一种采用时间判别法的混合线路故障行波定位方法.pdf

  • 文档大小:401.9 KB
  • 文档格式:pdf
  • 约 6页
  • 2021-06-13 发布
  • 举报
一种采用时间判别法的混合线路故障行波定位方法1 一种采用时间判别法的混合线路故障行波定位方法2 一种采用时间判别法的混合线路故障行波定位方法3 一种采用时间判别法的混合线路故障行波定位方法4 一种采用时间判别法的混合线路故障行波定位方法5 一种采用时间判别法的混合线路故障行波定位方法6
已阅读完毕,您还可以下载文档进行保存
文档单价:6.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档
  1. 1、本文档共6页,内容下载后可编辑。
  2. 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,可选择认领。
  3. 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细先通过免费阅读内容等途径辨别内容交易风险。如存在严重挂羊头卖狗肉之情形,可联系本站下载客服投诉处理。
第45卷第1期2017年1月1日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControl、,01.45No.1Jan.1,2017DOI:10.7667/PSPC160003一种采用时间判别法的混合线路故障行波定位方法刘顺桂,李勋,张宏钊,邹世明(1.深圳供电局有限公司,广东深圳518048;2.长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙410114)摘要:为解决三段式混合线路故障测距问题,在分析混合线路行波传播特性的基础上,提出一种采用时间判别法的混合线路故障行波测距方法。首先,假定故障发生路段,利用故障暂态行波到达双端母线测量端的时间差值来推算出故障暂态行波在该路段内传播到线路两侧的时间差值。然后,通过该时间差值与故障发生在该线路首端和末端的时间差值进行比较,选出满足条件的时问差值并结合双端原理给出测距结果。PSCAD仿真结果表明,采用时问判别法的混合线路故障行波测距方法可以准确、可靠地给出测距结果。关键词:混合线路;行波;传播特性:双端原理;故障测距AtravelingwavefaultlocationmethodofhybridlineusingtimediscriminationLIUShungui,LIXun,ZHANGHongzhao,ZOUShiming(1.ShenzhenPowerSupplyCo.,Ltd.,Shenzhen518048,China;2.CollegeofElectricalandInformationEngineering,ChangshaUniversityofScienceandTechnology,Changsha410114.China)—Abstract:Inordertosolvethefaultlocationproblemofthethreestagehybridline,atravelingwavefaultlocationmethodwithtimediscriminationisproposedbyanalyzingthetravelingwavepropagationcharacteristicsofthehybridline.Firstly,thefaultsectioniSassumedandthetimeerrorsofthefaulttransienttravelingwavearecalculatedusingthetimeerrorsthatthefaulttransienttravelingwavereachedtheendofthebustermina1.Then,thetimeerrorsareselectedthatsatisfiedconditionsandtheresultsaregivenwiththedouble。endedmethodbvcompngthistimeerrorswiththetimeerrorsthatthefaultoccurredonthefirstandtheendoftheline.ThePSCADsimulationshowsthattheproposedtravelingwavefault1ocationmethodofhybridlinewithtimediscriminationcangiveallaccurateandreliableresult.—Keywords:hybridline;travelingwave;propagationcharacteristic;doubleendedmethod;faultlocation0引言随着现代化城市建设工程的不断推进,线缆混合的线路结构应用越来越广泛。