（电力系统及其自动化专业论文）高压同杆并架双回线故障测距误差修正算法的研究.pdf

华北电力大学 北京 硕士学位论文摘要 摘要 同杆并架双回线所需出线走廊窄 单位走廊输送能力强 节省投资 从而越来越多 地在线路系统中采用 由于线路故障对电力系统的稳定性 可靠性有不可忽视的影响 所以故障测距也成为电网运行 管理部门和专家学者广泛关注的问题 同杆双回线结构 复杂 测距较有难度 本文比较分析了各种钡 u 距算法 并在前期工作的基础上提出了一 种换位同杆并架双回线的故障测距新算法 并提出了一种不换位同 杆并架双回线的故障 测距新算法 同时考虑了修正电流互感器误差对测距精度的影响 首先从理论上对各种算法进行了推导 所有算法均采用分布参数线路模型 并考虑 了 对不准确线路参数识别的问题 利用了双端数据和六序分量法 经 e m t p仿真 测 距结果及分析表明了各种算法的正确性和有效性 测距精度高 对不准确的线路参数具 有较好的自适应能力 算法具有工程实用价值 关键词 故障测距 同杆并架双回线 六序故障分量 参数识别 ab s t rac t t h e d o u b l e t r a n s m i s s i o n l i n e o n t h e s a m e t o w e r r e q u i r e s n a r r o w c o r r i d o r s t h e t r a n s m i s s i o n a b i l i t y i s s t r o n g a n d i n v e s t m e n t i s s a v e d t h e r e b y i t i s u s e d b y l i n e s y s t e m m o r e a n d m o r e d u e t o t h e e ff e c t o f t h e l i n e f a u l t s f o r t h e s t a b i l i t y a n d r e l i a b i l i t y o f p o w e r s y s t e m i s n o t n e g l e c t e d t h e f a u l t l o c a t i o n h a d b e c o m e a p r o b l e m t h a t g o t m o r e a t t e n t i o n f r o m t h e d e p a r tm e n t o f p o w e r n e t w o r k m a n a g e m e n t a n d e x p e rt s t h e s t r u c t u r e o f t h e d o u b l e l i n e o n t h e s a m e t o w e r i s c o m p l e x a n d f a u l t l o c a t i o n i s m o r e d i ff i c u l t t h i s p a p e r c o m p a r e s a n d a n a ly s e s a l l s o rt s o f f a u l t l o c a t i o n a l g o r i t h m s b a s e d o n t h e p r e v i o u s w o r k a n d p u t s f o r w a r d a n e w f a u l t l o c a t i o n a l g o r i t h m f o r t r a n s p o s e d u n t r a n s p o s e d d o u b l e t r a n s m i s s i o n l i n e o n t h e s a m e t o w e r c o n s i d e r i n g c o r r e c t i n g t h e e ff e c t o f c t e r r o r t h e a l g o r it h m i s d e d u c t e d fr o m t h e o r i e s t h e a l g o r it h m a d o p t s t h e l i n e s m o d e l o f d i s t r i b u t i n g p a r a m e t e r a n d c o n s i d e r s t h e p r o b l e m t h a t c a n id e n t i f y t h e i n a c c u r a c y p a r a m e t e r u s e s t w o e n d d a t a s a n d s i x o r d e r c o m p o n e n t b y e m t p s i m u l a t i n g t h e r e s u l t s m a n i f e s t a l l a l g o r it h m s c o r r e c t n e s s a n d v a l i d i t y t h e p r e c i s io n i s