高压架空输电线路的故障测距方法
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(sigle-pha se earth ing)
设M 端为测距端, 已知量为M 端实测电压、电
第24卷 第4期
电 网 技 术
29
流及线路参数 Z l1、Z l0 (Z l1= Z l2) , x 为M 端至故障点 的未知距离。为书写方便用大写英文字母U、I 表示 电压、电流相量, 脚标的含义与多数参考文献一致。 对图2所示电路, 可列出电路方程
( l- x ) Z l0+ Z l0+ ZM 0+
ZN 0 ZN Η
,
DA1
Байду номын сангаас
=
(l- x Z l1+
)Z ZM
l1 + 1+
ZN 1 ZN 1
分 别 为 零 序 和 正 序 电 流 分 布 系 数,
该方法是根据单端 (本端) 测得的电压和电流及 必要的系统参数, 可计算出故障距离的测距算法。
高压架空线路的简单 (短路) 故障类型有10种。 为不失一般性, 本文以图1所示的双电源单相接地故 障为例介绍架空输电线路的故障测距算法。图2为图 1对应的集中参数等效电路。
图1 双电源单回线 (单相接地故障) F ig. 1 Sigle-c ircu it w ith two sources
关键词: 综述; 高压架空输电线; 故障测距方法
中图分类号: TM 930. 12 文献标识码: A
1 引言
随着电力系统规模的扩大, 高压远距离输电线
路日益增多。高压输电线路分布范围广, 穿越地区地 形复杂、气候条件多变[1～ 3], 容易导致故障的发生。 尤其是闪络等瞬时性故障占90%～ 95% , 而这类故 障造成的局部绝缘损伤一般没有明显的痕迹, 给故 障点的查找带来极大困难[ 1 ]。国内外都发生过由于 输电线路故障而诱发的电力系统瓦解事故。如果能 快速、准确地进行故障定位, 及时发现绝缘隐患, 就 可从技术上保证电网的安全运行, 具有巨大的社会 和经济效益。
KEY WORD S: HV ; overhead tran sm ission line; fault location; algo rithm 摘要: 对高压架空输电线路进行准确的故障测距是保证电力 系统安全稳定运行的有效途径之一。为此, 文章比较全面地 介绍了国内外在此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、单端测距和双端测距三类, 然后逐类对各种算法的理论 基础和应用条件上进行了分析、对比和讨论, 并在此基础上 总结得出了各测距算法的优点及存在的问题, 指出了每种测 距算法的适用范围和应用局限性。最后, 对高压架空输电线 路故障测距的研究及应用前景进行了展望。
(2)
If 0=
∃ IM 1 = IM f
DAl DAl
(3)
式中 R f
为故障过渡电阻; K =
Z l0- Z l1 为零序电流
Z l1
补偿系数; If 0 为故障支路电流的零序分量, 是不可
测未知量; IM 1、∃ IM 1、IM Η、IM f =
3 2
(∃ IM
-
∃ IM 0) 均为
已 知 量 (可 测 量); DA0 =
(1. Schoo l of E lectrical Engineering of X i’an J iao tong U n iversity, X i’an 710049, Ch ina; 2. D ep t. of Pow er Engineering, N o rtheast In stitute of E lectric Pow er Engineering, J ilin 132012, Ch ina;
A FAUL T LOCAT ION M ETHOD FOR OVERHEAD H IGH VOL TAGE POW ER TRANSM ISSION L INES QU AN Yu2sheng1, YAN G M in2zhong1, W AN G X iao2rong1, YAN Zhang1, TON G Ke2, L IU X iao2feng2, S I L u2dong3, L I X iao2b ing4, YU Zheng4, KAN G L in2x ian4
(3) 采用全球卫星定位系统 (GPS) 的成本较高 采用 GPS 以同步两端或多端信号, 可极大地简 化 B 型测距的附加设备, 精度也可达1 Λs。然而, 要 在广阔的地理区域提供采用 GPS 的 Λs 级定时精 度, 其基建和维护需要大量资金投入[2]。