在市外,为了节约成本,常选用架空线路进行输电,而在市内,为了美化市容、节约土地资源等,则采用敷设电缆的方式进行输电,且常在变电站侧采用架空线路进行输电。另外,为跨越大水道、海峡等特殊工况,也采用该供电模式,从而使得架空线一电缆一架空线三段式线缆混合输电线路应用越来越广泛【l】。当线缆混合线路发生故障时,由于故障行波传播特性较复杂,其故障定位方法的研究显得尤为重要。国内外学者己提出大量的输电线路故障定位方法L2引,根据测距原理的不同,主要分为阻抗法和行波法;根据测距所用电气量的不同,主要分为单端法和双端法;根据所需数据是否同步,分为同步数据法和不同步数据法。文献[11]提出一种基于快速本征模态分解和能量算子的多端输电线路行波故障定位方法,该方法首先由能量突变点确定故障初始行波到达时刻,再利用故障支路判定矩阵求得故障支路,最终计算故障距离的均值。整个计算过程相对复杂,工程实现有一定难度。文献[12]提出通过分析线路两侧得到的电压与电流电气量来给出测距结果,但此分析方法只适用于正弦模型,钡4距精度受高次谐波和非周期分量的影响较大,不利于实现。文献[13.14]提出利用双端法来进行初步故障测距,再由单端法给出准确测距结果。这种方法消除了线路给定长度误差和双端时间同步误差,但此类方法仅适用于单一线路或者两段式混合线路。文献[15]提出基于混合输电线路分布参数模型的单端、双端两种故障测距算法,无需时间同步,但此方法只适用于比较简单的两段混合线路,对于多段混合一42一电力系统保护与控制线路判断依据会比较复杂,测距误差也会随之增加。文献[16]针对提出一种单端测距方法,只需利用线路一端的电流电压电气量即可给出测距结果,但此方法测距精度受故障类型以及过渡电阻的影响。文—献[17211提出波速度单一化处理的双端测距方法,此方法归算过程复杂,需要精确的时间同步,难免引起测距误差。文献[22]提出一种分段式补偿原理的双端行波测距方法,但此方法在应用到三段式混合线路时,需要首先进行时间补偿判断区段后,再给出测距结果,原理较为复杂。文献[23]提出一种基于时间中点法的行波定位方法,但此方法需要首先确定时间中点的位置,然后选定故障搜索方向进行故障搜索,找到故障点后再由时间距离推算出故障点到测量装置实际的距离,过程较复杂。本文所提方法无需确定时间中点位置和故障搜索方向,无需考虑复杂的故障行波传播过程,原理简单,只需利用故障行波到达母线两侧测量端的时间差值即可给出测距结果,具有较高的工程应用价值。1线缆混合输电线路故障行波传播特性图1中,s和R分别表示线缆混合线路两端母线侧,F表示线缆混合输电线路故障发生的位置,P和O分别表示电缆与架空线的连接点,1、2、3分别表示架空线SP段、电缆PO段和架空线OR段总长度,DsF、DRy分别表示故障点F到母线S端和R端的距离,ts1和1分别表示故障行波到达线路S端和R端母线的绝对时刻。一——————————£.一£:-一——厶———一——————一—————DRI●—,一,、+I<\.一一一一一~.h__-l_..、,、,、,、图1线缆混合输电线路故障行波传播示意图Fig.1Diagramoffaulttravelingwavepropagationforhybridtransmissionline从图1中可以看出,当线缆混合线路在电缆段发生故障后,故障行波从故障点F处同时向两端母线S侧和R侧传播,向S侧传播的故障行波经过架空线与电缆的连接点P处发生一次折射和反射后,折射行波继续向母线S侧传播并首次到达母线s侧,并在S侧发生一次折射和反射;而向R侧传播的故障行波经过电缆与架空线的连接点O处发生一次折射和反射后,折射行波继续向母线R侧传播并首次到达母线R侧,并在R侧发生一次折射和反射,如此周而复始,由于后续复杂的行波折反射过程不用于测距,图中并未画出。2线缆混合线路故障行波定位方法2.1各区段双端时间的给定在线缆混合输电线路两端母线侧测量装置中采集故障行波到达线路两端测量装置的时间差,记为:At=ts1一1,故障行波在架空线和电缆中的传播速度分另U记为v1口v2。假设故障发生在架空线SP段时,有:△fs一:生一生一生一生(1)嵋嵋1;2由式(1)可推导出故障暂态行波在架空线SP段△内传播到该线路两侧的时间差值,记为,且其计算公式为:△生一生:f+生+鱼(2)哆同理,假设故障分别发生在电缆PO段和架空线OR段内时,可推导出故障暂态行波在电缆PO段和架空线OR段内传播到该线路两侧的时间差值,分别记为At2和At3,其计算公式分别为△△f,:生一生:一生+生(3):一△生:f一生一生(4)V1V2.2故障测距结果若一生生,则故障点到母线S侧的距离V由式(5)给出:1Ds=÷×△(厶+)(5)△若一生生,则故障点到母线S侧的距V2离由式(6)给出:1DsF=厶+,×(十v ̄At:)(6)≤△若一生生,则故障点到母线S侧的距离由式(7)给出:1F=厶+十÷×(厶+vlAt3)(7)刘顺桂,等一种采用时间判别法的混合线路故障行波定位方法—.433仿真验证3.1建立仿真模型利用电磁暂态仿真软件PSCAD建立如图2所示500kV线缆混合输电线路模型,其中,S端和R端的系统电抗均为0.0314Q,L1为124.411km,L2为31.4km,L3为13.468km,F】点距离S端的距离25km,F2点距离S端的距离138.411km,F3点距离S端的距离160.811km,仿真频率为1MHz,仿真模型如图2所示。