q u i t e h i g h l i a n g h u a w e i e l e c t r i c p o w e r s y s t e m a n d a u t o ma t i o n d i r e c t e d b y p r o f l i u wa n s h u n k e y wo r d s f a u l t l o c a t i o n d o u b l e t r a n s mi s s i o n l i n e o n t h e s a me t o w e r s i x o r d e r c o mp o n e n t i d e n t i f y p a r a me t e r 二丝 o口 尸刁明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师指导下 独立进行研究工作所 取得的成果 尽我所知 除文中已 经注明引用的内容外 本学位论文的研究成果不包含 任何他人享有著作权的内容 对本论文所涉及的 研究工作做出贡献的其他个人和集体 均已在文中以明确方式标明 特此申明 签名 肇 些一日 m 斗 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权保管 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件 学校可以采用影印 缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文 学校可允许学位论文被查阅或借阅 学校可以学术交流为 目 的 复制赠送和交换学位论文 同 意学校可以 用不同方式在不同 媒体上发表 传播 学位论文的全部或部分内容 涉密的学 位论文在解密后遵守此规定 作 者 签 认 夕平 伞 力 期 洲 四 二 止 岭 导 师 签 名 刀 丁性 日 m 2 g i 呼 华北电力大学 北京 硕士学位论文 第 一 章引言 1 1 同杆并架双回线的优势及重要意义 同杆并架双回线路共用杆塔 所需出线走廊窄 能够充分利用有限的走廊资源 减少占用土地的面积 同时具有建设速度快 输送能力强 节省投资等优势 能够 很好地满足现代电力系统对供电可靠性和大容量输电等要求 所以在工程上的应用 日益广泛11 2 i 8 美国 欧洲 日 本都使用同杆双回线路 尤其日 本绝大多数5 0 0 k v 线路及新建 1 1 0 0 k v线路均采用同杆双回线路 我国 2 2 0 k v系统中双回线也占有一 定的比例 3 3 0 k v 5 0 0 k v系统也己建成同杆并架双回线 并正在得到更大的推广 如伊冯5 0 0 k v同杆双回线 阳城一东明同杆双回线 三峡工程中也有部分线路采用 同杆双回线 为了配合西部大开发战略 使我国东西部间的联系更加紧密 西电东送 工 程成为西部地区大开发的重点骨干项目 包括天生桥至广东第三回5 0 0 k v交流输变 电工程 万县至三峡 5 0 0 k v交流输变电工程等南通道工程项目 和2 0 0 2 年 8 月开工 建设的内蒙古托克托电厂经山西浑源至北京安定双回5 0 0 k v输变电工程 山西神头 至河北保定双回5 0 0 k v输电线和三峡配套输变电工程等北通道工程项目 这些项目 构成 西电东送 的主网架 为加快全国联网进程 南北互供 工程的力度也正 逐渐加大 西电东送 和 南北互供 两大工程因为需远距离输电 线路经常要 翻越山区和峡谷 地理条件恶劣 线路架设的难度很大 而降低输电通道造价是提 高 西电东送 工程竞争力的措施之一 因此比较适宜采用同杆并架双回线 以节 约走廊 避免使用拉线杆塔 降低架线难度 提高单位面积走廊的输电密度 减少 资金投入 提高经济效益 西电东送 的南通道工程中自贡至成都线路位于居民 稠密的川西平原 为压缩线路走廊 在国内率先全线采用同塔双回路设计方案 3 0 1 国家电力公司电网建设专家委员会 2 0 0 0年会议也重点对提高输电网的输电能力 节约线路走廊问题进行了研究 并提出了积极大胆地推广采用同杆并架多回和紧型 输电线路的建议 3 a 1 2同杆并架双回线的故障测距 1 2 1 故障测距的重要意义及研究价值 高压输电线路担负着传送电能的重任 又是电网故障的多发部位 其故障直接 威胁现代电力系统的安全运行 而快速 准确的故障测距是查找输电线路故障点的 i 华北电力大学 北京 硕士学位论文 第 一 章引言 1 1 同杆并架双回线的优势及重要意义 同杆并架双回线路共用杆塔 所需出线走廊窄 能够充分利用有限的走廊资源 减少占用土地的面积 同时具有建设速度快 输送能力强 节省投资等优势 能够 很好地满足现代电力系统对供电可靠性和大容量输电等要求 所以在工程上的应用 日益广泛11 2 i 8 美国 欧洲 日 本都使用同杆双回线路 尤其日 本绝大多数5 0 0 k v 线路及新建 1 1 0 0 k v线路均采用同杆双回线路 我国 2 2 0 k v系统中双回线也占有一 定的比例 3 3 0 k v 5 0 0 k v系统也己建成同杆并架双回线 并正在得到更大的推广 如伊冯5 0 0 k v同杆双回线 阳城一东明同杆双回线 三峡工程中也有部分线路采用 同杆双回线 为了配合西部大开发战略 使我国东西部间的联系更加紧密 西电东送 工 程成为西部地区大开发的重点骨干项目 