一種無需線路參數(shù)的輸電線路故障定位算法

1、一種無需線路參數(shù)的輸電線路故障定位算法論文導(dǎo)讀:：提出了一種新的輸電線路故障定位算法，該算法利用故障時正、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)中各自電壓、電流間的關(guān)系，導(dǎo)出了故障定位方程。無需線路參數(shù)，只需借助GPS實現(xiàn)同步采集線路兩端的電壓、電流數(shù)據(jù)，并作相關(guān)處理，即可實現(xiàn)故障定位。與傳統(tǒng)方法相比，該算法不受線路參數(shù)變化、故障發(fā)生地點環(huán)境以及故障過度電阻等的干擾，實現(xiàn)簡單、靈活，實用性更強(qiáng)。同時利用Matlab軟件對算法做了大量仿真測試，測試結(jié)果證明了該算法的正確性。論文關(guān)鍵詞：輸電線路，故障定位，GPS，同步0.引言對輸電線路進(jìn)行快速準(zhǔn)確的故障定位，是現(xiàn)代輸電線路保護(hù)的一個重要的組成局部，同時也是線路檢修人員快速查找

2、故障點，并及時予以排除的重要依據(jù)，而定位算法的好壞那么直接影響著相關(guān)工作的進(jìn)行?，F(xiàn)階段，對故障定位比擬常用的方法大體可分為基于行波理論的行波測距法和基于工頻相量的故障分析法【3】-【4】。而前者一般采用小波變換模極大值法來檢測行波波頭，從而根據(jù)波頭到達(dá)時間與行波波速確定故障距離，如文獻(xiàn)【5】-【6】均是采用這種方法。文獻(xiàn)【7】那么在傳統(tǒng)小波變換根底上做了改良，利用正交小波的頻段剖分功能將暫態(tài)行波信號分解成多個頻段內(nèi)的時頻分量信號，用相關(guān)分析方法在各個頻段確定兩側(cè)行波時頻分量的時間差并結(jié)合各個頻段內(nèi)的波速實現(xiàn)故障定位。文獻(xiàn)那么提出了一種利用行波固有頻率及其相應(yīng)波速來實現(xiàn)定位?？v觀這些方法，要么存

3、在因行波色散，或易受到故障過渡電阻及網(wǎng)絡(luò)連接方式的影響導(dǎo)致波頭難于檢測的問題，要么因參數(shù)頻變和波速的變化而對測距結(jié)果帶來誤差，要么存在由于線路兩端的非線性元件的動態(tài)時延對結(jié)果造成嚴(yán)重影響等問題。而傳統(tǒng)的基于工頻相量的故障分析法如文獻(xiàn)，那么須線路參數(shù)，由于線路參數(shù)易受線路位置環(huán)境和天氣情況等因數(shù)的影響同步，使得測距結(jié)果受到影響。本文針對上述弊端，提出了一種無需線路參數(shù)的雙端故障定位新算法。該算法基于對稱分量法，利用故障時正、負(fù)序網(wǎng)中電壓、電流間的關(guān)系，導(dǎo)出了一故障定位方程。算法的關(guān)鍵是要實現(xiàn)對輸電線路雙端電壓電流數(shù)據(jù)的同步采樣，近年來，隨著通信技術(shù)的開展，特別是GPS技術(shù)對民用的開放，使得對輸電

4、線路兩端電氣量進(jìn)行同步采樣，同步誤差能控制在1微妙，這正好解決了這一問題。為驗證算法的正確性，本文利用Matlab軟件對該算法做了大量的方真，仿真結(jié)果說明，本算法不僅簡單、靈活，而且定位速度快，測量結(jié)果精確度高。1.根本原理及定位方程的推導(dǎo)對于一條長為L的輸電線路，當(dāng)在線路距A端的點F處發(fā)生非對稱短路故障時對故障時輸電線路兩端采集的電壓、電流數(shù)據(jù)分別進(jìn)行對稱分量法分解，即可求出故障時正序、負(fù)序、零序電壓、電流分量，本文推導(dǎo)的算法僅用到正序和負(fù)序分量。在正序和負(fù)序等效電路中，由各自的電壓、電流間的關(guān)系有：對于正序網(wǎng)絡(luò)有： 對于負(fù)序網(wǎng)絡(luò)有： 其中：、為A端的正序電壓和電流，、為B端的正序電壓和電流

