一种单/双回输电线路全线高精度故障测距方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统中继电保护领域，特别涉及一种单/双回输电线路全线高精 度故障测距方法。
【背景技术】
[0002] 输电线为远距离、大容量电能传输的关键。在电力系统中，输电线路是发生故障机 率最高的电气元件。快速精准地确定输电线路故障位置，能方便故障排除，快速恢复供电， 减少经济损失。因此，从事输电线故障测距研究对促使电力系统安全稳定运行具有极为重 要的意义。目前，关于输电线路得故障测距研究很多。其主要有基于故障暂态行波的暂态行 波法和基于工频量的故障分析法两类。暂态行波法因波头捕获困难、波速无法确定、滤波复 杂、设备投入大等缺陷，还未能实际工程中得到广泛应用。故障分析法是在线路故障时利用 测量电压、电流值，通过分析和计算求出故障点的距离。传统测距方法多归于此类，并广泛 应用于工程实际中。但因其测距原理复杂，精度不易控制等缺点而常遭人诟病。同时，故障 测距还可按所用电气量来划分为单端测距和双端测距两大类。单端测距法仅利用输电线路 一端的测量数据确定输电线路故障位置，测距精度易受对侧运行方式的影响;双端测距法 利用输电线路两端测量数据确定输电线路故障位置，能有效克服单端测距的缺陷，测距精 度高，基本上不存在原理误差。
[0003] 在现今诸多故障测距方案中，特别是单端测距，普遍存在故障点离母线端越远，故 障测距误差越大的特点。对于架空线全线而言，中点到线路两端的短距离长度最远，这就让 线路中点成为了制约全线故障测距精度的瓶颈。所以，为实现全线高精度测距，迫切需要找 出一种能解决线路中间段测距精度不足问题的测距方案。同杆并架双回线路因其自身的优 点:输送容量大、节约土地资源、线路维护简单等，在高压输电中占有重要的地位。与单回线 相比，双回线又存在其固有的电气结构特点，如:线间互感、跨线故障等，直接把单回线的保 护用于双回线中将很难满足双回线的保护要求。现阶段双回线的主流保护方案仍多是对单 回线保护改进后的延用。
【发明内容】
[0004] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种单/双回输电线路全线高精度故 障测距方法，主要解决如下问题：1)、解决远距离、大容量的输电线路故障测距问题，实现 单/双回输电线路的全线高精度测距;2)、克服单回线与双回线电气特征差异对测距带来的 影响，确保算法无论是在单回线还是双回线中均能对故障进行精确测距;3)、保证对线路中 间段故障的高精度测距，解决现有许多测距方案在对线路中间段故障测距精度不足的问 题;4)、保存双端故障测距法的优点，克服故障分析测距法运算复杂的缺陷。该方法具备在 单/双回线中均可适用;且对线路中间段故障具有极高的测距精度的优点。
[0005] 本发明所采用的技术方案是：
[0006] -种单/双回输电线路全线高精度故障测距方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤一:根据故障线路的电网络结构，做出输电系统等值网络图，标注输电系统参 数；
[0008] 步骤二:对输电线路两端的测量数据进行FFT计算，根据需要选取工频量进行故障 测距；
[0009] 步骤三:对输电线路两端的三相电流、电压测量值进行对称变换；
[0010] 步骤四：按照新的端电压幅值比较测距原理，推导故障测距判据式，代入两端电 流、电压测量值和输电线路参数进行故障测距；
[0011]步骤五:在双回线故障测距过程中，根据双回线的等值网络结构特征进行等效变 换；
[0012] 步骤六:对等效变换后的双回线等值网络结构与单回线故障测距同理，采用线路 两端电压幅值比较故障测距原理进行故障测距。
[0013] 步骤七:对故障测距结果进行误差分析，根据需要对测距结果进行适当的修正。
[0014] 根据故障线路的结构做出输电系统等值网络图为负序网络等效图；获取的输电系 统参数为负序参数。在电力系统中，负序量是伴随着系统的不平衡运行而产生的；与正序分 量相比不受负荷量的影响，与零序分量相比在相间不接地故障运行中依然存在，能很好的 反映输电系统在非对称性故障时的电气特性。所以在本发明中采用负序量实行故障测距， 相应的要画出负序等效图，标注负序参数。
[0015] 本发明选取FFT变换后的工频量进行故障测距，选用工频量可以将高频暂态信号 和衰减的非周期分量作为干扰滤除掉，应用于故障测距中其测距性能将会稳定可靠。
[0016] 获取输电线路两端系统参数的方法为在线计算法，即，依据欧姆定律，代入两母线 端电流、电压测量值在线计算得出线路参数。通过在线计算获取参数使得故障测距所用的 参数更加的具有实时性，能更准确的反映系统运行时的系统实际参数，有效的克服测距计 算引用的参数与实际系统运行参数之间的误差。