包括天生桥至广东第三回5 0 0 k v交流输变 电工程 万县至三峡 5 0 0 k v交流输变电工程等南通道工程项目 和2 0 0 2 年 8 月开工 建设的内蒙古托克托电厂经山西浑源至北京安定双回5 0 0 k v输变电工程 山西神头 至河北保定双回5 0 0 k v输电线和三峡配套输变电工程等北通道工程项目 这些项目 构成 西电东送 的主网架 为加快全国联网进程 南北互供 工程的力度也正 逐渐加大 西电东送 和 南北互供 两大工程因为需远距离输电 线路经常要 翻越山区和峡谷 地理条件恶劣 线路架设的难度很大 而降低输电通道造价是提 高 西电东送 工程竞争力的措施之一 因此比较适宜采用同杆并架双回线 以节 约走廊 避免使用拉线杆塔 降低架线难度 提高单位面积走廊的输电密度 减少 资金投入 提高经济效益 西电东送 的南通道工程中自贡至成都线路位于居民 稠密的川西平原 为压缩线路走廊 在国内率先全线采用同塔双回路设计方案 3 0 1 国家电力公司电网建设专家委员会 2 0 0 0年会议也重点对提高输电网的输电能力 节约线路走廊问题进行了研究 并提出了积极大胆地推广采用同杆并架多回和紧型 输电线路的建议 3 a 1 2同杆并架双回线的故障测距 1 2 1 故障测距的重要意义及研究价值 高压输电线路担负着传送电能的重任 又是电网故障的多发部位 其故障直接 威胁现代电力系统的安全运行 而快速 准确的故障测距是查找输电线路故障点的 i 华北电力大学 北京 硕士学位论文 重要依据 可减轻巡线人员的负担 及时发现线路绝缘隐患 加速线路故障排除 尽快恢复供电 从而提高电网运行的可靠性 减少因停电造成的经济损失 也是从 技术上保证电网安全 稳定和经济运行的重要措施之一 1 3 8 1 所以高压输电线路的 故障测距研究显得尤为重要 并成为国内外学者研究的一个热点 双回路同塔并架从技术经济上论都是合适的 但同杆并架双回线由于线间距离 很近 除其中任一回线会发生单回线故障外 还会发生由雷电和倒杆等因素引起的 跨线故障 需要考虑发生各种类型故障时系统安全稳定的措施 由于同杆并架双回 线的广泛应用和系统安全稳定的要求 相应的故障测距研究也己经成为人们关注的 热点问题 而同杆并架双回线比之单回线有其固有的特点 主要是双回线之间距离 很近 线间藕合比较严重 由于跨线故障的存在使得总的故障类型多且复杂 相应 的故障测距更有其复杂性和特殊性 同杆并架双回线的保护往往利用的是单线单端 量数据 无法解决双回线跨线故障的测距问题 但跨线故障却占双回线故障种类的 8 0 之多 1l 因此基于同杆并架双回线的故障测距研究具有特别重要的实际意义 目前许多已有的故障a距设备均是为单回线故障定位设计的 用于双回线时暴 露出许多问题 很难保证线路故障点在短时间内的准确定位 1 0 1 对同杆并架双回线 路的故障测距研究相对还较少 且研究内容大多还处于算法研究和仿真阶段 测距 的精度也有待进一步提高 所以需要寻求针对同杆并架双回线的更精确的测距算 法 这说明本课题的研究有着重要的理论意义和应用价值 1 2 2故障测距方法的发展与现状 纵观故障测距的发展过程 从使用原理的不同大致可分为三类 故障分析法 包 括阻抗法 行波法和引入了相关学科先进理论的方法一一智能化方法 从测距系 统所需测量信息来源的不同可分为两类 单端法和多端法 包括双端法 下面按 前一种分类方法进行论述 其中穿插后一种分类的内容 1 故障分析法 阻抗算法是建立在工频电气量基础之上的故障测距方法 它通过求解以差分或 微分形式表示的电压平衡方程 计算出测距端与故障点之间的线路阻抗 这个阻抗 值反映了故障距离 再从中折算出故障距离 不论使用单端法还是双端法 由于受 互感器误差特性和过渡阻抗等因素的影响 这种算法大多需要建立一种或几种相关 的简化假设条件 这些假设经常会给测距带来很大的误差 所以阻抗算法往往不能 满足故障测距的精度要求 一般的故障分析测距算法是根据电路故障分析理论得到测距所需的一组或几 组方程 对记录下来的故障电压 电流量进行分析和数学计算 从中求出测距端至 华北电力大学 北京 硕士学位论文 重要依据 可减轻巡线人员的负担 及时发现线路绝缘隐患 加速线路故障排除 尽快恢复供电 从而提高电网运行的可靠性 减少因停电造成的经济损失 也是从 技术上保证电网安全 稳定和经济运行的重要措施之一 1 3 8 1 所以高压输电线路的 故障测距研究显得尤为重要 并成为国内外学者研究的一个热点 双回路同塔并架从技术经济上论都是合适的 但同杆并架双回线由于线间距离 很近 除其中任一回线会发生单回线故障外 还会发生由雷电和倒杆等因素引起的 跨线故障 需要考虑发生各种类型故障时系统安全稳定的措施 由于同杆并架双回 线的广泛应用和系统安全稳定的要求 相应的故障测距研究也己经成为人们关注的 热点问题 而同杆并架双回线比之单回线有其固有的特点 主要是双回线之间距离 很近 线间藕合比较严重 由于跨线故障的存在使得总的故障类型多且复杂 相应 的故障测距更有其复杂性和特殊性 同杆并架双回线的保护往往利用的是单线单端 量数据 无法解决双回线跨线故障的测距问题 但跨线故障却占双回线故障种类的 8 0 之多 1l 因此基于同杆并架双回线的故障测距研究具有特别重要的实际意义 目前许多已有的故障a距设备均是为单回线故障定位设计的 用于双回线时暴 露出许多问题 很难保证线路故障点在短时间内的准确定位 