3 故障分析法
在系统运行方式确定、线路参数已知的条件下, 当线路某处发生故障时线路两端的电压和电流均为 故障距离的函数。故障分析法就是利用线路故障时 测量的电压、电流, 通过分析和计算求出故障点的距 离。以下按单端和双端测距分类方法对故障分析方 法作简要评述。 3. 1 利用单端数据的测距算法
长期以来, 高压输电线路的故障测距受到普遍 重视。在 A IEE Comm ittee 1955年的报告中, 给出的 1955年前有关故障测距文献就有120篇 (含电缆) [4]。 二战后, 测距技术有了很大发展, 尤其是70年代以来 随着计算机技术的应用, 微机保护和故障录波装置 的开发及大量投运, 更加速了故障测距的实用化进 程。基于微机或微处理装置的故障测距方 (算) 法研 究也已成为国内外的热门课题之一。但微机故障测 距技术出现的时间不长, 无论是理论还是实际应用 都有待改进。
3. T herm al Pow er P lan t of Q inhuangdao, Q inhuangdao 066000, Ch ina; 4. D ispatch ing Cen tre of N o rthw est Pow er N etw o rk, X i’an 710004, Ch ina)
行波法测距的可靠性和精度在理论上不受线路 类型、故障电阻及两侧系统的影响, 是早期研究的一 个热点。进入60年代, 随着输电线路行波传输理论研 究的深入, 人们在相模变换、参数频变和暂态数值计 算等方面做了大量工作, 进一步加深了对行波法测 距及诸多相关因素的认识。另一方面随着电子技术 和计算机技术的发展, 数字滤波、相关技术、谱分析 和压缩编码技术等的相继引入[5], 尤其是新出现的 小 波 理 论 和 全 球 卫 星 定 位 系 统 ( GPS, global po sition ing system ) 大大提高了暂态行波信号的提 取效率, 简化了两端数据同步过程[2]。为行波法测距 带来了新的前景。 2. 1. 2 行波法存在的问题
全玉生1, 杨敏中1, 王晓蓉1, 严 璋1, 佟 科2, 刘晓峰2, 司鲁东3, 李晓兵4, 于 峥4, 康林贤4
(1. 西安交通大学电气工程学院, 陕西省 西安市 710049; 2. 东北电力学院电力系, 吉林省吉林市 132012; 3. 秦皇岛热电厂, 河北省 秦皇岛市 066000; 4. 西北网调调度处, 陕西省 西安市 710004)
图2 与图1对应的集中参数等效电路 F ig. 2 Equ iva len t c ircu it of lum ped-param eter
correspond ing to F ig. 1
U M = ( IM + K IM 0) x Z l1+ 3R f I f 0
(1)
If
0=
IM 0 DA0
在分析参数的频变特性时, 作为非均匀不良导 体的大地电阻率采用复数透入深度; 而相模变换阵、 特性阻抗、衰减常数和波速等参数均为频率的非线 性函数[9]。在行波测距中波速是主要影响因素, 而其 计算取决于大地电阻率和架空线的配置。高压线路 沿线的地质条件相当复杂, 不同地质段的土壤电阻 率 Θ有不同的取值, 且与气候密切相关。而在输电线 路发生的故障中, 单相接地故障占总量的70%～ 90% , 在该类故障中地模分量起决定性作用, 而地模 波速受频变的影响很大[ 10 ]。在采用地模波测距的算 法中, 波速选取问题至今未见报道。此外, 架空地线 对高频分量的衰减和畸变作用也少有考虑。因此参 数的频变效应和波速的不确定性成为限制该算法精 度的主要因素。
纵观现有的行波测距方法, 特别是新型测距方 法, 尚有几个问题有待解决:
(1) 线路两端非线性元件的动态时延 电流互感器是提取电流行波信号的耦合元件, 其二次侧的时间常数按试验数据估计一般约百 Λs[7 ], 但要受铁芯饱和及剩磁的影响[8 ], 这将使电流 互感器的动态时延具有较大分散性; 行波启动元件 (无论有无触点) 也有分散时延。在新型B 型测距算 法中, 1 Λs 的时间误差所对应的最大测距误差约 300m , 而这种由耦合和启动等非线性元件引起的分 散性动态时延对行波法测距精度的影响, 在现有的 文献中还几乎没有定量考虑。 (2) 参数的频变和波速的影响因素
第22040卷0年第4月4期 Pow
电 网 技 术 er System T echno
logy
V o l. A p r.
