版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡(jiǎn)介
1、<p> 輸電線路單相接地故障</p><p><b> 測(cè)距算法研究</b></p><p><b> 摘要</b></p><p> 輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分,是電力系統(tǒng)的命脈,精確的輸電線路故障測(cè)距對(duì)保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著十分重要的作用。然而,電力系統(tǒng)本身是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng),
2、基于經(jīng)濟(jì)因素考慮,長(zhǎng)距離、重負(fù)荷的輸電系統(tǒng)常常運(yùn)行在臨界穩(wěn)定的狀態(tài)下,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)、故障等情況時(shí)會(huì)不可避免地存在各種復(fù)雜多樣的動(dòng)態(tài)過(guò)程。</p><p> 文章首先介紹了各種測(cè)距方法的基本原理,并將現(xiàn)有的各種測(cè)距方法分為行波測(cè)距、單端測(cè)距和雙端測(cè)距三類(lèi),然后逐類(lèi)對(duì)各種算法的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用條件進(jìn)行了分析、對(duì)比和討論。然后主要針對(duì)一種單回線雙端電氣量測(cè)距算法進(jìn)行研究,相比于傳統(tǒng)的算法該算法提出了實(shí)部相等的解決辦法
3、,再利用故障分量進(jìn)行測(cè)距計(jì)算,這樣一來(lái)可以消除負(fù)荷電流的影響,并且測(cè)距精度也幾乎不受過(guò)渡電阻、故障類(lèi)型等因素的影響。</p><p> 最后通過(guò)MTLAB仿真,對(duì)全波傅氏算法和全波差分傅氏算法進(jìn)行了比較,最后得出全波差分傅氏算法濾波效果更好,測(cè)距結(jié)果更精確。而對(duì)應(yīng)于不同的過(guò)渡電阻,實(shí)際測(cè)量到的故障距離相差不大,說(shuō)明過(guò)渡電阻對(duì)于測(cè)距影響不大。</p><p> 關(guān)鍵詞:輸電線路;故障測(cè)距
4、方法;雙端測(cè)距算法;MATLAB/simulink仿真</p><p> TRANSMISSION LINE OF SINGLE-PHASE GROUNDING FAULT LOCATION ALGORITHMS</p><p><b> Abstract</b></p><p> As an important elements of
5、power system, transmission line is the lifeblood of the power system. So, precise fault location method for transmission line plays a very important role in ensuring security, stability and economic operation of power sy
6、stem. Yet, it is a complex and dynamic system for power system itself, and long and heavy transmission line systems are often running in the critical stable state based on some economic benefits. When some disturbances o
7、r faults occured, a variety of c</p><p> The article first introduces the basic principles of a variety of methods ranging and ranging method is divided into various existing traveling wave, single-ended an
8、d double-ended ranging ranging three categories, then the various algorithms by category theory and application conditions were analyzed, compared and discussed. Then focused on a single-loop algorithm for two-terminal e
9、lectrical quantities ranging study, compared to the conventional algorithm the algorithm proposed real part equal s</p><p> Finally, the simulation of the full-wave and full-wave Fourier algorithm different
10、ial Fourier algorithm are compared, and finally come to a full-wave Fourier algorithm differential filtering effect is better, ranging results more precise. And correspond to different transition resistance, the actual m
11、easured fault distance less, indicating that the transition resistance ranging little impact.</p><p> Keywords: Transmission line; fault location method; double ended ranging algorithm; MATLAB / simulink si
12、mulation</p><p><b> 目錄</b></p><p><b> 摘要I</b></p><p> AbstractII</p><p><b> 1緒論1</b></p><p> 1.1故障測(cè)距定位的意義和作用1&
13、lt;/p><p> 1.2輸電線路故障1</p><p> 1.2.1輸電線路故障類(lèi)型1</p><p> 1.2.2輸電線路故障對(duì)測(cè)距裝置的基本要求2</p><p> 1.3輸電線路故障測(cè)距技術(shù)的發(fā)展3</p><p> 1.4本文主要研究?jī)?nèi)容4</p><p> 2輸電
14、線路故障測(cè)距方法6</p><p><b> 2.1阻抗法6</b></p><p><b> 2.2行波法6</b></p><p> 2.3故障分析法7</p><p> 2.3.1利用單端電氣量法測(cè)距8</p><p> 2.3.2利用雙端電氣量法測(cè)
15、距10</p><p> 2.4智能化測(cè)距方法12</p><p> 2.5各類(lèi)測(cè)距方法的比較12</p><p> 2.6本章小結(jié)13</p><p> 3線路模型的建立與信號(hào)提取14</p><p> 3.1輸電線路常見(jiàn)數(shù)學(xué)模型14</p><p> 3.1.1 R-
16、L模型14</p><p> 3.1.2 π型或T型模型15</p><p> 3.1.3分布參數(shù)模型16</p><p> 3.2 數(shù)字濾波算法17</p><p> 3.2.1 全波傅氏算法18</p><p> 3.2.2 全波差分傅氏算法18</p><p> 3
17、.2.3 帶通濾波19</p><p> 3.2.4 最小二乘濾波算法20</p><p> 3.3 本章小結(jié)20</p><p> 4單回線雙端電氣量故障測(cè)距算法22</p><p> 4.1 算法原理22</p><p> 4.2 相模變換24</p><p> 4.
18、3正序故障分量的提取25</p><p> 4.4算例仿真與對(duì)比分析26</p><p> 4.4.1 算法仿真流程26</p><p> 4.4.2 線路模型及參數(shù)設(shè)置27</p><p> 4.4.3 MATLAB仿真模型及參數(shù)設(shè)置28</p><p> 4.4.4 單相接地故障情況下的仿真計(jì)算
19、和結(jié)果分析28</p><p> 4.5本章小結(jié)31</p><p><b> 結(jié) 論32</b></p><p><b> 參考文獻(xiàn)33</b></p><p><b> 致 謝35</b></p><p><b>
