高压架空线路故障测距

高压架空线路故障测距

摘要:本文比较全面的介绍了国内外在故障测距方面的发展历程和研究现状.根据各测距算法采用的原理不同,将现有的各种测距算法分为行波测距,单端测距,双端测距以及其他方法,然后逐类对各种算法的理论基础进行了分析,对比和讨论.同时本文提出了一种新的双端数据非同步算法,该方法不要求双端数据同步,能消除过渡电阻的影响.EMTP和MATLAB 6.1的仿真结果表明:文中所提及的理论和方法对于高压架空线路的故障测距是真确有效的.

关键词:高压输电线路故障测距双端数据量不同步EMTPMATLAB

选定测距方法

①测距方程的原理

取输电线路两端的电压电流做为输入信息，根据不对称故障的边界条件，对单相接地及相间短路故障，可以精确求出不同步角δ，进而精确的求出故障位置x；对两相接地故障，由边界条件可以近似求出不同步角δ，进而近似求出故障位置x

图5序网结构图

图5为双端系统发生故障事故序结构图（i=0，1，2分别表示零序、正序和负序分量）。线路模型为分布参数。故障点F距m端距离为x，线路总长为l。两端不同步采样误差相角为δ。假设线路均匀换位，对于对称三相电路有（特征阻抗），线路单位长度的阻抗为，导纳为。（传播常数）

由图5可得如下方程

(16)

将式（16）化简得

(17)

其中

(18)

为行文方便，暂时假设已知不同步角δ，则由式（18）可求出x。

令：

,

,

,则

;(19)

大量计算表明。若测量数据（电压、电流）是准确的，则x1=x2=x；若测量数据有误差，则x1≠x2。由于αi比βi小得很多，因此x受测量误差的影响要比x大得多，所以一般可取x1=x2。

②关于不同步角δ的讨论

1．故障点的故障电流

由图5可得

(16)

同理(17)

2．单相接地故障

设故障相为A相，故障电流在A、B、C坐标系统中的边界条件是：，将上式中电流用对称分量表示，则在0、1、2坐标系统中的边界条件为：由式（16）及边界条件得

对正序和负序分量有Zc1=Zc2，γ1=γ2，因此

或（18）

3．相间短路故障

设故障相为B、C相，故障电流在A、B、C坐标系统中的边界条件是

，

在0、1、2系统中的边界条件可表示为

，

或（19）

4．两相短路接地故障

设故障相为B、C相，故障电流在A、B、C坐标系统中的边界条件为，在0、1、2坐标系统中的边界条件为

若近似的取则有

（20）

同理，若近似的取，则有

（21）

因的近似度优于，所以按式（20）计算δ精度高

至此，方案已确立，以下将就任务书中的原始资料建立仿真模型，以检验上述测距方案的可行性和正确性。

故障仿真及测距过程

原始接线图及主要参数见下

线路参数；，，

，，

系统等效阻抗：

线路两侧电源电势：

鉴于此课题的数据量大，运算复杂等特点，拟采用ATP-EMTP、MATLAB、Visual C++等软件借助于计算机完成其故障仿真，测距验证等问题。

MATLAB是集数值计算、符号运算及图形处理等强大功能于一体的科学计算语言。作为强大的科学计算平台，它几乎能满足所有的计算需求。在美国及其他发达国家的理工科院校里，MATLAB已经成为了一门必修的课程，在科研院所、大型公司或企业的工程计算部门，MATLAB也是最为普遍得计算工具之一。

ATP-EMTP程序的编写

故障点的采样数据由ATP-EMTP程序仿真得出。ATP是Alternative Transient Program的缩写词，是BPA EMTP程序的继续和发展，这两个程序的功能和输入卡片的填写大体相仿，主要用于模拟计算电力系统的电磁暂态过程，为电力系统的科研、设计和安全运行提供可靠的依据。

程序可以求解包括集中参数的线性和非线性电阻、电感电路、电容电路、多相π型电路、多相分布参数电路、各种类型的开关、电源以及控制系统等组成的大型电力系统的稳态和暂态过程

1．特殊要求卡片组

BEGIN NEW DATA CASE

.001.12 500.

1 1

提出对程序的各种特殊要求，第一张卡片为“BEGIN NEW DATA CASE”（1-19列）卡，表明了卡片编写由此开始，最后为混杂数据卡，本文先采用实型的混杂数据卡。其后将会表示有模拟计算的步长，模拟计算结束时间，电感元件的单位，电容元件的单位以及模拟计算的起始时间，但一般为零。之后采用整型的混杂数据卡，其后有控制打印频率的参数，控制作图文件的参数，控制打印网络连接图的参数，控制稳态计算结果输出的参数，控制输出变量中最大绝对值及其模拟时间的打印，控制模拟结束时状态的参数。

2．支路输入卡片组。

（1）写集中参数R、L、C无耦合支路卡片。

网络的节点是用六个字符的字母数字串来表示，六个空格表示大地。在相应的列中填以六个字符的符号数字名，规定的支路两端的节点名。每个支路中R、L 、C的值至少有一个不为零。如例：

Ema Vma 1.051543.176

Emb Vmb 1.051543.176

Emc Vmc 1.051543.176

如果要填的支路参数与以前的支路相同，则只需将前面参考支路的节点名填在相应的列中，R、L 、C参数就不用填了。如例：

1 No1aNo2aVma No1a

2 No1bNo2bVmb No1b

3 No1cNo2cVmc No1c

（2）π型等值电路卡片

π型等值电路图

图2-1

[Uk]-[Um]=L*d(ikm)/dt+R*ikm

ik=0.5C*d(vk)/dt+ikm

im=0.5C*d(vk)/dt-ikm

ITYPE（1-2列）—相数，1、2、3；BUS1，BUS2（3~14列）—给出各相的节点。BUS3，BUS4（15~26列）—参考支路节点名；其后为R、L、C为矩阵，只输入下三角矩阵，其中各元素的单位与R、L、C无耦合支路规定的相同。如例：