1 0 1 对同杆并架双回线 路的故障测距研究相对还较少 且研究内容大多还处于算法研究和仿真阶段 测距 的精度也有待进一步提高 所以需要寻求针对同杆并架双回线的更精确的测距算 法 这说明本课题的研究有着重要的理论意义和应用价值 1 2 2故障测距方法的发展与现状 纵观故障测距的发展过程 从使用原理的不同大致可分为三类 故障分析法 包 括阻抗法 行波法和引入了相关学科先进理论的方法一一智能化方法 从测距系 统所需测量信息来源的不同可分为两类 单端法和多端法 包括双端法 下面按 前一种分类方法进行论述 其中穿插后一种分类的内容 1 故障分析法 阻抗算法是建立在工频电气量基础之上的故障测距方法 它通过求解以差分或 微分形式表示的电压平衡方程 计算出测距端与故障点之间的线路阻抗 这个阻抗 值反映了故障距离 再从中折算出故障距离 不论使用单端法还是双端法 由于受 互感器误差特性和过渡阻抗等因素的影响 这种算法大多需要建立一种或几种相关 的简化假设条件 这些假设经常会给测距带来很大的误差 所以阻抗算法往往不能 满足故障测距的精度要求 一般的故障分析测距算法是根据电路故障分析理论得到测距所需的一组或几 组方程 对记录下来的故障电压 电流量进行分析和数学计算 从中求出测距端至 华北电力大学 北京 硕士学位论文 这种测距算法本质上是短路电流的逆运算 故障点的距离 故障分析法中多使用工 频相量 也有使用瞬时值直接求解微分方程 2 4 1 或先对微分方程进行积分再求解的 单端故障分析法的本质是根据测距端单端的电压 电流之间的关系 从中消去 未知量 得到含故障距离x 的测距方程 通常这个方程是含有故障过渡电阻的一次 方程 或是消去了故障过渡电阻又引入了对端系统阻抗的一次或二次方程 或者将 方程通过数学技巧变形重构得到故障距离的迭代式 具体的解法也相应归纳为解方 程法和迭代法 较典型的有 故障电流 相位 修正法 零序电流 相位 修正 法以及 解方程法等 6 j 这些方法从不同的方面消除或减弱了单端测距的某些不足 但依然存在着不同程度的原理性误差 如 和解一次方程法须已知对端系统参 数 才能实现准确测距 中的解微分方程法假设测量端电流与故障点电流同相位 等 而且 使用迭代的方法可能使运算收敛于伪根或不收敛 从而导致测距失 效 解二次方程法虽然解决了丢失真根的问题 却可能解出两个皆在测距范围内的 根 难于判断真伪 6 2 0 2 5 j 利用单端工频量的测距算法仅利用线路某一端的测量数据 实现简便 无需通 讯通道 硬件投资少 不受通信技术的限制 传送对端信息 不存在双端数据的同 步问题 与采用 g p s同步设备的双端法比节省了花费 所以一直得到极大的关注 和应用 但是单端法获取的信息量少 测距方程中变量个数大于电路方程个数 受影响 的因素多 并且大多利用了故障过渡阻抗为纯阻性这一特点 由于故障点过渡阻抗 的不可测性以及对端系统参数的时变性 使得依靠单端数据的测距方法需要在某些 假定的条件下进行近似计算 而这些假定常常与实际情况很不一致 因此单端法理 论上难以摆脱故障点过渡阻抗和对端系统运行参数变化的影响12 4 2 6 影响单端量测 距精度和可信度的主要因素有 故障点过渡阻抗 对端系统运行参数 c 负荷电流 当故障位于半线长以远后 测距精度就无法保证 如果所选用的线路模型上还有不 准确的因素 则测距误差就会更大了 而且单端法对同杆并架双回线的跨线故障测 距问 题 较难 解决 所以 单 端测距算 法虽获得实 用 但效果并非理想 不能 满足日 益 发展的电力系统的需要 为了克服单端故障测距存在的问题 s a c h d e v和 a g a r w a l 率先提出了利用线路 两端数字阻抗继电器的测量阻抗和两端电流幅值进行故障定位的新算法 由此开创 华北电力大学 北京 硕士学位论文 了双端量故障测距的新领域 此后 利用双端数据工频分量的测距算法也逐渐涌现和 发展 1 1 1 5 2 4 2 8 利用双端信息的测距算法主要有两种 一种是利用双端部分电压 电流量 2 3 1 另 一种是利用两端电压 电流量 2 4 3 1 3 8 1 双端故障分析的一般方法是利用双端电压 电流 列出从线路两端至故障点的电压方程 从中得到测距方程 对方程的求解有 直接数值求解 数值迭代和搜索迭代等 双端法使信息量大大增加 方程数目有足够的冗余度 可完全消除过渡阻抗对 测距精度的影响 不受故障类型和系统阻抗的影响 提高了对系统运行方式的适应 性 能够保证较高的测距精度 但它不免会带来其它问题 一是需增加通信通道来 传递对端信息 装置需要更多的模拟和数字通道 这增加了硬件方而的投入 二是 双端数据采样的不完全同步会带来新的误差 基于第一个问题 由于通讯技术的快速发展 可以通过通讯网络获取故障线路在 故障时刻的对端信息 目前电力系统各厂站均装有微机保护或微机型故障录波装 置 因此能提供双端量测距所需要的故障前 后电压和电流数据 随着电网调度自 动化水平的不断提高 特别是数字光纤通信技术的发展和在电力系统中的广泛应 用 线路两端的数据交换已成为可能 双端数据可以方便地共享使第一个问题得到 了解决 基于第二个问题 解决的思路有两种 同步采样法和异步采样法 同步采样法是利用外部时钟系统使双端数据采样尽量同步 然后直接进行计算 目前全球定位系统g p s时钟同步技术己经在电力系统中得到了很好的应用 这种方 法与算法本身无关 