20、1緒論</b></p><p> 1.1故障測(cè)距定位的意義和作用</p><p> 高壓輸電線路是電力系統(tǒng)的命脈它擔(dān)負(fù)著傳遞電能的重任,同時(shí),它又是系統(tǒng)中發(fā)生故障最多的地方,并且極難查找。因此,在線路故障后迅速準(zhǔn)確地把故障點(diǎn)找到,不僅對(duì)及時(shí)修復(fù)線路和保證可靠供電,而且對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有十分重要的作用。</p><p> 輸電線路的故障
21、類(lèi)型分為瞬時(shí)性故障和永久性故障。瞬時(shí)性故障會(huì)造成局部絕緣損傷,一般沒(méi)有明顯痕跡,這便給故障點(diǎn)的查找?guī)?lái)巨大的困難。但是這類(lèi)瞬時(shí)性故障往往發(fā)生在系統(tǒng)的薄弱之處,所以需要盡快找到加以處理,否則若是再次發(fā)生故障便會(huì)危及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。永久性故障排除時(shí)間的長(zhǎng)短會(huì)直接影響到輸電線路的供電和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,排除的時(shí)間越長(zhǎng),則停電所造成的損失會(huì)越大,對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響也越大。因此,輸電線路故障后準(zhǔn)確并快速地找到故障點(diǎn),是幫助
22、故障快速排除的有效途徑,也對(duì)電力系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有非常重要的意義[1]。</p><p> 長(zhǎng)距離輸電線路由于輸電距離長(zhǎng),沿路經(jīng)過(guò)的地域廣闊,地理環(huán)境很復(fù)雜,若不依靠故障定位裝置來(lái)查找故障點(diǎn)位置,要找到故障點(diǎn)無(wú)異于大海撈針。所以,精確的故障定位對(duì)于長(zhǎng)距離輸電線路發(fā)生故障后故障位置的準(zhǔn)確查找顯得尤其重要。故障測(cè)距裝置又稱為故障定位裝置,是一種測(cè)定故障點(diǎn)位置的自動(dòng)裝置。它能根據(jù)不通的故障特征迅速準(zhǔn)確地測(cè)定故障
23、點(diǎn),這不僅大大減輕了人工巡線的辛苦勞動(dòng),而且還能查出人們難以發(fā)現(xiàn)的故障。因此他給電力生產(chǎn)部門(mén)帶來(lái)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益是難以估計(jì)的。</p><p> 本文所研究的內(nèi)容在電力系統(tǒng)中是有助于及時(shí)排查故障并修復(fù)線路供電,以此來(lái)保證電力系統(tǒng)供電的可靠性,從而大量節(jié)約查線的人力和物力,減輕工人們繁重的體力勞動(dòng),在技術(shù)上保證電力網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,具有巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。</p><p><b&g
24、t; 1.2輸電線路故障</b></p><p> 1.2.1輸電線路故障類(lèi)型</p><p> 輸電線路的故障大致分為兩類(lèi):橫向故障和縱向故障。橫向故障是指我們通常所說(shuō)的單相短路接地故障、兩相短路接地故障、兩相相間短路故障及三相短路故障??v向故障即斷線故障,如一相斷線、兩相斷線。除了這些故障類(lèi)型外,還有轉(zhuǎn)換性故障等復(fù)雜類(lèi)型。單相短路接地故障的幾率最大,占輸電線路故障總數(shù)
25、的80%左右,其次是兩相短路接地故障。兩相相間短路故障幾率很小,約占2%-3%,其原因多半是由于兩相導(dǎo)線受風(fēng)吹擺動(dòng)造成的。三相短路故障都是接地的,幾率也是最小的,約占1%-3%。絕大多數(shù)三相故障都是由單相和兩相故障發(fā)展來(lái)的[2]。輸電線路故障不外乎是絕緣擊穿和雷擊造成的。絕緣子表面的閃污、閃濕,絕緣內(nèi)部擊穿,雷電閃絡(luò),風(fēng)刮導(dǎo)致的線間閃絡(luò),線路通過(guò)鳥(niǎo)獸或樹(shù)木放電等都是造成輸電線路短路故障的原因。輸電線路發(fā)生純金屬性短路故障的幾率很少,大多
26、數(shù)在故障點(diǎn)是有過(guò)渡電阻的。過(guò)渡電阻一般包括電弧電阻和桿塔接地電阻。根據(jù)電弧情況可以把短路故障分為兩種。一是大電流電弧故障,閃絡(luò)通過(guò)對(duì)地絕緣子或相間發(fā)生,電弧通道較短。二是小電流電弧故障,如架空線通過(guò)樹(shù)枝對(duì)地放電等,電弧通道較長(zhǎng)。研究表明,對(duì)大電流電弧故障,電弧電阻一般為2-20。但對(duì)</p><p> 1.2.2輸電線路故障對(duì)測(cè)距裝置的基本要求</p><p> 為了充分發(fā)揮故障定位的
27、上述作用,故障測(cè)距定位裝置在準(zhǔn)確性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及方便性等反面應(yīng)滿足一定要求。</p><p><b> a)可靠性</b></p><p> 可靠性包含不拒動(dòng)和不誤動(dòng)兩方面的內(nèi)容,不拒動(dòng)指裝置在故障發(fā)生后能可靠的測(cè)定故障點(diǎn)的位置,不應(yīng)由于測(cè)距原理、方法或制作工藝等任何問(wèn)題使裝置拒絕動(dòng)作;不誤動(dòng)指裝置在測(cè)距以外的任何條件下不應(yīng)錯(cuò)誤的發(fā)出測(cè)距的指示或信號(hào)。裝置應(yīng)
28、能測(cè)定永久性也能測(cè)定瞬時(shí)性故障。 </p><p><b> b)準(zhǔn)確性</b></p><p> 準(zhǔn)確性是對(duì)故障測(cè)距裝置的最重要的要求,沒(méi)有足夠的準(zhǔn)確性就意味著裝置失效。衡量準(zhǔn)確性的標(biāo)準(zhǔn)是測(cè)距誤差,它可用絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差表示。絕對(duì)誤差以長(zhǎng)度表示,例如10m,50m等。相對(duì)誤差以被測(cè)線路的全長(zhǎng)的百分比表示,例如2%,5.3%等。</p><p
29、> 工程實(shí)際中希望裝置的誤差越小越好,實(shí)際上由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上各種因素的限制和制約,誤差通常規(guī)定不應(yīng)大于一定的指標(biāo)。例如,對(duì)高壓架空線來(lái)說(shuō),測(cè)距的絕對(duì)誤差應(yīng)在1km以內(nèi),相對(duì)誤差應(yīng)小于1%。</p><p> 為了提高測(cè)距精度只要考慮下列因素:</p><p> 1)裝置本身的誤差。主要是指硬件引起的誤差和軟件中數(shù)學(xué)模型和算法的誤差。</p><p>
30、2)故障點(diǎn)的過(guò)渡電阻。故障點(diǎn)存在過(guò)渡電阻會(huì)給某些測(cè)距原理帶來(lái)誤差突出表現(xiàn)在利用單端電氣量實(shí)現(xiàn)測(cè)距的裝置中。</p><p> 3)對(duì)端系統(tǒng)阻抗。一些算法要涉及到線路兩端系統(tǒng)的綜合阻抗,但是電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行方式在不斷變化,所以給定的系統(tǒng)阻抗很難和故障時(shí)的實(shí)際情況一致,這就會(huì)給測(cè)距裝置帶來(lái)誤差。</p><p> 4)線路的分布電容。高壓輸電線路實(shí)際上是分布參數(shù)電路,但是目前仍有很多的測(cè)
31、距算法采用集中參數(shù)模型。對(duì)短線路來(lái)說(shuō)這種模型是可行的,但對(duì)較長(zhǎng)線路就會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。</p><p> 5)線路不對(duì)稱。輸電線的參數(shù)由其結(jié)構(gòu)決定。對(duì)于不完全換位的線路,線路不對(duì)稱也將引入測(cè)距誤差。</p><p> 故障測(cè)距的準(zhǔn)確性與可靠性是有關(guān)聯(lián),可靠性是準(zhǔn)確性的前提要求,離開(kāi)可靠性來(lái)談?wù)摐?zhǔn)確性是沒(méi)有意義的。另一方面,如果測(cè)距誤差太大,也可以說(shuō)測(cè)距結(jié)果不可靠。</p>