24 N o. 4 2000
文章编号: 100023673 (2000) 0420027207
高压架空输电线路的故障测距方法
ABSTRACT: Because the accurate fault location fo r h igh vo ltage tran sm ission line p lays increasingly im po rtan t ro le in pow er system , the developm en t and general situation of the research in th is field in Ch ina and in o ther coun tries is review ed in th is paper. A ll the ex isting algo rithm s can be classified in to th ree m ain m ethods: traveling w ave location, single term inal location and tw o term inal location, the p rincip le and app lication cond ition of each algo rithm are p resen ted and d iscu ssed. Base on the analysis and com parison of each algo rithm , the co rrespond ing m erits and app lication lim itation are concluded. A t last, the p ro spects in fau lt location are described.
行波法是根据行波传输理论实现输电线路的故 障测距方法, 可分为 A、B、C 型3种方法[5, 6]。A 型是 根据故障点产生的行波在测量端至故障点间往返的 时间与行波波速之积来确定故障位置; B 型是利用 通信通道获得故障点行波到达两端的时间差与波速 之积来确定故障点位置; C 型是在故障发生时于线 路的一端施加高频或直流脉冲, 根据其从发射装置 到故障点的往返时间来实现故障测距。在这3种方法 中, A 型和 C 型为单端测距; B 型是双端测距, 需要 两端通信。A 型和 B 型对于线路的瞬时性 (暂时性) 和永久性 (持续性) 故障均有较好的适用性, C 型则 只适用于永久性故障。
2 高压输电线故障测距原理和方法的分类
按采用的线路模型、测距原理、被测量与测量设 备等的不同, 故障测距可以有多种分类方法。由于故
28
Pow er System T echno logy
V o l. 24 N o. 4
障分析法的称谓比阻抗法更具一般性, 为叙述方便, 本文不严格区分二者并统称为故障分析法。以下按 行波法和故障分析法两类予以叙述。 2. 1 行波法 2. 1. 1 行波法测距基本原理
设M 端为测距端, 已知量为M 端实测电压、电
第24卷 第4期
电 网 技 术
29
流及线路参数 Z l1、Z l0 (Z l1= Z l2) , x 为M 端至故障点 的未知距离。为书写方便用大写英文字母U、I 表示 电压、电流相量, 脚标的含义与多数参考文献一致。 对图2所示电路, 可列出电路方程
( l- x ) Z l0+ Z l0+ ZM 0+
ZN 0 ZN Η
,
DA1
Байду номын сангаас
=
(l- x Z l1+
)Z ZM
l1 + 1+
ZN 1 ZN 1
分 别 为 零 序 和 正 序 电 流 分 布 系 数,
该方法是根据单端 (本端) 测得的电压和电流及 必要的系统参数, 可计算出故障距离的测距算法。
高压架空线路的简单 (短路) 故障类型有10种。 为不失一般性, 本文以图1所示的双电源单相接地故 障为例介绍架空输电线路的故障测距算法。图2为图 1对应的集中参数等效电路。
图1 双电源单回线 (单相接地故障) F ig. 1 Sigle-c ircu it w ith two sources
关键词: 综述; 高压架空输电线; 故障测距方法
中图分类号: TM 930. 12 文献标识码: A
1 引言
随着电力系统规模的扩大, 高压远距离输电线
路日益增多。高压输电线路分布范围广, 穿越地区地 形复杂、气候条件多变[1～ 3], 容易导致故障的发生。 尤其是闪络等瞬时性故障占90%～ 95% , 而这类故 障造成的局部绝缘损伤一般没有明显的痕迹, 给故 障点的查找带来极大困难[ 1 ]。国内外都发生过由于 输电线路故障而诱发的电力系统瓦解事故。如果能 快速、准确地进行故障定位, 及时发现绝缘隐患, 就 可从技术上保证电网的安全运行, 具有巨大的社会 和经济效益。