[0017] 对测量数据变换是一种将A、B、C三相分量变为正，负，零序的对称变换法，取其负 序分量用于故障测距。因为负序分量不受负荷分量的影响，且伴随着系统的非对称故障而 产生，非常适合应用到故障测距中。
[0018] 基于线路两端电压幅值比较原理的故障测距方法，通过列写故障线路等值网络下 的两端计算电压幅值比，推导出的故障点距离端点长度所占线路总长的比例函数，从而实 现故障测距。端电压幅值比较故障测距方法对输电线路中间段的测距精度极高，特别是对 线路中点故障测距误差近乎为0。
[0019] 对双回线的输电线路的等值网络图进行△ -Y变换，变换包括故障线路参与变换 和故障线路不参与变换两种方式。通过对双回线进行等效变换可以在不改变电气关系的基 础上，变换等值网络结构，便于本发明的测距方法在双回线中的应用。
[0020] 对两种等效变换后的双回线等效网络图进行定位分析，故障线路参与变换方式完 好地保存了线路两端系统等值;故障线路不参与变换方式则保证了故障支路结构不发生变 化。这两种变换方式下推导出的端电压幅值比较故障测距判据式是相同的，所以在测距应 用中可以根据需要合理的选择，且两种变换可以相互验证。
[0021] 对故障测距结果进行误差分析时，令故障测距偏差：ε =测量距离-实际距离。输电 线路上ε呈线性分布，在线路中点过零值。用最小二乘拟合法得ε的分布函数，根据需要对近 母线端故障测距进行修正，可进一步提高全线故障测距精度。
[0022]本发明一种单/双回输电线路全线高精度故障测距方法，技术效果如下：
[0023] 1)、本发明方法有效地继承了双端故障测距法的优点，测距精度高。
[0024] 2)、本发明测距精度不受过渡电阻的影响。
[0025] 3)、相对多数基于工频量的故障分析测距法来说，本发明故障测距算法运算简单。
[0026] 4)、本发明对线路中间段故障测距精度极高，尤其是对中点故障测距基本零误差， 弥补了现有故障测距法面临的中间段测距精度不足问题。
[0027] 5)、本发明应用范围广，除了对单回线在双回线中也有良好的测距效果，同样适用 于变换后的双回线序网络结构。
[0028] 6)、测距误差曲线沿线随着线性分布，可根据误差曲线分布函数进一步对测距结 果加以修正，尤其是对近母线端故障的测距精度提高明显。
【附图说明】
[0029]图1为本发明实施例中单回线负序网络结构图。
[0030]图2为本发明实施例中双回线的负序网络结构图。
[0031] 图3为本发明实施例中故障支路参与等效变换的双回线负序等效图。
[0032] 图4为本发明实施例中故障支路不参与等效变换的双回线负序等效图。
[0033]图5为本发明实施例中修正前的误差曲线图。
[0034]图6为本发明实施例中修正后的误差曲线图。
[0035]图7为本发明方案总图。
【具体实施方式】
[0036] 一种单/双回输电线路全线高精度故障测距方法，包括以下步骤：
[0037]步骤一:根据故障线路的电网络结构，做出输电系统等值网络图，标注输电系统参 数；
[0038]步骤二:对输电线路两端的测量数据进行FFT计算，根据需要选取工频量进行故障 测距。
[0039]步骤三:对输电线路两端的三相电流、电压测量值进行对称变换；
[0040]步骤四：按照新的端电压幅值比较测距原理，推导故障测距判据式，代入两端电 流、电压测量值和输电线路参数进行故障测距；
[0041]步骤五:在双回线故障测距过程中，根据双回线的等值网络结构特征进行等效变 换。
[0042]步骤六:对等效变换后的双回线等值网络结构，与单回线同理:采用线路两端电压 幅值比较故障测距原理进行故障测距。
[0043]步骤七:对故障测距结果进行误差分析，根据需要对测距结果进行适当的修正。 [0044]选取FFT变换后的工频量进行故障测距，其中，输电线路两端测量数据包括三相电 流、电压的幅值和相位，用实部和虚部形式表示。
[0045]获取输电线路两端系统参数的方法为在线计算法，即，依据欧姆定律，代入两母线 端电流、电压测量值在线计算得出线路参数。
[0046]对测量数据变换是一种将A、B、C三相分量变为正、负、零序的对称变换法，取其负 序分量用于故障测距。
[0047]基于线路两端电压幅值比较原理的故障测距方法，通过列写故障线路等值网络下 的两端计算电压幅值比，推导出的故障点距离端点长度所占线路总长的比例函数，从而得 到实现故障测距的判据式，代入数据即可实现故障测距。
[0048] 对双回线的输电线路的等值网络图进行△ -Y变换，变换包括故障线路参与变换 和故障线路不参与变换两种方式。故障线路参与变换完好的保存了线路两端系统部分;故 障线路不参与变换保证了故障支路结构不发生变化，可根据测距需要合理选取。
[0049] 对两种等效变换后的双回线等效网络图进行分析，因为推导出的端电压幅值比较 故障测距