32、<p><b> c)經(jīng)濟(jì)性</b></p><p> 裝置應(yīng)具有較高的性能價(jià)格比。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展,各種測(cè)距裝置的硬件成本會(huì)越來(lái)越低。而各種數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用,又會(huì)使得故障測(cè)距裝置的性能得到不斷提高和完善。如果裝置能夠同時(shí)監(jiān)視多條線路,無(wú)疑還會(huì)進(jìn)一步提高其性能價(jià)格比。</p><p><b> d)方便性</b>
33、;</p><p> 方便性主要體現(xiàn)在調(diào)試和使用上,裝置應(yīng)自動(dòng)給出測(cè)距結(jié)果,不用或盡量減少人的工作量。</p><p> 實(shí)際上,以上各項(xiàng)要求很難同時(shí)得到較好的滿足。一種合適的測(cè)距裝置應(yīng)該是以上所有指標(biāo)的綜合平衡,但可靠、準(zhǔn)確是任何一種測(cè)距裝置都必須滿足的要求[1]。</p><p> 1.3輸電線路故障測(cè)距技術(shù)的發(fā)展</p><p>
34、 長(zhǎng)期以來(lái),對(duì)于故障定位也就是故障測(cè)距問(wèn)題的研究一直受到學(xué)術(shù)界和電力工業(yè)部門(mén)的重視。早在1935年,輸電線路故障指示器就在34.5kV和230kV的輸電系統(tǒng)中投入運(yùn)行,盡管當(dāng)時(shí)的故障定位器是指針式儀表,并需要與調(diào)度中心交換信息,但對(duì)測(cè)定故障點(diǎn)位置只依賴,仍有較大幫助。在AIEE Committee 1955年的報(bào)告“故障定位方法總結(jié)和文獻(xiàn)目錄”中,給出了1955年以前的有關(guān)故障測(cè)距的文獻(xiàn)就有120篇[5]。實(shí)際上,以上各項(xiàng)要求很難同時(shí)
35、得到較好的滿足。受科技和生產(chǎn)力發(fā)展水平的限制,所以早期的故障測(cè)距裝置測(cè)距精度不高,并且需要非常豐富的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)才能做出判斷。</p><p> 二戰(zhàn)后,故障測(cè)距技術(shù)的發(fā)展步伐加快,美、法、日等國(guó)都取得了不少新進(jìn)步[6]。經(jīng)過(guò)了六十多年的開(kāi)發(fā)和研究,故障測(cè)距技術(shù)有了很大的發(fā)展,人們提出了很多測(cè)距新原理和新方法,許多故障測(cè)距裝置也已投入了運(yùn)行。六十年代中期,人們對(duì)于行波的傳輸規(guī)律就有了較為深刻的認(rèn)識(shí),再加上當(dāng)時(shí)電
36、子技術(shù)的發(fā)展,這便進(jìn)一步促進(jìn)了行波測(cè)距的發(fā)展。七十年代以來(lái),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在我國(guó)電力行業(yè)中的應(yīng)用,特別是微機(jī)保護(hù)裝置的開(kāi)發(fā)和大量投運(yùn),為高壓輸電線路故障測(cè)距的研究注入了新的活力,加速了故障測(cè)距的實(shí)用化進(jìn)程。然而隨著微機(jī)型故障錄波器的發(fā)展,就完全可以在不增加硬件設(shè)備只增加部分軟件的條件下實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距。這樣便將故障測(cè)距技術(shù)和故障錄波技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái),從而給故障錄波器增加了新的功能。近幾年來(lái),基于微機(jī)或微處理裝置的故障測(cè)距方法在國(guó)內(nèi)外都非常
37、活躍,已成為全球最熱門(mén)的研究課題之一。</p><p> 但是微機(jī)故障測(cè)距技術(shù)出現(xiàn)的時(shí)間并不長(zhǎng),無(wú)論是在理論上還是在實(shí)際應(yīng)用中都有許多不足之處。在過(guò)去甚至于是在目前,大量的故障測(cè)距方法仍是根據(jù)故障錄波器來(lái)記錄短路電流,然后對(duì)照事先已經(jīng)計(jì)算好的某一種最接近市級(jí)運(yùn)行方式下的短路電流曲線,以此來(lái)判定故障距離,這種方法的誤差很大,有時(shí)候甚至很難確定故障點(diǎn)的位置。從目前已有的故障測(cè)距方法看來(lái),在測(cè)距可靠性、準(zhǔn)確性以及硬件
38、投入等方面,還不能滿足電力系統(tǒng)管理和運(yùn)行部門(mén)的要求,所以很有必要再作進(jìn)一步的研究。</p><p> 一直以來(lái),電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)候以后,沒(méi)有能記錄故障故障數(shù)據(jù)的儀器,于是自動(dòng)故障記錄器便是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)動(dòng)作行為分析的重要依據(jù),也是保證電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要手段。早期需要故障錄波裝,人們用都是機(jī)械型的光線故障錄波器。但是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展以及電力網(wǎng)的自動(dòng)化水平逐漸提高,這種傳統(tǒng)的錄波器由于錄波環(huán)節(jié)眾多、容
39、量小、沒(méi)有時(shí)標(biāo)、沒(méi)有記憶能力、數(shù)據(jù)讀取誤差較大等明顯缺點(diǎn),已不再適合電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。從八十年代中期以來(lái),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)被引入繼電保護(hù)領(lǐng)域,故障錄波器才有了迅猛的發(fā)展,那時(shí)起微機(jī)型故障錄波器已經(jīng)完全取代了光電式錄波器,成為記錄電力網(wǎng)故障信息的主力,并在許多重大事故調(diào)查和分析中發(fā)揮了重要的作用。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,微機(jī)型故障錄波器的功能亦日益趨向完善,不僅能夠詳盡地記錄電力網(wǎng)故障前后各種電氣量和狀態(tài)的變化過(guò)程信息,完整地反映故障后各
40、電氣量的瞬間變化以及繼電保護(hù)的動(dòng)作行為,還具有存儲(chǔ)容量大、記憶功能強(qiáng)、能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳以及后臺(tái)分析等優(yōu)點(diǎn)。除此之外,它還可以自動(dòng)的完成故障測(cè)距等錄波后必要的計(jì)算環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距數(shù)字化、表格化。以上這些都是電力系統(tǒng)事故分析以及加快電網(wǎng)事故處理提供了的</p><p> 近幾年來(lái),隨著電力網(wǎng)普遍采用微機(jī)保護(hù)和微機(jī)故障錄波器等裝置,電力網(wǎng)故障信息系統(tǒng)必然成為新的研究方向。該故障信息系統(tǒng)以微機(jī)型故障錄波器為基礎(chǔ),通過(guò)通
41、信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系而成。電網(wǎng)故障信息系統(tǒng)的建立,不僅可以大大地提高整個(gè)電網(wǎng)的自動(dòng)化水平,更能加強(qiáng)對(duì)事故的分析處理能力。同時(shí),對(duì)電網(wǎng)故障信息系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)也給故障測(cè)距技術(shù)提供了很好的外部條件,給故障測(cè)距技術(shù)帶來(lái)了光明的應(yīng)用前景。在早期的故障測(cè)距算法中,大多是基于單端電氣量基礎(chǔ)上的,因?yàn)楦黝?lèi)故障錄波裝置基本上都是單獨(dú)運(yùn)行的。而現(xiàn)代電網(wǎng)故障信息系統(tǒng)建立以后,讓雙端甚至多端故障測(cè)距成為可能,故障測(cè)距可以作為其中的一個(gè)子系統(tǒng),利用故障信息系統(tǒng)的通信和錄