属于比较被动地对双端数据进行同步 由于g p s 的时钟精确度 可达微秒级 也可在一定程度上满足要求 但现场中电压互感器 电流互感器 电 缆和保护装置对数据的传输仍具有一定的时延 很难使双端数据完全同步 因此该 法在应用上存在局限性 3 11 异步采样法对线路两端的数据采样不要求同步 但测距算法中要对电压和电流 数据进行采样同步化处理 通常需要引入不同步角s以对相位进行修正 具体的采 样同步化处理也有很多方式 如从相关方程中先解算出不同步角 但这样得到的仍 是近似的数据 1 3 1 从钡 1 距方程中消去不同步角 以消除它的影响12 3 1 1 或将不同 步角差也作为一个未知量考虑 1 5 1 此法常用于迭代运算中 因此 双端量故障测 距算法应用于实际系统是完全可行的 2 行波法 行波测距法建立在如下基础之上 即行波在输电线路上有固定的传播速度 约为 华北电力大学 北京 硕士学位论文 光速的 9 8 据此 测量和记录线路故障时由故障点产生的行波到达测距母线的 时间 与行波波速相乘就可实现精确故障测距 早期行波法使用由电流行波和电压 行波组合而成的方向行波作为测距的依据 测距端检测到的电压 电流暂态行波是 由往返于测距母线端和故障点的行波多次反射和折射迭加而成的 1 2 2 1 行波测距响 应速度快 具有方向性 测距精度较高 理论上不受线路类型 接地阻抗及两侧系 统参数的影响 不受系统振荡和 c t饱和的影响 因此受到国内外学者的关注 当 前国内外已有部分产品在现场运行 行波测距也可分为单端法和双端法 单端法是利用故障点传向测距母线的第一 行波与故障点的反射行波之间的时间差来计算故障位置 由于行波在整个电网内各 个一次设备 各条线路的连接处都要发生反射和折射 且行波传输过程中衰减较大 使得故障点反射行波波头的辨识变得复杂 双端法利用行波第一波头到达线路两端 的时刻进行计算 只需捕捉行波的第一个波头 不用考虑行波的反射与折射 行波 幅值大 易于辨识 使得计算处理较简单 但行波法也存在 自身的局限 如对行波信号进行测量和记录缺乏较好的技术条 件 也没有很合适的数学方法对行波信号进行分析等 尤其当电压故障分量初始相 角较小时 行波信号很弱 难以检测的到 由于母线接线方式不同 并列线路的藕 合 非线性元件及干扰的存在使得故障点反射波的识别有难度p l 这一切都制约了 行波测距的研究和发展 随着微电子和计算机技术的飞速发展 给行波信号的测量 采集 记录和处理带来了极大的方便 同时近些年发展较快的小波变换理论也可较 好地解决检 a li 暂态行波波头和分析行波信号的问题 理论和实践证明 普通的电容分压式电压互感器不能传变频率高达数百千赫兹 的电压行波信号 为了获取电压行波 需要附加专门的行波祸合设备 使得装置结 构复杂 投资增大 英国b a t h 大学的a t j o h n c s d公司的p f g a l e 等人一起对普 通的电流互感器传变暂态电流行波的能力进行了深入的理论分析和现场试验 结果 表明普通的电流互感器对数百千赫兹高频信号可无失真传送 具有良好的行波传 变性能 利用电流行波实现故障测距的主要优点是构成简单 容易实现 这种方法可仅 利用故障生成的电流暂态分量进行测距 不但能提高测距系统对系统运行方式的适 应能力 还能节省装置的输入通道 也无需增加新成本 所存在的问题有 a 电流行波无方向性 无法区别所检测到的电流行波是来自故障点的行波还是 来自 与 故 障 线 路 接 于同 一 母 线 的 其 它 线 路 相 邻 母 线 的 行 波 从 而 导 致 测 距 失 败 b 行波信号是高频信号 易于和噪声千扰相混淆 造成检测困难 华北电力大学 北京 硕士学位论文 c 相应的行波故障测距算法还不很完善 这些因素又制约了利用电流行波故障测距的理论和技术的发展 文献12 2 1 以此为 基础提出了利用电流行波实现故障测距的原理和方法 并在对暂态电流行波进行小 波分析的基础上 提出了消除相邻母线反射行波的 波形比较法 和一种行波故障 测距新算法一一小波变换法 为行波测距开辟了一条切实可行的新路 3 其它智能及综合方法 近些年相关文献资料中引入智能理论的算法研究越来越多 其中神经网络和模 糊理论方法更是频仍 各种智能技术之间的交又结合 如模糊专家系统 模糊神经 网络 神经网络专家系统等也相继出炉 但大多数尚处于研究阶段 还有赖于各种 智能技术的发展与成熟 相关学科的成果如 小波变换 优化方法 卡尔曼滤波技 术 模式识别技术 概率与统计决策方法等也被引入到故障测距的研究中 这些研 究大部分也尚处于开发立论阶段 神经网络具有很强的自适应性和自学习性 利用神经网络对输入向量的分析和 推理 进而实现计算 记忆 联想 识别等功能以 及模糊理论对不确定事件的分析 推理能力 可望对故障测距问题提供有效的解决方案 文献 2 0 提出了基于分层分布 式 a n n模型来实现输电线路的故障测距功能的新方法 为高压输电线路的故障测 距开辟了新途径 文献山 提出了 基于模糊理论的单回线单端故障测距新方法 但存 在伪根问题 并且测距精度还有待进一步提高 文献119 提出一种应用模糊神经网络 进行线路故障测距的新方法 该方法具有较强的自适应和抗干扰能力 1 2 3应用于双回线的故障测距方法的比较 同杆并架双回线所用的故障测距方法也不外乎以上所列的种种 故障分析法可以与微机保护结合在一起 