5、，、為A端的負(fù)序電壓和電流，、為B端的負(fù)序電壓和電流。為單位長度線路的正序或負(fù)序阻抗傳統(tǒng)的方法須線路參數(shù)將6式即是本文所推導(dǎo)出的故障定位方程。假設(shè)線路長度，那么故障距A端距離極為中國學(xué)術(shù)。顯然，6式只含電壓、電流的正、負(fù)序分量，這可由對故障后線路兩端的電壓電流采樣后經(jīng)對稱分量法得到同步，而與線路參數(shù)無關(guān)。2數(shù)據(jù)處理及仿真21數(shù)據(jù)處理由于電壓、電流的采樣瞬時值中含有衰減的直流分量和高次諧波，這將大大影響定位精度。為消除高次諧波的影響，采用FFT算法對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，采樣頻率為=6.4，數(shù)據(jù)窗寬度取為= 20 ms，每數(shù)據(jù)窗采樣N=128個點，濾除高次次諧波分量。同時考慮FFT濾波算法對

6、直流分量敏感，而直流分量隨時間大幅度衰減，故本文對故障后第二、第三周期數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT濾波處理。對濾波處理后的電壓、電流分量進(jìn)行對稱分量法分解，即可求得相應(yīng)的正序、負(fù)序電壓、電流分量，代入方程6，即可實現(xiàn)故障定位。22仿真參數(shù)設(shè)置及實現(xiàn)為驗證算法的正確性，本文分別以A相接地短路、B、C兩相相間短路以及A、C兩相對地短路為例，分別設(shè)置不同的故障距離以及不同的故障電阻或，用matlab7.0對圖1所示的輸電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真。仿真參數(shù)設(shè)置如下：表1 A相接地短路： 表2B、C相間短路： 表3A、C對地短路： 注：5/10=5/10 表示Rf=5，Rg=10，其余類同。3仿真結(jié)果及分析本

7、文所得仿真結(jié)果分別如下表1、表2、表3所示，其中表1為發(fā)生A相接地短路時所側(cè)得的數(shù)據(jù)，表2為發(fā)生B、C相間短路時所側(cè)得的數(shù)據(jù)，表3為A、C對地短路時所測得的數(shù)據(jù)：由上述仿真結(jié)果可知，本文所提出的定位算法不僅不受輸電線路參數(shù)、故障電阻等的影響，而且實現(xiàn)簡單、靈活同步，測距結(jié)果完全滿足工程實際要求。4結(jié)語本文提出了一種新的輸電線路故障雙端定位算法，較傳統(tǒng)定位算法相比，該算法無需線路參數(shù)，不受環(huán)境、氣候等因素對線路參數(shù)的改變的影響，不受故障電阻的影響，抗干擾能力更強(qiáng)，實現(xiàn)簡單、靈活。測距結(jié)果能較好的滿足工程應(yīng)用。本算法可作為實際的輸電線路故障檢測及微機(jī)保護(hù)的一種輔助算法。由于忽略了線路的對地電容和電

8、感，故當(dāng)線路太長，電壓等級過高時，誤差那么相應(yīng)會有所偏大。同時由于本算法用到了故障負(fù)序分量，故不適于三相平衡短路情況，這是本算法的缺乏之處。當(dāng)在此種局限情況下，可輔以其他方法，對結(jié)果予以修正。徐俊明，男，1985年11月出生，現(xiàn)為三峽大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)研究生，主要從事電網(wǎng)運(yùn)行和繼電保護(hù)方面的研究，參考文獻(xiàn)【1】葛耀中新型繼電保護(hù)與故障測距原理與技術(shù)西安：西安交通大學(xué)出版社，1996【2】何仰贊，溫增銀電力系統(tǒng)分析武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002【3】全玉生，楊敏中，王曉蓉，等高壓架空輸電線路的故障測距方法電網(wǎng)技術(shù)，2000，24(4)：33【4】郭俊宏，譚偉璞，楊以涵，郭芳霞，任杰電

9、力系統(tǒng)故障定位原理綜述繼電器，2006，343：76-81【5】董新洲，葛耀中，徐丙垠利用暫態(tài)電流行波的輸電線路故障測距研究中國電機(jī)工程學(xué)報，1999，19(4)：76-80【6】覃劍，陳祥訓(xùn)，鄭健超，吳成琦利用小波變換的雙端行波測距新方法中 國電機(jī)工程學(xué)報，2000，20(8)：6-20【7】陳玉林，陳允平，龔慶武基于時頻分量相關(guān)分析的高壓電纜雙端行波測距電力自動化設(shè)備，2021，28(12)：16-20鄔林勇，何正友，錢清泉一種提取行波自然頻率的單端故障測距方法中國電機(jī)工程學(xué)報，2021，28(10)：69-75姚李孝，姚金雄，安源基于Matlab/Simulink的高壓輸電線路故障定位的仿真研究電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(10)：53-56全玉生，張煜，邱慶春，等基于GPS的雙端故障定位新算法電網(wǎng)技術(shù)，2004，28(6)：63-66蘇進(jìn)喜，羅承沐，解子鳳，等基于GPS雙端同步采樣的輸電線路故障定位的研究清華大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版1999，399：47-50董新洲，葛耀中一種使用兩端電氣量的高壓輸電線路故障測距算法電力系統(tǒng)自動化，