42、波設(shè)備,實(shí)現(xiàn)精確故障定位。</p><p> 綜上所述,輸電線路測(cè)距裝置的發(fā)展,對(duì)適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)精確故障測(cè)距算法的研究具有非常重要的意義和工程實(shí)用價(jià)值。</p><p> 1.4本文主要研究?jī)?nèi)容</p><p> 論文主要包括兩方面的內(nèi)容:研究算法和模型的建立。算法上主要是研究一種單相接地故障雙端測(cè)距方法,使其具有較高的測(cè)距精度;仿真主要是利用Matlab軟
43、件來(lái)建立仿真模型,進(jìn)行故障定位。具體包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容:</p><p> 1)閱讀大量與輸電線路故障測(cè)距有關(guān)的文獻(xiàn)資料,分析現(xiàn)有的各類(lèi)測(cè)距算法。</p><p> 2)分析輸電線路模型和數(shù)字濾波算法,從各種濾波算法中得出適合于工頻雙端電氣量測(cè)距的濾波算法。</p><p> 3)通過(guò)總結(jié)以往故障測(cè)距算法,主要研究一種專門(mén)針對(duì)單回線的故障測(cè)距算法。此算法在全
44、線范圍內(nèi)具有良好的收斂性,并且不受過(guò)渡電阻影響,不需要剔除偽根,可以大大的減少硬件投資,同時(shí)測(cè)量精度高。</p><p> 4)利用Matlab軟件進(jìn)行仿真,驗(yàn)證算法的正確性,以及誤差分析。</p><p> 2輸電線路故障測(cè)距方法</p><p> 按采用的線路模型,定位原理,測(cè)量設(shè)備的不同,高壓輸電線故障定位原理和方法可大致分為阻抗法、故障分析法和行波法[
45、7]。</p><p><b> 2.1阻抗法</b></p><p> 阻抗法與阻抗繼電器的基本工作原理相同,都是根據(jù)故障時(shí)測(cè)量的電壓量、電流量來(lái)計(jì)算故障回路的阻抗。前提是忽略線路的分布電容和漏電導(dǎo)。假設(shè)輸電線路為均勻線路,在不同的故障類(lèi)型下計(jì)算出的故障回路阻抗或電抗,與測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)的距離成正比,如此便可以求出故障距離。</p><p>
46、; 目前阻抗法有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用,早期的相關(guān)設(shè)備是由機(jī)電式或靜態(tài)電子器件構(gòu)成,測(cè)距的精度較差,微處理機(jī)的出現(xiàn)為測(cè)距技術(shù)的發(fā)展提供了新的機(jī)會(huì),使得測(cè)距的可靠性和準(zhǔn)確性有所提高。</p><p> 阻抗法本身的優(yōu)點(diǎn)就是比較簡(jiǎn)單可靠,但是大多數(shù)阻抗法都存在著精度問(wèn)題。它們的誤差主要源于算法本身的假設(shè),測(cè)距精度受到故障點(diǎn)過(guò)渡電阻的影響,所以只有當(dāng)故障點(diǎn)過(guò)渡電阻為0時(shí),故障點(diǎn)的距離才能夠比較準(zhǔn)確地計(jì)算出來(lái)。而且由于實(shí)際系
47、統(tǒng)中的線路是不完全對(duì)稱的,還有測(cè)量端對(duì)側(cè)系統(tǒng)阻抗值的不可知因素影響,使得測(cè)距誤差會(huì)遠(yuǎn)大于某些故障測(cè)距產(chǎn)品在理想條件下給出的誤差標(biāo)準(zhǔn)。</p><p> 為此中外學(xué)者做了許多研究工作,在提高阻抗法的精度方面進(jìn)行了不懈的努力,先后提出了解微分方程法和一些基于工頻基波量的測(cè)距算法,如零序電流相位修正法、零序電流迭代法和解二次方程法等[8]。但迭代法有時(shí)候可能會(huì)出現(xiàn)收斂于偽根或難于收斂、甚至于不收斂的情況[8];解二次
48、方程法則可能會(huì)有偽根問(wèn)題,所以阻抗法測(cè)距的主要問(wèn)題仍然是測(cè)距精度。</p><p><b> 2.2行波法</b></p><p> 行波法是根據(jù)行波傳輸理論實(shí)現(xiàn)輸電線路故障測(cè)距的方法,可分為A、B、C型3種方法[1、9]。</p><p> A型故障測(cè)距裝置是根據(jù)故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波在測(cè)量端至故障點(diǎn)間往返的時(shí)間與行波波速之積來(lái)確定故障位置;
49、這個(gè)測(cè)距裝置比較簡(jiǎn)單,只用安裝在一端,不要求和線路對(duì)側(cè)進(jìn)行通信聯(lián)系,因此不受過(guò)渡電阻影響,可以達(dá)到較高的精度。但A型測(cè)距要求記錄行波波形,而故障暫態(tài)信號(hào)只持續(xù)一段時(shí)間,為保證有足夠的精度,應(yīng)采用足夠高的采樣率,因此A型行波測(cè)距對(duì)硬件要求比較高。</p><p> B型故障測(cè)距裝置是利用通信通道獲得故障點(diǎn)行波到達(dá)兩端的時(shí)間差與波速之積來(lái)確定故障點(diǎn)位置;由于這種測(cè)距裝備利用的是故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波第一次到達(dá)兩端的信息,
50、因此不受故障點(diǎn)投射波的影響,實(shí)現(xiàn)起來(lái)困難較小。但是B型測(cè)距對(duì)通信通道有較高要求,使得設(shè)備成本投資巨大,目前難以在國(guó)內(nèi)廣泛采用。</p><p> C型故障測(cè)距裝置是在故障發(fā)生時(shí)于線路的一端施加高頻或直流脈沖,根據(jù)其從發(fā)射裝置到故障點(diǎn)之間的往返時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距。這個(gè)裝置的工作原理與雷達(dá)相同,對(duì)于瞬時(shí)性故障,C型故障測(cè)距裝置僅靠人為施加雷達(dá)信號(hào)是測(cè)不到故障的。由于通信通道技術(shù)條件的限制,高壓脈沖信號(hào)強(qiáng)度不會(huì)太高,
51、故障點(diǎn)反射脈沖往往很難與干擾信號(hào)區(qū)別開(kāi)來(lái),種種因素都限制了C型測(cè)距的發(fā)展。</p><p> 在這3種方法中,A型和C型為單端測(cè)距;B型是雙端測(cè)距,需要兩端通信。A型和B型對(duì)于線路的瞬時(shí)性(暫時(shí)性)和永久性(持續(xù)性)故障均有較好的適用性,C型則只適用于永久性故障。</p><p> 縱觀現(xiàn)有的行波測(cè)距方法,雖然在理論上行波法是不受線路結(jié)構(gòu)、過(guò)渡電阻、線路長(zhǎng)度、系統(tǒng)阻抗和系統(tǒng)運(yùn)行方式等因
52、素的影響。但是在實(shí)際應(yīng)用中,現(xiàn)有的行波法定位方法,特別是新型測(cè)距方法,尚有幾個(gè)問(wèn)題有待解決:</p><p> 1)線路兩端非線性元件的動(dòng)態(tài)時(shí)延</p><p> 因?yàn)殡娏骰ジ衅魇翘崛‰娏餍胁ㄐ盘?hào)的耦合元件,其二次側(cè)的時(shí)間常數(shù)常按試驗(yàn)數(shù)據(jù)估計(jì)約為百,但受鐵芯飽和及剩磁的影響,這將使得電流互感器的動(dòng)態(tài)時(shí)延具有較大分散性;而行波啟動(dòng)元件 (無(wú)論有無(wú)觸點(diǎn))也有一定分散時(shí)延性。而在B型測(cè)距算法
53、中,1的時(shí)間誤差所對(duì)應(yīng)的最大測(cè)距誤差約為300m,而這種由耦合和啟動(dòng)等非線性元件引起的分散性動(dòng)態(tài)時(shí)延對(duì)行渡法測(cè)距精度的影響,在現(xiàn)有的文獻(xiàn)中還幾乎沒(méi)有定量考慮。</p><p> 2)參數(shù)的頻變和波速的影響因素</p><p> 在分析參數(shù)的頻變特性時(shí),大地作為非均勻不良導(dǎo)體,它的電阻率采用復(fù)數(shù)透入深度,一般相模變換陣、特性阻抗、衰減常數(shù)以及波速等參數(shù)均為頻率的非線性函數(shù)。在行波測(cè)距中波
54、速是是影響測(cè)距的主要因素,但它的計(jì)算取決于大地電阻率的分布和架空線的配置(如架空高度等)。高壓輸電線路沿線的地質(zhì)條件相當(dāng)?shù)膹?fù)雜,所以不同地質(zhì)段的土壤電阻率會(huì)有不同的取值,且與氣候密切相關(guān)。而在輸電線路發(fā)生的故障中,單相接地故障占總量的70%-90%,在該類(lèi)故障中地模分量起決定性作用,波速受頻變的影響很大。因此參數(shù)的頻變效應(yīng)和波速的不確定性應(yīng)成為限制該算法精度的主要因素。</p><p> 3)采用某些硬件措施(