KEY WORD S: HV ; overhead tran sm ission line; fault location; algo rithm 摘要: 对高压架空输电线路进行准确的故障测距是保证电力 系统安全稳定运行的有效途径之一。为此, 文章比较全面地 介绍了国内外在此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、单端测距和双端测距三类, 然后逐类对各种算法的理论 基础和应用条件上进行了分析、对比和讨论, 并在此基础上 总结得出了各测距算法的优点及存在的问题, 指出了每种测 距算法的适用范围和应用局限性。最后, 对高压架空输电线 路故障测距的研究及应用前景进行了展望。
(2)
If 0=
∃ IM 1 = IM f
DAl DAl
(3)
式中 R f
为故障过渡电阻; K =
Z l0- Z l1 为零序电流
Z l1
补偿系数; If 0 为故障支路电流的零序分量, 是不可
测未知量; IM 1、∃ IM 1、IM Η、IM f =
3 2
(∃ IM
-
∃ IM 0) 均为
已 知 量 (可 测 量); DA0 =
(1. Schoo l of E lectrical Engineering of X i’an J iao tong U n iversity, X i’an 710049, Ch ina; 2. D ep t. of Pow er Engineering, N o rtheast In stitute of E lectric Pow er Engineering, J ilin 132012, Ch ina;
A FAUL T LOCAT ION M ETHOD FOR OVERHEAD H IGH VOL TAGE POW ER TRANSM ISSION L INES QU AN Yu2sheng1, YAN G M in2zhong1, W AN G X iao2rong1, YAN Zhang1, TON G Ke2, L IU X iao2feng2, S I L u2dong3, L I X iao2b ing4, YU Zheng4, KAN G L in2x ian4
(3) 采用全球卫星定位系统 (GPS) 的成本较高 采用 GPS 以同步两端或多端信号, 可极大地简 化 B 型测距的附加设备, 精度也可达1 Λs。然而, 要 在广阔的地理区域提供采用 GPS 的 Λs 级定时精 度, 其基建和维护需要大量资金投入[2]。
3 故障分析法
在系统运行方式确定、线路参数已知的条件下, 当线路某处发生故障时线路两端的电压和电流均为 故障距离的函数。故障分析法就是利用线路故障时 测量的电压、电流, 通过分析和计算求出故障点的距 离。以下按单端和双端测距分类方法对故障分析方 法作简要评述。 3. 1 利用单端数据的测距算法
长期以来, 高压输电线路的故障测距受到普遍 重视。在 A IEE Comm ittee 1955年的报告中, 给出的 1955年前有关故障测距文献就有120篇 (含电缆) [4]。 二战后, 测距技术有了很大发展, 尤其是70年代以来 随着计算机技术的应用, 微机保护和故障录波装置 的开发及大量投运, 更加速了故障测距的实用化进 程。基于微机或微处理装置的故障测距方 (算) 法研 究也已成为国内外的热门课题之一。但微机故障测 距技术出现的时间不长, 无论是理论还是实际应用 都有待改进。
3. T herm al Pow er P lan t of Q inhuangdao, Q inhuangdao 066000, Ch ina; 4. D ispatch ing Cen tre of N o rthw est Pow er N etw o rk, X i’an 710004, Ch ina)
行波法测距的可靠性和精度在理论上不受线路 类型、故障电阻及两侧系统的影响, 是早期研究的一 个热点。进入60年代, 随着输电线路行波传输理论研 究的深入, 人们在相模变换、参数频变和暂态数值计 算等方面做了大量工作, 进一步加深了对行波法测 距及诸多相关因素的认识。另一方面随着电子技术 和计算机技术的发展, 数字滤波、相关技术、谱分析 和压缩编码技术等的相继引入[5], 尤其是新出现的 小 波 理 论 和 全 球 卫 星 定 位 系 统 ( GPS, global po sition ing system ) 大大提高了暂态行波信号的提 取效率, 简化了两端数据同步过程[2]。为行波法测距 带来了新的前景。 2. 1. 2 行波法存在的问题
全玉生1, 杨敏中1, 王晓蓉1, 严 璋1, 佟 科2, 刘晓峰2, 司鲁东3, 李晓兵4, 于 峥4, 康林贤4
(1. 西安交通大学电气工程学院, 陕西省 西安市 710049; 2. 东北电力学院电力系, 吉林省吉林市 132012; 3. 秦皇岛热电厂, 河北省 秦皇岛市 066000; 4. 西北网调调度处, 陕西省 西安市 710004)