‘————————————l一一一厶图2500kV线缆混合输电线路电路图Fig.2Diagramof500kVhybridtransmissionline模型中架空线路为水平布置的不换位架空输电线路结构,具体如图3所示。图中,C1、C2代表ConduetorIns ̄amrlSheathInsulator2ArmourInsulator3一÷Cable10m架空地线,C3、C4、C5代表A、B、C三相线,导线选用LGJQ--300x4,直径23.7mm,4分裂,裂相距离45cm,直流电阻0.108Q/km。地线选用2 ̄LHGJJ--90(分段接地),直径14.84mm,直流电阻0.374f ̄/km。根据架空线路几何参数可求得故障行波在架空线路中的传播速度为294km/ms。电缆的几何参数如图4所示。…………8m一《了i22.5m喜….0.45m/131TI毯18mTower:杆塔1iConductors:LGJQ-300×4Ground—Wires:2xHGJJ・900m…》图3架空输电线路结构图Fig.3StructurediagramofoverheadtransmissionlineConductorInsulator1SheathInsulator2ArmourInsulator3图4电缆几何参数分布图Fig.4Diagramofthegeometricparametersofcable由电缆几何参数可求得行波在电缆线路中的传播速度为192klT ̄ms。由此可得:1/1,1=423.167gs,L2/V2=163.542/as,L3/Vl=45.810/as。3.2故障仿真(1)F】点故障设=0时,在F点发生A相接地故障,故障初始角为90。,过渡电阻为20Q。线缆混合线路两端测得的故障相电流与故障相电压波形如图5所示。通过波形分析,可得故障行波到达S端和R端的初始时刻分别为ts1=68gs,tR1=566/as。可计算出At=tsl-tRl=一497/as,代入式(1)~式(3)可得:Atl=一287.648ps,At2=一874.357/as,At3=一1083.708s,满足一423.167gsSAt15423.167gs,代入式(4)可得:DSF=19.921244km,测距误差为78.756m。(2)F2点故障设f:0时,在F1点发生A相接地故障,故障初始角为90。,过渡电阻为20Q。线缆混合线路两端测得的故障相电流与故障相电压波形如图6所示。通过波形分析,可得故障行波到达S端和R端的初始时刻分别为ts1=495gs,1=137ps。可计算出At=ts1-N1=358gS,代入式(1)-式(3)可得:Atl567.351/as,At2一19.357txs,At3=一228.708/as,满足一163.542gs<At2<163.542las,代入式(5)可得:DsF=138.252728km,测距误差为158.272m。电力系统保护与控制≤姜≤耋t/gs(a)s端故障相电流与电压行波波形tips(b)R端故障相电流与电压行波波形图5F1点故障时S和R端的故障相电流与电压行波波形Fig.5DiagramofwaveformsofthefaultphasecurrentandvoltageoftheendofSandRfortheF1pointoffailure堇≤t/p,s(a)S端故障相电流与电压行波波形t/gs(b)R端故障相电流与电压行波波形图6F2点故障时s和R端的故障相电流与电压行波波形Fig.6DiagramofwaveformsofthefaultphasecurrentandvoltageoftheendofSandRfortheF2pointoffailure(3)F3点故障设t=0时,在Fl点发生A相接地故障,故障初始角为90。,过渡电阻为20Q。线缆混合线路两端测得的故障相电流与故障相电压波形如图7所示。>S≤量100200300400500600700t/its(a)s端故障相电流与电压行波波形t/Its(b)R端故障相电流与电压行波波形图7F3点故障时S和R端的故障相电流与电压行波波形Fig.7DiagramofwaveformsofthefaultphasecurrentandvoltageoftheendofSandRfortheF3pointoffailure通过波形分析,可得故障行波到达S端和R端的初始时刻分别为ts1=603gs,tR1=29gS。可计算出At-'---tSl-tR1=574gS,代入式(1)-式(3)可得:Atl=783.351gs,At2=196.643us,At3=一12.708gs,满足一45.810gs<At3<45.810gs,代入式(6)可得:DSF=160.676924km,测距误差为134.076m。