55、如GPS系統(tǒng))的成本較高</p><p> A型和C型方法需采用高速采樣,采樣率至少應(yīng)達(dá)到1MHz。B型方法需采用GPS同步的高速采樣,采樣率也至少應(yīng)達(dá)到1MHz。且為防止GPS失效時(shí)的非同步采樣,應(yīng)加裝誤差小于10的高精度時(shí)鐘。這些硬件的成本都較高[10]。</p><p><b> 2.3故障分析法</b></p><p> 故障分析
56、法是利用故障時(shí)記錄下來(lái)的工頻電壓量和電流量,通過(guò)計(jì)算分析,求出故障點(diǎn)的距離。當(dāng)輸電線路發(fā)生故障時(shí),在系統(tǒng)運(yùn)行方式確定和線路參數(shù)已知的條件下,測(cè)量點(diǎn)的電壓量和電流量就是故障點(diǎn)距離的函數(shù),因此完全可以用故障時(shí)記錄下來(lái)的測(cè)量點(diǎn)電壓量和電流量來(lái)進(jìn)行分析計(jì)算,得出故障點(diǎn)的位置。</p><p> 故障分析法簡(jiǎn)單易行,可以借助于現(xiàn)有的故障錄波器達(dá)到測(cè)距目的。它在沒(méi)有專用的故障測(cè)距條件下,曾被廣泛采用。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單經(jīng)
57、濟(jì),缺點(diǎn)是早期的故障分析法不僅需要人工分析計(jì)算,而且還要求具有一定的專業(yè)知識(shí),測(cè)距結(jié)果很難做到十分準(zhǔn)確。近年來(lái),隨著電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化的迅速發(fā)展和微機(jī)式故障錄波器的開(kāi)發(fā)應(yīng)用,故障分析法測(cè)距的全部過(guò)程可以自動(dòng)的完成,而輸電線路兩端電氣量的應(yīng)用又將使故障測(cè)距的精度大為提高。因此,這種方法有著光明的發(fā)展前景。</p><p> 這類(lèi)方法的研究早在三十年代初就已經(jīng)開(kāi)始了,目前有很大的發(fā)展,已經(jīng)提出了許多不同的測(cè)距原理和
58、方法。按所采用的電路模型來(lái)看可分為集中參數(shù)法和分布參數(shù)法;按所使用物理量的特征分,可分為工頻相量方法和瞬時(shí)值方法(大部分采用工頻量);按所需要的測(cè)量信息來(lái)分類(lèi),可分為單端電氣量法和雙端電氣量法。論文按單、雙端測(cè)距算法分類(lèi)并對(duì)主要的故障分析算法進(jìn)行介紹和評(píng)價(jià)。</p><p> 2.3.1利用單端電氣量法測(cè)距</p><p> 單端電氣量法[11~13]就是根據(jù)單端的電壓和電流以及必要的
59、系統(tǒng)參數(shù),計(jì)算出故障距離。</p><p> 單端電氣量法的測(cè)距原理如下:</p><p> 由圖2-1可以寫(xiě)出:</p><p><b> (2-1)</b></p><p> 圖2-1輸電線路發(fā)生單相接地故障原理圖</p><p> 根據(jù)疊加原理,圖2-1所示的故障線路可視為正常負(fù)荷
60、狀態(tài)和故障附加狀態(tài)的疊加。同理M端的電流也可以分解為正常負(fù)荷狀態(tài)電流和故障附加電流的疊加,如式(2-2)所示:</p><p><b> (2-2)</b></p><p> 其中和分別為M端的正常負(fù)荷狀態(tài)電流和故障附加電流。</p><p><b> ?。?-3)</b></p><p>
61、其中為M端的電流分布系數(shù):</p><p><b> ?。?-4)</b></p><p> 、分別為輸電線兩電源端的阻抗。</p><p> 將式(2-3)帶入式(2-1),可得到:</p><p><b> ?。?-5)</b></p><p> 將式(2-5)兩端
62、分別乘以的共軛復(fù)數(shù),可得到:</p><p><b> ?。?-6)</b></p><p> 對(duì)上式兩端取虛部,經(jīng)整理可求出:</p><p><b> (2-7)</b></p><p> 由式(2-7)可見(jiàn),測(cè)距結(jié)果不受過(guò)渡電阻的影響。電流分布系數(shù)一般為復(fù)數(shù)。為了簡(jiǎn)化算法,可取為實(shí)數(shù),于
63、是可以得到測(cè)距結(jié)果為:</p><p><b> ?。?-8)</b></p><p> 可以看出,由于電流分布系數(shù)并非實(shí)數(shù),故式(2-8)的結(jié)果將帶來(lái)新的誤差。</p><p> 由于單端電氣量法只使用線路一端的信息,且測(cè)量設(shè)備與保護(hù)裝備及故障錄波裝置共用同一套PT 、CT等設(shè)備,硬件投資小,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便,也不受系統(tǒng)通信條件的限制,因
64、此60多年來(lái)一直受到人們的重視。目前大多數(shù)故障測(cè)距參考文獻(xiàn)都是研究單端故障測(cè)距的特別是隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,各種微機(jī)保護(hù)和故障錄波裝置廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)。利用微機(jī)裝置所提供的條件,現(xiàn)有的絕大部分單端測(cè)距算法完全可以用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn),幾乎不需要再增加任何硬件投資這一突出優(yōu)點(diǎn)使單端測(cè)距算法的研究成為目前熱門(mén)的研究課題之一。</p><p> 近年來(lái),工頻單端電氣量法在理論和實(shí)踐兩方面都取得了豐碩的成果。
65、基于迭代法、解二次方程法和解微分方程法等開(kāi)發(fā)的微機(jī)保護(hù)和測(cè)距裝置,已在電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。目前,各種錄波裝置上的故障測(cè)距功能大多數(shù)都是單端電氣量法,而且這些算法又是建立在對(duì)稱分量法的基礎(chǔ)上的。單端電氣量法已經(jīng)從最初的簡(jiǎn)單估算發(fā)展到能較準(zhǔn)確的進(jìn)行測(cè)距;從采用較粗糙的集中參數(shù)電路模型發(fā)展到采用準(zhǔn)確的分布參數(shù)電路模型。鑒于故障測(cè)距對(duì)計(jì)算時(shí)間的要求比保護(hù)寬松的多,因而可以采用分布參數(shù)電路以獲得更高的測(cè)距精度。這種以時(shí)間換精度的方法是行之有效的。采
66、用精確分布參數(shù)模型的單端電氣量法值得進(jìn)一步深入研究。</p><p> 根據(jù)長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明,單端電氣量法具有一定的準(zhǔn)確度,基本上能滿足用戶的要求。但是可以看到,在有些情況下,測(cè)距結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)很大的誤差。究其原因主要是單端電氣量法在原理上難以消除對(duì)端系統(tǒng)阻抗等因素的影響。歸納起來(lái),對(duì)于現(xiàn)有的單端電氣量法還有以下三個(gè)主要問(wèn)題需要解決:</p><p> 1)故障過(guò)渡電阻或?qū)Χ讼到y(tǒng)阻抗
67、變化對(duì)測(cè)距精度的影響;</p><p> 2)輸電線路以及雙端系統(tǒng)阻抗的不對(duì)稱性對(duì)測(cè)距的影響;</p><p> 3)測(cè)距方程的偽根問(wèn)題。</p><p> 造成測(cè)距誤差的根本原因是存在故障過(guò)渡電阻。要消除其影響就要引入對(duì)端系統(tǒng)的阻抗,那就必然要受到對(duì)端系統(tǒng)阻抗變化的影響,這是單端電氣量法長(zhǎng)期以來(lái)一直沒(méi)有解決的一個(gè)難題。</p><p>
68、; 隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的提高和通訊技術(shù)的發(fā)展,人們相繼提出了雙端和多端故障測(cè)距方法。</p><p> 2.3.2利用雙端電氣量法測(cè)距</p><p> 雙端電氣量[14~16]法需要線路兩端的電壓、電流量,根據(jù)線路兩端的電壓和電流以及必要的系統(tǒng)參數(shù),經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)得到測(cè)距方程,解出故障距離。</p><p> 根據(jù)所需對(duì)端電氣量的不同,雙端電氣量法可以分為以