图2 与图1对应的集中参数等效电路 F ig. 2 Equ iva len t c ircu it of lum ped-param eter
correspond ing to F ig. 1
U M = ( IM + K IM 0) x Z l1+ 3R f I f 0
(1)
If
0=
IM 0 DA0
在分析参数的频变特性时, 作为非均匀不良导 体的大地电阻率采用复数透入深度; 而相模变换阵、 特性阻抗、衰减常数和波速等参数均为频率的非线 性函数[9]。在行波测距中波速是主要影响因素, 而其 计算取决于大地电阻率和架空线的配置。高压线路 沿线的地质条件相当复杂, 不同地质段的土壤电阻 率 Θ有不同的取值, 且与气候密切相关。而在输电线 路发生的故障中, 单相接地故障占总量的70%～ 90% , 在该类故障中地模分量起决定性作用, 而地模 波速受频变的影响很大[ 10 ]。在采用地模波测距的算 法中, 波速选取问题至今未见报道。此外, 架空地线 对高频分量的衰减和畸变作用也少有考虑。因此参 数的频变效应和波速的不确定性成为限制该算法精 度的主要因素。
纵观现有的行波测距方法, 特别是新型测距方 法, 尚有几个问题有待解决:
(1) 线路两端非线性元件的动态时延 电流互感器是提取电流行波信号的耦合元件, 其二次侧的时间常数按试验数据估计一般约百 Λs[7 ], 但要受铁芯饱和及剩磁的影响[8 ], 这将使电流 互感器的动态时延具有较大分散性; 行波启动元件 (无论有无触点) 也有分散时延。在新型B 型测距算 法中, 1 Λs 的时间误差所对应的最大测距误差约 300m , 而这种由耦合和启动等非线性元件引起的分 散性动态时延对行波法测距精度的影响, 在现有的 文献中还几乎没有定量考虑。 (2) 参数的频变和波速的影响因素
第22040卷0年第4月4期 Pow
电 网 技 术 er System T echno
logy
V o l. A p r.
24 N o. 4 2000
文章编号: 100023673 (2000) 0420027207
高压架空输电线路的故障测距方法
ABSTRACT: Because the accurate fault location fo r h igh vo ltage tran sm ission line p lays increasingly im po rtan t ro le in pow er system , the developm en t and general situation of the research in th is field in Ch ina and in o ther coun tries is review ed in th is paper. A ll the ex isting algo rithm s can be classified in to th ree m ain m ethods: traveling w ave location, single term inal location and tw o term inal location, the p rincip le and app lication cond ition of each algo rithm are p resen ted and d iscu ssed. Base on the analysis and com parison of each algo rithm , the co rrespond ing m erits and app lication lim itation are concluded. A t last, the p ro spects in fau lt location are described.
行波法是根据行波传输理论实现输电线路的故 障测距方法, 可分为 A、B、C 型3种方法[5, 6]。A 型是 根据故障点产生的行波在测量端至故障点间往返的 时间与行波波速之积来确定故障位置; B 型是利用 通信通道获得故障点行波到达两端的时间差与波速 之积来确定故障点位置; C 型是在故障发生时于线 路的一端施加高频或直流脉冲, 根据其从发射装置 到故障点的往返时间来实现故障测距。在这3种方法 中, A 型和 C 型为单端测距; B 型是双端测距, 需要 两端通信。A 型和 B 型对于线路的瞬时性 (暂时性) 和永久性 (持续性) 故障均有较好的适用性, C 型则 只适用于永久性故障。
2 高压输电线故障测距原理和方法的分类
按采用的线路模型、测距原理、被测量与测量设 备等的不同, 故障测距可以有多种分类方法。由于故
28
Pow er System T echno logy
V o l. 24 N o. 4
障分析法的称谓比阻抗法更具一般性, 为叙述方便, 本文不严格区分二者并统称为故障分析法。以下按 行波法和故障分析法两类予以叙述。 2. 1 行波法 2. 1. 1 行波法测距基本原理