一种无需线路参数的输电线路故障定位算法_同步

1、一种无需线路参数的输电线路故障定位算法一种无需线路参数的输电线路故障定位算法_ _同步同步 论文导读:提出了一种新的输电线路故障定位算法，该算法利用故障时正、负序网络中各自电压、电流间的关系，导出了故障定位方程。无需线路参数，只需借助 GPS 实现同步采集线路两端的电压、电流数据，并作相关处理，即可实现故障定位。与传统方法相比，该算法不受线路参数变化、故障发生地点环境以及故障过度电阻等的干扰，实现简单、灵活，实用性更强。同时利用 Matlab 软件对算法做了大量仿真测试，测试结果证明了该算法的正确性。 论文关键词：输电线路，故障定位，GPS，同步 0.引言 对输电线路进行快速准确的故障定位，是

2、现代输电线路保护的一个重要的组成部分，同时也是线路检修人员快速查找故障点，并及时予以排除的重要依据，而定位算法的好坏则直接影响着相关工作的进行。现阶段，对故障定位比较常用的方法大体可分为基于行波理论的行波测距法和基于工频相量的故障分析法3-4。而前者一般采用小波变换模极大值法来检测行波波头，从而根据波头到达时间与行波波速确定故障距离，如文献5-6均是采用这种方法。文献7则在传统小波变换基础上做了改进，利用正交小波的频段剖分功能将暂态行波信号分解成多个频段内的时频分量信号，用相关分析方法在各个频段确定两侧行波时频分量的时间差并结合各个频段内的波速实现故障定位。文献8则提出了一种利用行波固有频率及

3、其相应波速来实现定位。纵观这些方法，要么存在因行波色散，或易受到故障过渡电阻及网络连接方式的影响导致波头难于检测的问题，要么因参数频变和波速的变化而对测距结果带来误差，要么存在由于线路两端的非线性元件的动态时延对结果造成严重影响等问题。而传统的基于工频相量的故障分析法如文献913，则须已知线路参数，由于线路参数易受线路位置环境和天气情况等因数的影响同步，使得测距结果受到影响。 本文针对上述弊端，提出了一种无需已知线路参数的双端故障定位新算法。该算法基于对称分量法，利用故障时正、负序网中电压、电流间的关系，导出了一故障定位方程。算法的关键是要实现对输电线路双端电压电流数据的同步采样，近年来，随着

4、通信技术的发展，特别是 GPS 技术对民用的开放，使得对输电线路两端电气量进行同步采样，同步误差能控制在 1 微妙，这正好解决了这一问题。为验证算法的正确性，本文利用 Matlab 软件对该算法做了大量的方真，仿真结果表明，本算法不仅简单、灵活，而且定位速度快，测量结果精确度高。 1.基本原理及定位方程的推导 对于一条长为 L 的输电线路，当在线路距 A 端 的点 F 处发生非对称短路故障时（假设 a 相短路接地）如下图 1 所示： 图 1 输电线路距 A 端 处发生相接地短路时的模型 当线路不太长时，可以忽略线路的对地电容和电抗，由对称分量法，可得到如下图 2 (a)、(b)所示的正序、负序

5、等效简化电路图： (a) (b) 图 2 输电线路 F 处发生不对称故障时等效正序、负序简化电路图（(a)-正序、(b)-负序） 对故障时输电线路两端采集的电压、电流数据分别进行对称分量法分解，即可求出故障时正序、负序、零序电压、电流分量，本文推导的算法仅用到正序和负序分量。 在正序和负序等效电路中，由各自的电压、电流间的关系有： 对于正序网络有： （1） 对于负序网络有： （2） 其中：、为 A 端的正序电压和电流，、为 B 端的正序电压和电流，、为 A 端的负序电压和电流，、为 B 端的负序电压和电流。为单位长度线路的正序或负序阻抗（正序阻抗=负序阻抗）。 显然，方程（1）、（2）中，只有

6、和是未知量，由方程（1）、（2）很容易得到： （3）（4） 传统的方法须已知线路参数（），由（3）即可求出故障位置 。本文所推导方法则无需已知线路参数。在此由方程（3）、（4）推导出故障距离 占线路总长的比： （5） 将（3）、（4）代入（5）即可得到： （6） （6）式即是本文所推导出的故障定位方程。若已知线路长度，则故障距A 端距离极为中国学术期刊网。显然，（6）式只含电压、电流的正、负序分量，这可由对故障后线路两端的电压电流采样后经对称分量法得到同步，而与线路参数无关。 2数据处理及仿真 21数据处理 由于电压、电流的采样瞬时值中含有衰减的直流分量和高次谐波，这将大大影响定位精度。为消除