69、下兩大類(lèi),即兩端電流、一端電壓法和兩端電壓、電流法。</p><p> 1)兩端電流,一端電壓法</p><p> 由圖2-1可以寫(xiě)出下列電壓方程:</p><p><b> ?。?-9)</b></p><p> 由于對(duì)端電流量已知,因此可以得到故障點(diǎn)電流:</p><p><b&g
70、t; ?。?-10)</b></p><p> 將式(2-10)改寫(xiě)為:</p><p><b> ?。?-11)</b></p><p> 對(duì)上式兩側(cè)取虛部可得:</p><p><b> (2-12)</b></p><p> 式(2-12)表明測(cè)距結(jié)
71、果不受過(guò)渡電阻的影響。為了得到準(zhǔn)確的,兩端電流量和必須時(shí)間同步。</p><p><b> 2)兩端電壓電流法</b></p><p> 用這種方法時(shí)需要知道線路兩端的電壓和電流。因此要求由線路一端向另一端或線路兩端向調(diào)度中心傳送故障后的電壓和電流數(shù)據(jù),以便進(jìn)行故障測(cè)距計(jì)算。由圖2-1可以寫(xiě)出下列兩個(gè)電壓方程:</p><p><b&
72、gt; ?。?-13)</b></p><p><b> ?。?-14)</b></p><p> 聯(lián)立解式(2-13)和(2-14),消去,可以求出由M端到故障點(diǎn)的距離:</p><p><b> (2-15)</b></p><p> 式(2-15)表明,故障點(diǎn)距測(cè)距點(diǎn)距離x與
73、過(guò)渡電阻無(wú)關(guān),兩端電壓、電流、、、均需要同步。</p><p> 雙端電氣量法就是根據(jù)線路兩端的電壓和電流以及必要的系統(tǒng)參數(shù),經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)得到測(cè)距方程,解出故障距離。利用雙端數(shù)據(jù)的測(cè)距算法,方程數(shù)等于未知量數(shù),原理上可以完全消除故障過(guò)渡電阻的影響,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)距;但它必須使用通道來(lái)傳遞兩端的信息,還要解決兩端數(shù)據(jù)的同步和測(cè)距方程的偽根問(wèn)題。</p><p> 從現(xiàn)有參考文獻(xiàn)看,長(zhǎng)期以來(lái),人們
74、已經(jīng)對(duì)雙端電氣量法進(jìn)行了許多卓有成效的研究,并已經(jīng)從采用較簡(jiǎn)單的集中參數(shù)線路模型,深入到了采用準(zhǔn)確的分布參數(shù)線路模型算法。許多算法還考慮了線路參數(shù)不對(duì)稱對(duì)測(cè)距精度的影響。雙端電氣量法不存在原理誤差,測(cè)距算法在實(shí)現(xiàn)時(shí)間方面的要求又比保護(hù)寬松的多,因此,采用精確的分布參數(shù)模型不僅為準(zhǔn)確測(cè)距奠定了基礎(chǔ),而且對(duì)高阻故障測(cè)距也是必需的。近年來(lái),隨著通訊技術(shù)和電網(wǎng)自動(dòng)化水平的提高,雙端電氣量法由于其高精度的優(yōu)良性能,已經(jīng)逐步在電力系統(tǒng)得到應(yīng)用。但是
75、現(xiàn)有的雙端電氣量法在雙端數(shù)據(jù)同步和偽根判別等方面,尚有待改善之處。采用精確分布參數(shù)線路模型及不要求數(shù)據(jù)同步的雙端(或者多端)測(cè)距算法在原理上具有更大優(yōu)越性,是值得進(jìn)一步深入研究的方法。</p><p> 故障分析法簡(jiǎn)單易行,可借助現(xiàn)有的故障錄波裝置達(dá)到測(cè)距的目的。隨著電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化的迅速發(fā)展和微處理機(jī)式故障錄波器的開(kāi)發(fā)應(yīng)用,故障分析法測(cè)距的全部過(guò)程可以自動(dòng)完成,而對(duì)線路兩端電氣的同步采樣又將使故障測(cè)距精度大
76、為提高。因此,這種方法有著十分光明的前景。</p><p> 2.4智能化測(cè)距方法</p><p> 近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,通過(guò)建立知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)則庫(kù);可以使計(jì)算機(jī)模擬專家的行為,這種方法也正在逐步應(yīng)用于電力系統(tǒng)故障測(cè)距。這類(lèi)方法一般利用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行諧波分析,并利用輔助信號(hào)輸入來(lái)準(zhǔn)確確定故障位置。</p><p> 文獻(xiàn)[10]提到的智能化測(cè)距方法,
77、如優(yōu)化方法、卡爾曼濾波技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)、概率和統(tǒng)計(jì)決策、模糊理論和光纖測(cè)距等方法,目前多處于研究階段。開(kāi)發(fā)的采用組合架空地線的光纖測(cè)距技術(shù)是較新穎的一種智能化測(cè)距方法,已有兩套測(cè)距系統(tǒng)投運(yùn)。該方法采用復(fù)合光纖中的感應(yīng)電流為識(shí)別信息,由于該信息沿線分布的模糊性,采用模糊理論處理故障信息得出故障區(qū)段[17]。</p><p> 2.5各類(lèi)測(cè)距方法的比較</p><p> 1)單、雙端測(cè)距
78、算法的比較</p><p> 在工頻量的單端測(cè)距算法與雙端測(cè)距算法對(duì)比之下發(fā)現(xiàn),前者在測(cè)距原理上存在缺陷,無(wú)法同時(shí)消除故障電阻和對(duì)端系統(tǒng)阻抗變化的影響,后者在原理上無(wú)此誤差,可以完全消除故障過(guò)渡電阻和兩端系統(tǒng)阻抗的影響;但是前者實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)便,不依賴通信工具,不存在兩端數(shù)據(jù)同步問(wèn)題,而后者需要增加部分硬件投入,需要利用通信工具交換雙端信息,要解決雙端數(shù)據(jù)同步問(wèn)題;在測(cè)距精度方面,后者比前者可以達(dá)到更為精確的測(cè)距效果
79、。目前,兩者都得到了廣泛的應(yīng)用,但是因?yàn)楹笳咴跍y(cè)距精度方面的突出優(yōu)點(diǎn),又隨著通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展,電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的日益提高,將為后者在電力系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用開(kāi)辟新的途徑。</p><p> 2)采用集中參數(shù)和采用分布參數(shù)線路模型的測(cè)距方法的比較</p><p> 在工頻測(cè)距算法中,采用集中參數(shù)電路模型的算法與采用分布參數(shù)模型的相比,前者為簡(jiǎn)化模型,后者為精確模型;前者分析計(jì)算
80、較為簡(jiǎn)便,后者分析計(jì)算較為復(fù)雜,但后者的測(cè)距精度明顯高于前者;兩者都存在區(qū)內(nèi)偽根問(wèn)題,但由于采用了精確的線路模型,后者的偽根比前者容易處理[18]。</p><p> 3)采用工頻量和利用行波的測(cè)距方法的比較</p><p> 采用工頻量的測(cè)距方法與利用行波的測(cè)距方法相比,前者可以利用現(xiàn)已大量投運(yùn)的微機(jī)保護(hù)、錄波裝置和正在迅速發(fā)展中的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng),甚至與之融為一體,硬件投資小,
81、容易實(shí)現(xiàn);后者則需要專門(mén)設(shè)備,硬件投入大,技術(shù)較為復(fù)雜;但是在資金投入方面,前者優(yōu)于后者。在實(shí)現(xiàn)測(cè)距所需要的信息處理時(shí)間(這里所說(shuō)的時(shí)間主要是指抽取電壓電流信號(hào)的時(shí)間)方面行波法明顯優(yōu)于工頻法。隨著電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化水平的提高,故障線路切除時(shí)間將大大縮短,但再短的故障切除時(shí)間也足夠采集行波法測(cè)距所需要的信息。但對(duì)需要抽取幅值和相角的工頻測(cè)距法來(lái)說(shuō),就必須在不足一周(半周)甚至更短的時(shí)間內(nèi)從復(fù)雜的暫態(tài)波形中得到所需要的信息,無(wú)疑增加了濾波