表1给出了线缆混合线路在6个不同位置发生故障时,应用本文所提方法得到的故障定位结果和误差,并与文献[22]所提时间中点法所得到的测距结果进行比较。从表1的定位结果可知,所提出的高压线缆混合线路故障行波测距方法的测距误差一般在200m以内,测距精度明显比时间中点法的测距精度要高,由此可知,本文所提出的线缆混合线路行波测距方法可简单方便、准确可靠地给出故障发生的具体位置。刘顺桂,等一种采用时间判别法的混合线路故障行波定位方法.45.4结论本文在分析高压线缆混合输电线路故障行波传播特性的基础上,提出一种采用时间判别法的混合线路故障行波测距方法,该方法只需利用故障初始行波到达双端测量装置的时间差、线路长度以及行波在电缆与架空线中的传播速度即可准确地定位故障点位置,解决了传统双端测距方法不能直接应用于混合输电线路故障测距的难题。仿真结果表明,测距误差在实际工程允许误差范围内,具有较高可靠性和鲁棒性。本文所提方法适用于多种不同波阻抗特性线路并存的情况,可缩短故障查找时间,提高测距可靠性,对于电网安全运行具有重要意义,具有广阔的应用前景。参考文献[1]陈政,康义,马怡情.广东一海南500kV交流跨海联网工程无功补偿及电磁暂态研究『J].电网技术,2009,—33(19):143147.CHENZheng,KANGYi,MAYiqing.Analysisonreactivecompensationandelectromagnetictransientin500kVseatrailsinterconnectionprojectforHainanandGuangdongpowergrids[J].PowerSystemTechnology,2009,33(19):143-147.[2]LIVANIH,EVRENOSOGLUCeta1.Amachine—learningandwaveletbasedfaultlocationmethodforhybridtransmissionlines[J].IEEETransactionsonSmartGrid,2014,5(1):51-59.[3]耿建昭,王宾,董新洲.利用单相跳闸后信息的输电线路单相接地单端精确测距方法[J1.电工技术学报,—2015,30(16):184193.GENGJianzhao,WANGBin,DONGXinzhou.Anovelone-terminalsingle-line-to-groundfaultlocationalgorithmintransmissionlineusingpost-single-phase-tripdate[J].TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety,2015,—30(16):184193.[4]李勋,石帅军,龚庆武.采用信赖域法和双端非同步数据的故障测距算法[J].高电压技术,2010,36(2):396.400LIXun,SHIShuaijun。GONGQingwu.TransmissionlinefaultlOCationalgorithmusingtrust.regionmethodandtwo-terminalunsynchroniseddata[J】.HighVoltage—Engineering,20l0,36(21:396400.15JSADEHJ。AFRADIIH.Anewandaccuratefault1OCationalgorithmforcombinedtransmissionlinesusing—adaptivenetworkbasedfuzzyinferenceSystem[J].Elec仃icPowerSystemsResearch.2009.79:1538一l545.[6]陈仕龙,谢佳伟,毕贵红,等.一种特高压直流输电线路神经网络双端故障测距新方法[J].电工技术学报,2015,30f4):257.264.CHE1Shilong,XIEJiawei,BIGuihong,eta1.AnoveltwoterminalfaultlOCationmethodusedANNforUHVDCtransmissionline[J].TransactionsofChinaElec订otechnicalsociety,2015。30f4):257.264.[7]徐高,龚庆武,李勋,等.基于原子分解和行波自然频率的单端故障测距方法【J].电力自动化设备,2014,34(5):133138.—XUGao,GONGQingwu,LIXun,eta1.Singleterminalfaultlocationbasedonatomicdecompositionandnatura1frequencyoftravelingwave[J].ElectricPowerAutomation—Equipment,2014,34f5):133138.[8]耿伟超.电缆一架空线混合线路故障行波测距[D].