7、高次谐波的影响，采用 FFT 算法对所采集的数据进行滤波处理，采样频率为=6.4，数据窗宽度取为= 20 ms，（每数据窗采样 N=128 个点），滤除高次次谐波分量。同时考虑 FFT 滤波算法对直流分量敏感，而直流分量随时间大幅度衰减，故本文对故障后第二、第三周期数据进行采样，对采样数据进行 FFT 滤波处理。 对滤波处理后的电压、电流分量进行对称分量法分解，即可求得相应的正序、负序电压、电流分量，代入方程（6），即可实现故障定位。 22仿真参数设置及实现 为验证算法的正确性，本文分别以 A 相接地短路、B、C 两相相间短路以及A、C 两相对地短路为例，分别设置不同的故障距离 以及不同的故障

8、电阻或，用 matlab7.0 对图 1 所示的输电网络进行仿真。仿真参数设置如下： A 端电源参数：=420kv，=1.12+j42.36；B 端电源参数：= 400 kv, =,=1.09+j43.54；电源频率为 50。线路参数：单位长度线路正序、零序电阻分别为=0.068，=0.184 ；单位长度线路正序、零序电感为 =0.92352，= 2.74265；单位长度线路正序、零序电容为=0.0125，=0.0056。线路长度为=180，短路点离 A 端距离 分别设置为 25、40、55、70、90、115、135、160。仿真时间为 0.000.10 秒，故障发生时刻为 0.04 秒，采

9、样频率为，即以每工频周期采样 128 个点分别对故障前后的电压、电流进行采样。 表 1 A 相接地短路： 表 2B、C 相间短路： 表 3A、C 对地短路： 注：5/10=5/10 表示 Rf=5，Rg=10，其余类同。 3仿真结果及分析 本文所得仿真结果分别如下表 1、表 2、表 3 所示，其中表 1 为发生 A 相接地短路时所侧得的数据，表 2 为发生 B、C 相间短路时所侧得的数据，表 3 为A、C 对地短路时所测得的数据： 由上述仿真结果可知，本文所提出的定位算法不仅不受输电线路参数、故障电阻等的影响，而且实现简单、灵活同步，测距结果完全满足工程实际要求。 4结语 本文提出了一种新的输

10、电线路故障双端定位算法，较传统定位算法相比，该算法无需已知线路参数，不受环境、气候等因素对线路参数的改变的影响，不受故障电阻的影响，抗干扰能力更强，实现简单、灵活。测距结果能较好的满足工程应用。本算法可作为实际的输电线路故障检测及微机保护的一种辅助算法。 由于忽略了线路的对地电容和电感，故当线路太长，电压等级过高时，误差则相应会有所偏大。同时由于本算法用到了故障负序分量，故不适于三相平衡短路情况，这是本算法的不足之处。当在此种局限情况下，可辅以其他方法，对结果予以修正。 徐俊明，男，1985 年 11 月出生，现为三峡大学电力系统及其自动化专业研究生，主要从事电网运行和继电保护方面的研究， 参

11、考文献 1葛耀中新型继电保护与故障测距原理与技术M西安：西安交通大学出版社，1996 2何仰赞，温增银电力系统分析M武汉：华中科技大学出版社，2002 3全玉生，杨敏中，王晓蓉，等高压架空输电线路的故障测距方法J电网技术，2000，24(4)：33 4郭俊宏，谭伟璞，杨以涵，郭芳霞，任杰电力系统故障定位原理综述J继电器，2006，34（3）：76-81 5董新洲，葛耀中，徐丙垠利用暂态电流行波的输电线路故障测距研究J中国电机工程学报，1999，19(4)：76-80 6覃剑，陈祥训，郑健超，吴成琦利用小波变换的双端行波测距新方法J中 国电机工程学报，2000，20(8)：6-20 7陈玉林，陈

12、允平，龚庆武基于时频分量相关分析的高压电缆双端行波测距J电力自动化设备，2008，28(12)：16-20 8邬林勇，何正友，钱清泉一种提取行波自然频率的单端故障测距方法J中国电机工程学报，2008，28(10)：69-75 9姚李孝，姚金雄，安源基于 Matlab/Simulink 的高压输电线路故障定位的仿真研究J电网技术，2005，29(10)：53-56 10全玉生，张煜，邱庆春，等基于 GPS 的双端故障定位新算法J电网技术，2004，28(6)：63-66 11苏进喜，罗承沐，解子凤，等基于 GPS 双端同步采样的输电线路故障定位的研究J清华大学学报（自然科学版）1999，39（9