82、算法的難度[10]。</p><p> 測(cè)距精度是測(cè)距算法的一項(xiàng)重要指標(biāo)。在測(cè)距原理上行波法(A型)幾乎不受過(guò)渡電阻和線路不對(duì)稱等因素的影響,而工頻單端測(cè)距方法則會(huì)受到上述因素的影響,同時(shí)還要受對(duì)端系統(tǒng)阻抗變化的影響。因此,從測(cè)距原理上看,在測(cè)距精度方面,行波法優(yōu)于工頻單端法。但行波法也存在反射波的識(shí)別問(wèn)題,在近區(qū)還存在無(wú)法識(shí)別反射波區(qū)域,而近端恰好是工頻單端測(cè)距法測(cè)距較準(zhǔn)確的區(qū)段。從這個(gè)意義上說(shuō),行波法和工頻
83、單端測(cè)距法具有優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)性。</p><p> 工頻雙端測(cè)距法與行波法相比,二者都不存在原理誤差,但都需要通信手段傳遞雙端信息,都存在雙端數(shù)據(jù)同步問(wèn)題;前者無(wú)死區(qū)問(wèn)題,但在信息抽取方面受故障切除時(shí)間的限制,后者有死區(qū)問(wèn)題,但只取故障行波到達(dá)兩端的兩個(gè)波頭,而且不受故障切除時(shí)間的制約;后者在測(cè)距精度上略高于前者。</p><p><b> 2.6本章小結(jié) </b>&l
84、t;/p><p> 本章分析了多種測(cè)距方法,通過(guò)對(duì)目前各種故障測(cè)距方法的研究和比較綜合評(píng)述了各種測(cè)距方法的優(yōu)點(diǎn)與不足,并對(duì)故障測(cè)距技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行了預(yù)測(cè)。</p><p> 3線路模型的建立與信號(hào)提取</p><p> 3.1輸電線路常見(jiàn)數(shù)學(xué)模型</p><p> 由于正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)三相是對(duì)稱的,三相參數(shù)完全相同,三相電壓、電流的有
85、效值相同,所以可用單相電路代表三相。因此,對(duì)電力線路只作單相等值即可。嚴(yán)格地說(shuō),電力線路的參數(shù)是均勻分布的,但對(duì)于中等長(zhǎng)度以下的電力線路可按集中參數(shù)來(lái)考慮。這樣,使其等值電路可大為簡(jiǎn)化。對(duì)于長(zhǎng)線路則要考慮分布參數(shù)的特性。</p><p> 3.1.1 R-L模型</p><p> 對(duì)于長(zhǎng)度不超過(guò)100km的架空電力線路,線路額定電壓為60kV及以下者,以及不長(zhǎng)的電纜電力線路,電納的影響
86、不大時(shí),可認(rèn)為是短電力線路[19]。短電力線路由于電壓不高,電導(dǎo)、電納的影響可以不計(jì)(G=0,B=0),那么,短線路的阻抗,則為</p><p><b> ?。?-1)</b></p><p> 式(3-1)中,為短線路的長(zhǎng)度。短線路的等值電路,如圖3.1所示。</p><p> 圖3-1 R-L模型等值網(wǎng)絡(luò)</p><
87、p> 從圖中直接可得出線路首末端電壓、電流方程式:</p><p><b> ?。?-2)</b></p><p> 寫(xiě)成二端口網(wǎng)絡(luò)方程式:</p><p><b> ?。?-3)</b></p><p> 不難求得。那么雙端系統(tǒng)短線路發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)和輸電線</p><
88、;p> 路的等值線路如圖3-2所示。</p><p> 圖3-2 R-L模型的等值網(wǎng)絡(luò)圖</p><p> 其中,,,,,。為端端到故障點(diǎn)的距離占線路全長(zhǎng)的百分比。、、分別為輸電線路的電阻、電感和故障點(diǎn)處的過(guò)渡電阻。、為母線M、母線N出口側(cè)的電流。</p><p> 3.1.2 π型或T型模型</p><p> 線路電壓等級(jí)為
89、110kV-220kV,架空電力線路長(zhǎng)度為100km~300km,電纜電力線路長(zhǎng)度不超過(guò)100km的電力線路,可視為中等長(zhǎng)度的電力線路[20]。此種電力線路由于電壓高,線路的分布電容比較大,其影響不能忽略,只是晴天可按無(wú)電暈考慮,那么電暈影響可不計(jì),G=0,于是有:</p><p><b> ?。?-4)</b></p><p> 式(3-4)中,為短線路的長(zhǎng)度。這
90、種線路可采用型或T型等值電路,如圖3-3所示。</p><p> 圖3-3 π型等值電路</p><p> 其中π型電路較為常見(jiàn)。由π型等值電路,可得電力線路首末端的電壓、電流方程式為:</p><p><b> ?。?-5)</b></p><p><b> 寫(xiě)成矩陣方程式:</b><
91、/p><p><b> ?。?-6)</b></p><p> 與二端口網(wǎng)絡(luò)方程式相比較,可以得到四個(gè)常數(shù),,,</p><p> 。那么雙端系統(tǒng)短線路發(fā)生故障時(shí)的系統(tǒng)和輸電線路等值線路如圖3-4所示。</p><p> 圖3-4 π模型的等值網(wǎng)絡(luò)圖</p><p> 其中,,,,,。為端端到
92、故障點(diǎn)的距離占線路全長(zhǎng)的百分比。、、分別為輸電線路的電阻、電感和故障點(diǎn)處的過(guò)渡電阻。、為母線M、母線N出口側(cè)的電流。</p><p> 3.1.3分布參數(shù)模型</p><p> 一般長(zhǎng)度超過(guò)300km的架空電力線路和長(zhǎng)度超過(guò)100km的電纜電力線路稱為長(zhǎng)線路。對(duì)于這種線路,導(dǎo)線之間的漏電導(dǎo)和電容不能忽略,則沿導(dǎo)線各處的電流不相同,導(dǎo)線的電阻、電感就不能按集中參數(shù)考慮,因此導(dǎo)線間各處的電
93、壓也不相同,線間的電導(dǎo)和電容也不能按集中參數(shù)考慮。這時(shí),我們必須考慮參數(shù)的分布性。因此,必須采用分布參數(shù)電路模型進(jìn)行故障測(cè)距。</p><p> 設(shè)有長(zhǎng)度為的輸電線路,其參數(shù)沿線均勻分布,單位長(zhǎng)度的阻抗和導(dǎo)納分別為,。在距末端處取一微段,可做出分布參數(shù)的等值電路如圖3-5所示。</p><p> 圖3-5 分布參數(shù)等值電路</p><p> 根據(jù)此等值電路,可
94、以導(dǎo)出輸電線路的長(zhǎng)線方程。如果已知末端電壓電流、,則沿線路距終端x處的電壓電流、為:</p><p><b> ?。?-7)</b></p><p> 其中,是由線路參數(shù)決定的復(fù)常數(shù),稱為傳播常數(shù),其實(shí)部稱為衰減常數(shù),代表每公里電壓電流幅值的衰減;虛部稱為相位常數(shù),代表電壓和電流波每公里的相位變化。稱為線路的特性阻抗,也稱為波阻抗,它反映輸電線各點(diǎn)電壓波和電流波間的
95、關(guān)系。</p><p> 同理,如果已知的是線路首端的電壓和電流、時(shí),同樣可以得到距離首端處的電壓電流、為</p><p><b> (3-8)</b></p><p> 分布參數(shù)模型(以長(zhǎng)線方程來(lái)表示)精確地考慮了分布電容的影響,實(shí)際上,不論線路長(zhǎng)短,它都是適用的。但是,它的物理模擬非常困難,這是它的致命弱點(diǎn)。</p>&
96、lt;p> 比較這三種等值電路可見(jiàn),對(duì)于短線路可以采用R-L模型或π型模型,這樣可以簡(jiǎn)化運(yùn)算,同樣也可采用分布參數(shù)模型,對(duì)于長(zhǎng)線路,如不考慮其分布參數(shù)特性將給計(jì)算帶來(lái)相當(dāng)大的誤差。其中以電阻值為最大,電抗次之,電納最小,所以一般都采用分布參數(shù)模型。</p><p> 3.2 數(shù)字濾波算法</p><p> 高壓輸電線路發(fā)生故障后,在最初的瞬變過(guò)程中,電壓和電流信號(hào)由于混有衰減直
97、流分量和復(fù)雜的諧波成分而發(fā)生嚴(yán)重畸變,所以選擇一種合適的濾波算法對(duì)于故障測(cè)距具有很重要的意義。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中,有兩種可供選擇的方案,一種是傳統(tǒng)的模擬濾波器,一種是數(shù)字濾波器,目前大多采用數(shù)字濾波。數(shù)字濾波器具有如下優(yōu)點(diǎn):濾波精度高;可靠性高;模擬元件容易受到環(huán)境和溫度的影響,而數(shù)字濾波器所受影響較少;靈活性高;數(shù)字濾波器改變性能只要改變算法或者某些系數(shù),模擬濾波器器就麻煩得多。</p><p> 目前濾波算法有很