北京:华北电力大学,2011.GENGWeichao.Studyontravelingwave1ocation—methodofcableoverheadtransmissionlinefaults[D].Belling:NorthChinaElectricPowerUniversity,2011.[9]刘延鹏.电缆一架空线混合输电线路故障测距研究【D】西安:西安科技大学,2012.LIUYanpeng.Studyoffaultlocationalgorithmforhybridtransmissionlinecomposedbyhighvoltagecable’’andoverheadline[D].Xian:XianUniversityofScienceandTechnology,2012.[1O]梁睿,杨学君,薛雪,等.零序分布参数的单相接地故障精确定位研究fJ1.电工技术学报,2015,30(12):472479.UANGRui,YANGXueiun.XUEXue,eta1.Studyofaccuratesingle.phasegroundingfaultlOCationbasedondistributedparametertheoryusingdataofzerosequencecomponents[J].TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety,2015.30(12):472.479.[11]范新桥,朱永利.基于双端行波原理的多端输电线路—故障定位新方法『J].电网技术,2013,37(1):261269...46..电力系统保护与控制FANXinqiao,ZHUYongli.Anovelfaultlocmionschemeformulti.terminaltransmissionlinesbasedon—principleofdoubleendedtravelingwave[J].Power—SystemTechnology,2013,37(1):261269.[12]杨军,伍咏红,江文波,等.基于双端故障信息的高压电缆一架空线混合线路故障测距方法[J].电网技术,—2010,30(1):209213.YANGJun,WUYonghong,JIANGWenbo,eta1.Afaultlocationalgorithmforhybridtransmissionlinecomposed—byhighvoltagecableandoverheadlinebasedontwoterminalinformation[J].PowerSystemTechnology,2010,30(1):209-213.[13]王奎鑫,祝成,孙佳佳,等.输电线路组合行波测距方法研究[J].电力系统保护与控制,2012,40(15):82-86.WANGKuixin,ZHUCheng,SUNJiajia,eta1.Researchofcombinedt’ravelingwavesfaultlocationmethodontransmissionlines[J].PowerSystemProtectionandControl,2012,40(15):82-86.[14]李泽文,易志鹏,杨毅,等.基于遗传算法的电网故障行波定位装置的优化配置[J].电力系统保护与控制,—2015,43(3):7783.LIZewen,YIZhipeng,YANGYi,eta1.Optimalplacementoftravelingwavefaultlocationequipmentforpowergridbasedongeneticalgorithm[J].PowerSystem—ProtectionandControl,2015,43(3):7783.[15]张艳华.混合输电线路故障测距算法研究[D].济南:山东大学,2012.ZHANGYanhua.researchonfaultloc ̄ionalgorithmforcombinedtransmissionlines[D].Jinan:ShandongUniversity,2012.[16]张金虎,徐振宇,杨奇逊,等.基于改进RL模型的串联补偿线路单相接地故障测距新算法『J].电力系统保护与控制,2015,43(10):1-7.ZHANGJinhu,XUZhenyu,YANGQixun,eta1.A—novelsinglephasegroundfaultlocmionalgorithmforseriescompensatedlinebasedonimprovedRLmodel[J].PowerSystemProtectionandControl,2015,43(10):1-7.[17]徐高,龚庆武,李勋,等.一种利用行波自然频率的杆塔故障定位新方法[J】.电力系统自动化,2014,38(5):78.102.XUGao,GONGQingwu,LIXun,eta1.Anovelmethodoftowerfaultlocationusingnaturalfrequenciesoftravelingwave[J].AutomationofElectricPowerSystems,—2014,38(5):78102.