可以利用已有的设备 相对来说实现 较简单 也节省了增加新装置的投资 所以得到了普遍的应用 故障分析法的单端 法和双端法具有各自的特点 在上一节中也有详细的说明 为了更好地比较两者 再简单进行一下综述 单端法实现简便 无需通讯通道传送对端信息 但获取的信息量较少 受故障 点过渡阻抗和对端系统运行参数的影响 测距精度不高 双端法使用了双端的数据 方程相对于变量是冗余的 从而可以消除过渡阻抗对测距精度的影响 并且不受故 障类型和系统参数的影响 能够保证较高的测距精度 利用双端信息的测距算法 对线路所处的电网结构考虑不多 而利用单端信息的测距算法则需要针对线路具体 面向的电网结构 但双端法需要通信通道传递两端的数据 并且需要解决双端数据 采样同步化的问题 华北电力大学 北京 硕士学位论文 c 相应的行波故障测距算法还不很完善 这些因素又制约了利用电流行波故障测距的理论和技术的发展 文献12 2 1 以此为 基础提出了利用电流行波实现故障测距的原理和方法 并在对暂态电流行波进行小 波分析的基础上 提出了消除相邻母线反射行波的 波形比较法 和一种行波故障 测距新算法一一小波变换法 为行波测距开辟了一条切实可行的新路 3 其它智能及综合方法 近些年相关文献资料中引入智能理论的算法研究越来越多 其中神经网络和模 糊理论方法更是频仍 各种智能技术之间的交又结合 如模糊专家系统 模糊神经 网络 神经网络专家系统等也相继出炉 但大多数尚处于研究阶段 还有赖于各种 智能技术的发展与成熟 相关学科的成果如 小波变换 优化方法 卡尔曼滤波技 术 模式识别技术 概率与统计决策方法等也被引入到故障测距的研究中 这些研 究大部分也尚处于开发立论阶段 神经网络具有很强的自适应性和自学习性 利用神经网络对输入向量的分析和 推理 进而实现计算 记忆 联想 识别等功能以 及模糊理论对不确定事件的分析 推理能力 可望对故障测距问题提供有效的解决方案 文献 2 0 提出了基于分层分布 式 a n n模型来实现输电线路的故障测距功能的新方法 为高压输电线路的故障测 距开辟了新途径 文献山 提出了 基于模糊理论的单回线单端故障测距新方法 但存 在伪根问题 并且测距精度还有待进一步提高 文献119 提出一种应用模糊神经网络 进行线路故障测距的新方法 该方法具有较强的自适应和抗干扰能力 1 2 3应用于双回线的故障测距方法的比较 同杆并架双回线所用的故障测距方法也不外乎以上所列的种种 故障分析法可以与微机保护结合在一起 可以利用已有的设备 相对来说实现 较简单 也节省了增加新装置的投资 所以得到了普遍的应用 故障分析法的单端 法和双端法具有各自的特点 在上一节中也有详细的说明 为了更好地比较两者 再简单进行一下综述 单端法实现简便 无需通讯通道传送对端信息 但获取的信息量较少 受故障 点过渡阻抗和对端系统运行参数的影响 测距精度不高 双端法使用了双端的数据 方程相对于变量是冗余的 从而可以消除过渡阻抗对测距精度的影响 并且不受故 障类型和系统参数的影响 能够保证较高的测距精度 利用双端信息的测距算法 对线路所处的电网结构考虑不多 而利用单端信息的测距算法则需要针对线路具体 面向的电网结构 但双端法需要通信通道传递两端的数据 并且需要解决双端数据 采样同步化的问题 华北电力大学 北京 硕士学位论文 单端法和双端法都存在的问题有 a 方法是否适合同杆并架双回线 b 是否适合线路均匀换位和 或不均匀换位 c 方法适合同杆并架双回线的哪一种或哪几种故障类型 d 线路参数不准确时对算法的影响 e 高电压长线路的分布电容对算法的影响 f 负荷电流的影响 9 采样率和基波分量的提取带来的误差 行波测距法可直接测出故障点与测量点间的距离 精度高 测量时间比之故障 分析法短 但这种技术目前还不太成熟 尚需解决行波或脉冲在故障点与母线之间 发生多次反射和折射所造成的千扰问题等 具体求解测距方程时 若直接数值求解 由于故障点距离为一实数 而方程的 根为复根 所以要将复根转化成实数 这样总会带来一些误差 若用迭代法求解 则迭代过程可能不收敛或出现伪根 增根问题 需要解决伪根剔除等问题 1 2 4故障测距算法其它相关问题 故障测距需要输入数据更加精确 若取用保护信息进行测距 误差会比较大 这一点已经得到验证 因为故障测距和保护对数据的要求是有差异的 保护对数据 的要求相对低一些 所以可考虑在保护跳闸出口后和断路器跳开前这段时间内 增 加采样频率或配各专门的采集系统以满足测距对数据的高要求 随着d s p等相关硬 件的发展和在工程上的应用 适应故障测距较高采样率的要求也能得到一定的满 足 故障测距算法需要对线路进行建模 通常短线路采用集中参数的线路模型 不 计输电线路分布电容的影响 就可以满足要求 中长线路参数可采用n型等值电路 模型 即考虑分布电容的集中参数模型 或分布参数线路模型 文献侧提出了利用线路双端数据进行测距的算法 并且引入了不同步角 但使 用的是集中参数的线路模型 没考虑线路的分布电容 这对于超高压长线路将导致 较大的误差 因为 超 高压输电线路的电压等级高 为了限制导线产生的电晕 常常采用分裂导线 而分裂导线根数增多 其对地电容增大 不容忽略 3 超 高 压输电线路往往也比较长 线路参数的分布特性强 集中参数的线路模型无法反应 这一点 只有采用能较准确地反映线路实际特性的分布参数模型才能避免产生原理 性的误差 文 献 3 7 