的不收斂問(wèn)題，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
[0029] W上所述僅為本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都
【主權(quán)項(xiàng)】
1.利用雙曲正切函數(shù)幅值特性實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路相間故障單端測(cè)距方法，其特征在于，包括如 下依序步驟： (1) 保護(hù)裝置測(cè)量輸電線(xiàn)路保護(hù)安裝處的故障相間電壓&#、故障相間電流^和故障 相間負(fù)序電流其中，巾巾為故障相別，=AB、BC、CA相； (2) 保護(hù)裝置計(jì)算輸電線(xiàn)路相間短路故障點(diǎn)處的雙曲正切函數(shù)幅值|th(yilf)I:其中，巾(}) =AB、BC、CA相；lset為輸電線(xiàn)路保護(hù)整定范圍，取0.85倍輸電線(xiàn)路長(zhǎng)度；yi為輸電線(xiàn)路正序傳播系數(shù)；Zel為輸電線(xiàn)路正序波阻抗；的虛部-的虛部；a= ArgahhU)AhhU為yiU的雙曲正切函數(shù)U?為復(fù)數(shù)算子為相間短路故障 點(diǎn)距輸電線(xiàn)路保護(hù)安裝處的故障距離；ch(yilsrt)為hi#的雙曲余弦函數(shù)；th(Y山）為 丫山的雙曲正切函數(shù)； (3) 保護(hù)裝置選取故障距離初始值為lx，以固定步長(zhǎng)△ 1遞增，依次計(jì)算輸電線(xiàn)路上每 一點(diǎn)的I|th(丫山）|_|th(丫山）| |值，直至輸電線(xiàn)路全長(zhǎng)；其中，A1取0.0011，1為輸電 線(xiàn)路長(zhǎng)度；th(y山）為y山的雙曲正切函數(shù)；th(yD為y山的雙曲正切函數(shù)。 (4) 保護(hù)裝置保護(hù)裝置選取輸電線(xiàn)路上| |th(Yllf)l-lthhiU| |值達(dá)到最小的點(diǎn)距 輸電線(xiàn)路保護(hù)安裝處的距離為故障距離。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種利用雙曲正切函數(shù)幅值特性實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路相間故障單端測(cè)距方法。本發(fā)明方法采用分布參數(shù)建模，計(jì)算輸電線(xiàn)路相間短路故障點(diǎn)處的雙曲正切函數(shù)幅值|th(γ1lf)|，選取故障距離初始值為lx，以固定步長(zhǎng)Δl遞增依次計(jì)算輸電線(xiàn)路上每一點(diǎn)的||th(γ1lf)|-|th(γ1lx)||值，直至輸電線(xiàn)路全長(zhǎng)，選取輸電線(xiàn)路上||th(γ1lf)|-|th(γ1lx)||值達(dá)到最小的點(diǎn)距輸電線(xiàn)路保護(hù)安裝處的距離為故障距離。本發(fā)明方法采用分布參數(shù)描述輸電線(xiàn)路電壓、電流傳輸?shù)奈锢硖匦?，具有天然的抗分布電容電流影響的能力，適用于高壓/超高壓/特高壓輸電線(xiàn)路相間短路故障單端測(cè)距。本發(fā)明方法利用雙曲正切函數(shù)幅值特性實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路相間故障的單端測(cè)距，原理上克服了過(guò)渡電阻對(duì)單端測(cè)距精度的影響，具有很高的測(cè)距精度。
【IPC分類(lèi)】G01R31/08
【公開(kāi)號(hào)】CN104950221
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510336627
【發(fā)明人】曾惠敏
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司, 國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司檢修分公司
【公開(kāi)日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年6月17日