[18]李勋,黄荣辉,姚森敬,等.一种改进行波时频复合分析的杆塔故障定位方法fJ1.电力系统保护与控制,2015,43(20):130・136.LIXun,HUANGRonghui,YAOSenjing,eta1.Anovelfaultlocationmethodbytowerbasedontravelingwavetime-frequencyanalysis[J].PowerSystemProtectionandControl,2015,43(20):130-136.[19]张宝树.电缆一架空线混合线路故障测距方法研究[D】.秦皇岛:燕山大学,2010.ZHANGBaoshu.Studyontravelingwavelocationmethodofcable.overheadtransmissionlinefaults[D].Oinhuangdao:YanshanUniversity,2010.120JHUANGYizhuang,LIQuanxiao,XIAMingchao.Anewfaultlocationmethod[C1//InternationalConferenceonPowerSystemTechnology,Singapore,2002.[21]于玉泽,覃剑,李功新,等.电缆一架空线混合线路故障测距方法综述[J].电网技术,2006,30(17):64.69.YUYuze,OINJian,LIGongxin,eta1.Asurveyonfaultlocationmethodsforhybridtransmissionlinesconsistingofpowercablesandoverheadlines[J/.PowerSystemTechnology,2006.30(17、:64.69.[22]薛永端,李乐,俞恩科,等.基于分段补偿原理的电缆架空线混合线路双端行波故障测距算法[J].电网技术,—2014。38f71:l9531958.XUEYongduan.LILe.YUEnke.eta1.Asectionalized—compensationbasedtwoterminaltravelingwavefaultlocationalgorithmforhybridtransmissionlinecomposedofpowercableandoverheadline[J].PowerSystem—Technology,2014,38(71:19531958.[23]季涛,孙同景,徐丙垠,等.配电混合线路双端行波故障测距技术『J].中国电机工程学报,2006,26(12):89.94.JITao,SUNTongjing,XUBingyin,eta1.Studyonfaultlocationofdistributionmixedfeedersbasedondoubleterminalmethodoftravelingwaves[J].Proceedingsof—theCSEE,2006,26(12):8994.[24]钱佳琪,叶佳卓,旷哲,等.基于s变换的多端输电网故障定位方法『J1.电力系统保护与控制,2014,42(23):82.88.OIANJiaqi,YEJiazhuo,KUANGZhe,eta1.A—faultlocationmethodformulti.terminaltransmissionnetworkbasedonStransform[J1.PowerSystemProtectionandControl。2014.42(23):82.88.[25]牛睿,梁军,张峰,等.基于可变行波辨识时窗的单端故障定位方法[J].电力系统保护与控制,2014,42(24):—5664.—NIURui,LIANGJun,ZHANGFeng.eta1.Singleendedfaultlocationmethodbasedonvariabletimewindowsfortravelingwaveidentification[J1.PowerSystemProtection—andControl,2014,42(24):5664.—收稿日期:2016-0104;—修回日期:2016-0307作者简介:刘顺桂(1963-),男,硕士,高级工程师,主要从事电—力系统运行与控制、继电保护等管理工作;Email:lsgszgd@163.corn李勋(1983一),男,通信作者,博士,高级工程师,—主要从事主网技术监督和电力新技术研究工作;Email:epcman@vip.qq.com张宏钊(1987-),男,硕士,工程师,主要从事主网技术监督工作。E.mail:zhanghongzhao05@126.com(编辑葛艳娜)
分享达人
该用户很懒,什么也没介绍
文档单价:6.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档