提出了利用分布参数线路模型解决同杆双回线的故障测距算法 华北电力大学 北京 硕士学位论文 单端法和双端法都存在的问题有 a 方法是否适合同杆并架双回线 b 是否适合线路均匀换位和 或不均匀换位 c 方法适合同杆并架双回线的哪一种或哪几种故障类型 d 线路参数不准确时对算法的影响 e 高电压长线路的分布电容对算法的影响 f 负荷电流的影响 9 采样率和基波分量的提取带来的误差 行波测距法可直接测出故障点与测量点间的距离 精度高 测量时间比之故障 分析法短 但这种技术目前还不太成熟 尚需解决行波或脉冲在故障点与母线之间 发生多次反射和折射所造成的千扰问题等 具体求解测距方程时 若直接数值求解 由于故障点距离为一实数 而方程的 根为复根 所以要将复根转化成实数 这样总会带来一些误差 若用迭代法求解 则迭代过程可能不收敛或出现伪根 增根问题 需要解决伪根剔除等问题 1 2 4故障测距算法其它相关问题 故障测距需要输入数据更加精确 若取用保护信息进行测距 误差会比较大 这一点已经得到验证 因为故障测距和保护对数据的要求是有差异的 保护对数据 的要求相对低一些 所以可考虑在保护跳闸出口后和断路器跳开前这段时间内 增 加采样频率或配各专门的采集系统以满足测距对数据的高要求 随着d s p等相关硬 件的发展和在工程上的应用 适应故障测距较高采样率的要求也能得到一定的满 足 故障测距算法需要对线路进行建模 通常短线路采用集中参数的线路模型 不 计输电线路分布电容的影响 就可以满足要求 中长线路参数可采用n型等值电路 模型 即考虑分布电容的集中参数模型 或分布参数线路模型 文献侧提出了利用线路双端数据进行测距的算法 并且引入了不同步角 但使 用的是集中参数的线路模型 没考虑线路的分布电容 这对于超高压长线路将导致 较大的误差 因为 超 高压输电线路的电压等级高 为了限制导线产生的电晕 常常采用分裂导线 而分裂导线根数增多 其对地电容增大 不容忽略 3 超 高 压输电线路往往也比较长 线路参数的分布特性强 集中参数的线路模型无法反应 这一点 只有采用能较准确地反映线路实际特性的分布参数模型才能避免产生原理 性的误差 文 献 3 7 提出了利用分布参数线路模型解决同杆双回线的故障测距算法 华北电力大学 北京 硕士学位论文 测距精度较高 但只用于其中的单回线故障 故障测距方法的研究中 数学模型不断得到完善 但因为线路参数的测量可能 不准确 并且高压输电线的线路参数 因受到沿线地质 气候 大地电阻率分布不 均等诸因素的影响 会偏离给定值 特别是气候恶劣的高寒地带 当线路被冰雪覆 盖时 将会使线路参数明显偏离给定值 3 1 通常测距方法要用到给定的线路参数值 如果参数测量不准或测距时线路的实际参数偏离了给定值 就会造成测距误差 参 数偏离的程度愈大 测距误差就愈大 1 3本文主要研究内容 本文对各种主要的故障f 距方法进行了探讨和分析 权衡了各种方法的优缺 点 并在此基础上 得出了一些有益的结论 同时又结合了同杆并架双回线的特点 提出了利用分布参数线路模型和双端数据的同杆并架双回线的故障钡 u 距新算法 本文的主要研究内容如下 i 基于换位和不换位同杆并架双回线故障钡 距新算法的推导 测距算法的线路模型采用分布参数模型 因为同杆运行的双回输电线路一般电 压等级高 输电距离长 线间距离很近 线路分布电容的影响非常明显 尤其当发 生接地阻抗较大的故障时 在分布电容上的电流之和很大 若忽略分布电容的影响 将导致测距结果的不正确 3 7 1 所以采用能较准确反应线路电气特性的分布参数模 型 又由于同杆并架双回线的结构复杂 故障类型也复杂 考虑使用双端的电压 电流数据 以使算法避开多种因素的干扰 使测距结果更加理想 两种算法推导过程考虑了对线路参数进行识别的问题 期望测距结果对不准确 的线路参数具有 自适应能力 2 探讨两种测距算法在各种不同故障和系统条件下的适应能力 仿真算例中考虑了故障类型 故障位置 故障过渡阻抗 负荷电流和系统运行 方式对测距算法的影响 从理论和实践上都证明了本文提出的故障测距算法在以上 所列的各种情况下都能够准确测距 且精确度较高 算法尤其针对不准确的线路参 数和双端数据不同步采样角进行了讨论 测距结果具有较高的可信度 测距误差能 够满足工程上的要求 从而验证了这两种算法在这两种情况下的有效性 3 基于电流互感器误差修正的不换位同杆并架双回线故障测距算法的推导 短路故障发生后系统电压一般会降低 故电压互感器不会给电压的变换引入较 大误差 但短路电流在最恶劣的情况下会增大为额定电流的几十倍 而且还会叠加 着直流非周期分量 使电流互感器的铁芯发生饱和 二次电流畸变 导致无法正确 华北电力大学 北京 硕士学位论文 测距精度较高 但只用于其中的单回线故障 故障测距方法的研究中 数学模型不断得到完善 但因为线路参数的测量可能 不准确 并且高压输电线的线路参数 因受到沿线地质 气候 大地电阻率分布不 均等诸因素的影响 会偏离给定值 特别是气候恶劣的高寒地带 当线路被冰雪覆 盖时 将会使线路参数明显偏离给定值 3 1 通常测距方法要用到给定的线路参数值 如果参数测量不准或测距时线路的实际参数偏离了给定值 就会造成测距误差 参 数偏离的程度愈大 测距误差就愈大 1 3本文主要研究内容 本文对各种主要的故障f 距方法进行了探讨和分析 权衡了各种方法的优缺 点 并在此基础上 得出了一些有益的结论 同时又结合了同杆并架双回线的特点 