13、）：47-50 12董新洲，葛耀中一种使用两端电气量的高压输电线路故障测距算法J电力系统自动化，1995，19(8)：47-53 13苏进喜，解子凤，等双端同步采样的输电线路故障定位方法的仿真研究J高电压技术，1998，24(4)：26-28 14龚庆武采用双端信号的输电线路精确定位系统：硕士学位论文武汉：武汉水利电力大学，1996 15金滇黔基于 GPS 双端同步采样的输电线路故障定位的研究：硕士学位论文南宁：广西大学硕士学位论文2004。 对滤波处理后的电压、电流分量进行对称分量法分解，即可求得相应的正序、负序电压、电流分量，代入方程（6），即可实现故障定位。 22仿真参数设置及实现 为验

14、证算法的正确性，本文分别以 A 相接地短路、B、C 两相相间短路以及A、C 两相对地短路为例，分别设置不同的故障距离 以及不同的故障电阻或，用 matlab7.0 对图 1 所示的输电网络进行仿真。仿真参数设置如下： A 端电源参数：=420kv，=1.12+j42.36；B 端电源参数：= 400 kv, =,=1.09+j43.54；电源频率为 50。线路参数：单位长度线路正序、零序电阻分别为=0.068，=0.184 ；单位长度线路正序、零序电感为 =0.92352，= 2.74265；单位长度线路正序、零序电容为=0.0125，=0.0056。线路长度为=180，短路点离 A 端距离

15、分别设置为 25、40、55、70、90、115、135、160。仿真时间为 0.000.10 秒，故障发生时刻为 0.04 秒，采样频率为，即以每工频周期采样 128 个点分别对故障前后的电压、电流进行采样。 表 1 A 相接地短路： 表 2B、C 相间短路： 表 3A、C 对地短路： 注：5/10=5/10 表示 Rf=5，Rg=10，其余类同。 3仿真结果及分析 本文所得仿真结果分别如下表 1、表 2、表 3 所示，其中表 1 为发生 A 相接 地短路时所侧得的数据，表 2 为发生 B、C 相间短路时所侧得的数据，表 3 为A、C 对地短路时所测得的数据： 由上述仿真结果可知，本文所提出

16、的定位算法不仅不受输电线路参数、故障电阻等的影响，而且实现简单、灵活同步，测距结果完全满足工程实际要求。 4结语 本文提出了一种新的输电线路故障双端定位算法，较传统定位算法相比，该算法无需已知线路参数，不受环境、气候等因素对线路参数的改变的影响，不受故障电阻的影响，抗干扰能力更强，实现简单、灵活。测距结果能较好的满足工程应用。本算法可作为实际的输电线路故障检测及微机保护的一种辅助算法。 由于忽略了线路的对地电容和电感，故当线路太长，电压等级过高时，误差则相应会有所偏大。同时由于本算法用到了故障负序分量，故不适于三相平衡短路情况，这是本算法的不足之处。当在此种局限情况下，可辅以其他方法，对结果予

17、以修正。 徐俊明，男，1985 年 11 月出生，现为三峡大学电力系统及其自动化专业研究生，主要从事电网运行和继电保护方面的研究， 参考文献 1葛耀中新型继电保护与故障测距原理与技术M西安：西安交通大学出版社，1996 2何仰赞，温增银电力系统分析M武汉：华中科技大学出版社，2002 3全玉生，杨敏中，王晓蓉，等高压架空输电线路的故障测距方法J电网技术，2000，24(4)：33 4郭俊宏，谭伟璞，杨以涵，郭芳霞，任杰电力系统故障定位原理综述J继电器，2006，34（3）：76-81 5董新洲，葛耀中，徐丙垠利用暂态电流行波的输电线路故障测距研究J中国电机工程学报，1999，19(4)：76-

18、80 6覃剑，陈祥训，郑健超，吴成琦利用小波变换的双端行波测距新方法J中 国电机工程学报，2000，20(8)：6-20 7陈玉林，陈允平，龚庆武基于时频分量相关分析的高压电缆双端行波测距J电力自动化设备，2008，28(12)：16-20 8邬林勇，何正友，钱清泉一种提取行波自然频率的单端故障测距方法J中国电机工程学报，2008，28(10)：69-75 9姚李孝，姚金雄，安源基于 Matlab/Simulink 的高压输电线路故障定位的仿真研究J电网技术，2005，29(10)：53-56 10全玉生，张煜，邱庆春，等基于 GPS 的双端故障定位新算法J电网技术，2004，28(6)：63-66 11