98、多,常用的有傅氏濾波、帶通濾波、最小二乘法等?,F(xiàn)逐一進(jìn)行介紹。</p><p> 3.2.1 全波傅氏算法</p><p> 該算法假定被采樣信號(hào)是一個(gè)周期性的時(shí)間函數(shù),除基波外還含有不衰減的直流分量和各次諧波[21]:</p><p><b> ?。?-9)</b></p><p> 、分別為各次諧波的正弦項(xiàng)和余
99、弦項(xiàng)的振幅;</p><p><b> A為直流分量的值;</b></p><p> 、分別為基波分量的正弦項(xiàng)和余弦項(xiàng)的振幅,可采用矩形法求得:</p><p> (3-10) </p><p> ?。?-11) </p&g
100、t;<p><b> ?。?-12)</b></p><p><b> (3-13)</b></p><p> 其中N為一個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù),為一個(gè)周波的第次采樣值,n表示n次諧波,X為各次諧波分量有效值,為各次諧波初相角。當(dāng)n=l時(shí),得到信號(hào)中的基波分量有效值、相角,進(jìn)而根據(jù)三相信號(hào)的基波分量,求出正序、負(fù)序、零序電壓,求出正序
101、、負(fù)序、零序電流。全波傅氏算法假定被采樣信號(hào)是周期性的,此時(shí)可準(zhǔn)確地求出基頻分量。如被采樣信號(hào)中含有按指數(shù)規(guī)律衰減的成分。用此法計(jì)算基波分量會(huì)有一定的誤差。</p><p> 3.2.2 全波差分傅氏算法</p><p> 系統(tǒng)故障時(shí),往往產(chǎn)生較大的衰減直流分量,為濾掉衰減直流分量的影響,又提出了全波傅氏差分算法[22]。</p><p> 設(shè)系統(tǒng)故障時(shí)的電壓
102、電流信號(hào)為:</p><p> ?。?-14) </p><p> 其中: 為信號(hào)衰減直流分量,、為k次諧波的幅值和初相位。傳統(tǒng)的全波傅氏算法使用傅立葉變換求出基波分量和各次諧波分量,由于傳統(tǒng)算法基于采樣信號(hào)是周期性的,而實(shí)際信號(hào)有衰減直流分量的存在,并不是周期性的,因而往往帶來(lái)較大的計(jì)算誤差。為了降低衰減直流分量影響,采用了差分傅氏算法,用采樣值之差代替,輸入到原來(lái)的數(shù)字濾波器中
103、。它假設(shè)在采樣間隔期間的變化不大,因此可濾除衰減直流分量的影響。其缺點(diǎn)是:計(jì)算量因每點(diǎn)均要計(jì)算差值而增加許多,且增加了算法對(duì)高頻分量的敏感度。</p><p><b> (3-15)</b></p><p><b> ?。?-16)</b></p><p><b> (3-17)</b></
104、p><p><b> ?。?-18)</b></p><p> 上述計(jì)算式子中各個(gè)字母表示的意義同上面的全波傅氏算法。</p><p> 3.2.3 帶通濾波</p><p> 用加窗法設(shè)計(jì)一個(gè)35Hz—65Hz的前置有限沖擊響應(yīng)帶通濾波器[23]。假設(shè)理想帶通濾波器下邊帶截止頻率Hz,上邊帶截止頻率Hz,。選用海明窗
105、作為窗口函數(shù)。</p><p> 設(shè)帶通時(shí)延為,理想帶通濾波器頻譜特性為:</p><p><b> ?。?-19)</b></p><p> 由可以求得理想單位脈沖響應(yīng)為: </p><p><b> ?。?-20)</b></p><p> 這是一個(gè)以為中心的偶對(duì)稱
106、的無(wú)限長(zhǎng)非因果序列,為滿足線性相位特性,需要滿足偶對(duì)稱性,即,應(yīng)取。</p><p> 再取海明窗作為截取窗口,海明窗函數(shù)序列w(n)如下式:</p><p><b> ?。?-21)</b></p><p> 所以,該FIR帶通濾波器的單位脈沖響應(yīng)為:</p><p><b> ?。?-22)</b
107、></p><p> 由此所導(dǎo)出的差分方程為:</p><p><b> ?。?-23)</b></p><p> 再對(duì)上面的序列值進(jìn)行全波傅氏濾波,就可以得到幾乎接近于基波的電壓、電流信號(hào),在此基礎(chǔ)上再運(yùn)用適當(dāng)?shù)墓收蠝y(cè)距算法,就可以得到較為精確的故障測(cè)距結(jié)果。 </p><p> 3.2.4 最小
108、二乘濾波算法</p><p> 最小二乘法是誤差理論中的重要方法之一,它廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理和自動(dòng)控制等領(lǐng)域中。最小二乘濾波算法的出發(fā)點(diǎn)是假定輸入信號(hào)的有效信息符合某一確定的數(shù)字模型,使輸入信息最大限度的擬合于這一模型,并將擬合過(guò)程中剩余的部分作為誤差量,使其均方誤差值達(dá)到最小。它從根本上講是一種曲線擬合。曲線擬合首要的問(wèn)題是確定數(shù)學(xué)模型。當(dāng)輸入信號(hào)中含有衰減直流分量以及非整次諧波分量時(shí),它可以寫(xiě)成如下形式:&l
109、t;/p><p><b> (3-24)</b></p><p> 其中:W為非整次諧波分量及噪聲。</p><p> 對(duì)于衰減直流分量,通常將它展開(kāi)為如下形式:</p><p><b> ?。?-25)</b></p><p> 然后通過(guò)曲線擬合,求出它的幅值和相角,從
110、而確定其數(shù)學(xué)模型對(duì)于整次諧波分量,可以包括到數(shù)學(xué)模型中,諧波次數(shù)受采樣頻率的限制該方法的運(yùn)算量特別大。如果為了提高計(jì)算速度,不得不減少諧波次數(shù),而這又影響算法的精度。這是最小二乘算法不能在電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的原因之一。</p><p><b> 3.3 本章小結(jié)</b></p><p> 本章首先介紹了幾種輸電線路模型,對(duì)于論文所研究的高壓輸電線路,一般采用分布參數(shù)
111、模型。同時(shí)由于在發(fā)生故障后,電壓和電流信號(hào)發(fā)生嚴(yán)重畸變,所以要選擇一種合適的濾波算法,本章主要介紹了幾種常用的濾波方法。</p><p> 4單回線雙端電氣量故障測(cè)距算法</p><p> 早在雙端電氣量測(cè)距之前,單端電氣量測(cè)距應(yīng)用廣泛,但是單端電氣量法存在以下三個(gè)主要問(wèn)題:(1)故障過(guò)渡電阻或?qū)Χ讼到y(tǒng)阻抗變化對(duì)測(cè)距精度的影響;(2)輸電線路以及雙端系統(tǒng)阻抗的不對(duì)稱性對(duì)測(cè)距的影響;(3
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 眾賞文庫(kù)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 輸電線路單相接地故障測(cè)距算法研究畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
- 輸電線路單相接地故障保護(hù)算法研究.pdf
- 輸電線路單相接地故障定位系統(tǒng)的研究.pdf
- 電力系統(tǒng)輸電線路單相接地故障選線與測(cè)距.pdf
- 35kV輸電線路單相接地故障選線算法與試驗(yàn)研究.pdf
- 配電線路單相接地故障定位方法的研究.pdf
- 10kv配電線路單相接地故障分析
- 配電線路單相接地故障行波定位技術(shù)的研究.pdf
- 城市配電線路單相接地故障定位方法的研究.pdf
- 復(fù)雜輸電線路故障測(cè)距算法研究.pdf
- 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文基于輸電線路的行波故障測(cè)距方法研究
- 架空輸電線單相接地電流在OPGW沿線分布研究.pdf
- 混合輸電線路故障測(cè)距算法研究.pdf
- 輸電線路故障測(cè)距研究.pdf
- 同桿輸電線路的故障測(cè)距算法
- 高壓輸電線路故障測(cè)距算法的研究(1)
- 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障測(cè)距研究.pdf
- 小電流接地系統(tǒng)單相接地故障測(cè)距方法研究.pdf
- 【優(yōu)秀畢業(yè)論文】高壓架空線路單相接地故障組合行波測(cè)距及其matlab仿真
- 10kv配電線路單相接地故障分析及處理方法
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論