提出了利用分布参数线路模型和双端数据的同杆并架双回线的故障钡 u 距新算法 本文的主要研究内容如下 i 基于换位和不换位同杆并架双回线故障钡 距新算法的推导 测距算法的线路模型采用分布参数模型 因为同杆运行的双回输电线路一般电 压等级高 输电距离长 线间距离很近 线路分布电容的影响非常明显 尤其当发 生接地阻抗较大的故障时 在分布电容上的电流之和很大 若忽略分布电容的影响 将导致测距结果的不正确 3 7 1 所以采用能较准确反应线路电气特性的分布参数模 型 又由于同杆并架双回线的结构复杂 故障类型也复杂 考虑使用双端的电压 电流数据 以使算法避开多种因素的干扰 使测距结果更加理想 两种算法推导过程考虑了对线路参数进行识别的问题 期望测距结果对不准确 的线路参数具有 自适应能力 2 探讨两种测距算法在各种不同故障和系统条件下的适应能力 仿真算例中考虑了故障类型 故障位置 故障过渡阻抗 负荷电流和系统运行 方式对测距算法的影响 从理论和实践上都证明了本文提出的故障测距算法在以上 所列的各种情况下都能够准确测距 且精确度较高 算法尤其针对不准确的线路参 数和双端数据不同步采样角进行了讨论 测距结果具有较高的可信度 测距误差能 够满足工程上的要求 从而验证了这两种算法在这两种情况下的有效性 3 基于电流互感器误差修正的不换位同杆并架双回线故障测距算法的推导 短路故障发生后系统电压一般会降低 故电压互感器不会给电压的变换引入较 大误差 但短路电流在最恶劣的情况下会增大为额定电流的几十倍 而且还会叠加 着直流非周期分量 使电流互感器的铁芯发生饱和 二次电流畸变 导致无法正确 华北电力大学 北京 硕士学位论文 传变线路中的短路电流 从而给故障定位带来较大的误差 因此要对输电线路实现 精确故障定位 必须要解决电流互感器饱和后不能真实传变一次侧电流的问题 本 文对此提出了两种改进型不换位线路算法 华北电力大学 北京 硕士学位论文 第 二 章同杆并架双回线的故障分析 2 1同杆并架双回线的特点 同杆并架双回线与单回线相比有其固有的特点 主要是双回线之间距离很近 藕合比较严重 除其中任一回线会发生单回线故障外 还会发生由雷电和倒杆等因 素引起的跨线故障 总的故障类型多达 1 2 0 种p 其中跨线故障约占 全部故障的8 0 以 l 由于同杆并架双回线具有的这些特点 使得相应的故障分析 测距和保护 等变得复杂起来 2 2相模转换一一六序分量法 就象分析单回线的三序对称分量法一样 对同杆并架双回线也需要采取一种相 模变换 以将线间 相间均存在互感的双回线解祸成相互独立的序量 再用独立的 序量对双回线进行各种故障分析 当同杆并架双回线的参数矩阵平衡 即每回线的 相间互阻抗相等 两回线的相间互阻抗也相等时 我们采用六序分量法 六序分量的得来是依据对称分量法 从同杆双回线的平衡参数矩阵出发 通过 相似变换使原来的参数矩阵变为对角阵的过程 因为线路的参数矩阵是线路中电 压 电流关系的体现 参数矩阵变换的实质就是消去线路互感的过程 首先先消去 线间互感 相应的变换阵为d 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0一1 0 1 0 0一1 0 1 0 0 c z一 经过 p 阵的变换后 原来的双回线路变成互相之间没有互感的两条理论意义上 的同 反向线路 其实质是把原来存在互感的两回线中的电流分成了同向量和反向 量两部分 原来的两回线路中分别流过同向量电流 因为电流方向都是从同一端流 向另外一端 所以称为同向量 反向量是在原来的两回线路中环流的 从线路的某 一端看两个电流方向相反 称为反向量 两回线其中的某一回线流过的总电流等于 在其上流过的同向量和反向量之和 另一回线上流过的总电流等于同向量和反向量 华北电力大学 北京 硕士学位论文 第 二 章同杆并架双回线的故障分析 2 1同杆并架双回线的特点 同杆并架双回线与单回线相比有其固有的特点 主要是双回线之间距离很近 藕合比较严重 除其中任一回线会发生单回线故障外 还会发生由雷电和倒杆等因 素引起的跨线故障 总的故障类型多达 1 2 0 种p 其中跨线故障约占 全部故障的8 0 以 l 由于同杆并架双回线具有的这些特点 使得相应的故障分析 测距和保护 等变得复杂起来 2 2相模转换一一六序分量法 就象分析单回线的三序对称分量法一样 对同杆并架双回线也需要采取一种相 模变换 以将线间 相间均存在互感的双回线解祸成相互独立的序量 再用独立的 序量对双回线进行各种故障分析 当同杆并架双回线的参数矩阵平衡 即每回线的 相间互阻抗相等 两回线的相间互阻抗也相等时 我们采用六序分量法 六序分量的得来是依据对称分量法 从同杆双回线的平衡参数矩阵出发 通过 相似变换使原来的参数矩阵变为对角阵的过程 因为线路的参数矩阵是线路中电 压 电流关系的体现 参数矩阵变换的实质就是消去线路互感的过程 首先先消去 线间互感 相应的变换阵为d 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0一1 0 1 0 0一1 0 1 0 0 c z一 经过 p 阵的变换后 原来的双回线路变成互相之间没有互感的两条理论意义上 的同 反向线路 其实质是把原来存在互感的两回线中的电流分成了同向量和反向 量两部分 原来的两回线路中分别流过同向量电流 因为电流方向都是从