一种基于重合闸动作分析的单端输电线路故障测距方法技术

本发明专利技术公开了一种基于重合闸动作分析的单端输电线路故障测距方法。该方法根据电路叠加原理，分别分析故障状态和故障后自动重合闸状态下的附加状态网络，建立正序故障分量状态下本侧测量电压电流关于故障距离、过渡电阻及对侧系统阻抗的方程组。最后，利用信赖域反射算法求解故障状态及重合闸状态的方程组，获得精确的故障距离。本发明专利技术完全克服了传统单端法因可利用信息有限而无法同时消除故障距离、过渡电阻及对侧系统阻抗对测距精度影响的弊端。

【技术实现步骤摘要】
一种基于重合闸动作分析的单端输电线路故障测距方法
本专利技术涉及电力系统继电保护
，尤其是涉及一种基于重合闸动作分析的单端输电线路故障测距方法。
技术介绍
快速、准确的故障定位技术对于修复故障，迅速恢复供电，提高电力系统可靠性和连续性有着至关重要的意义。根据测距原理，故障测距主要分为行波法及故障分析法。行波法根据故障后行波到达测量点的时间差测算故障距离，原理上具有很高的精度。但波头及波速的检测存在一定难度，且设备成本过高。故障分析法利用系统故障前后的稳态电压电流等信息建立方程，求解故障距离。故障分析法根据信息来源，可分为单端法和双端法。双端故障分析法利用两边信息进行分析，可消除过渡电阻等因素的影响，拥有较高测距精度。此类方法的可靠性受线路两侧信号同步性影响，且经济性较差，同时，大部分双端法存在伪根判别的问题且无法在所有情况下都能判别出伪根。单端故障分析法通过分析单端工频电压与电流之间的关系方程，获取故障距离。传统的单端法测距精度不高，易受到负荷水平、实际故障距离、过渡电阻、对侧系统运行条件变化等因素的影响。究其根本原因，传统的单端法由于利用的测量信息有限，未知量个数大于方程个数，无法同时消除实际故障距离、过渡电阻及对侧系统运行条件变化的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种为解决单端法可利用测量信息有限的问题，将分析多个时间层面(故障状态和重合闸状态)以提取更多有效信息，采用分布式线路参数，建立故障状态和单相重合闸状态下的单端电气量与故障距离、过渡电阻及对侧系统阻抗的方程组，通过信赖域反射算法求解方程组，获取精确的故障距离，应用方便，仅通过变电站中故障录波仪及线路参数即可应用于现有的输电系统的一种基于重合闸动作分析的单端输电线路故障测距方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于重合闸动作分析的单端输电线路故障测距方法，包括以下步骤：步骤1：将线路发生永久性故障前后整个过程分为5个时间面状态；步骤2：针对5个时间面状态中的两个时间面状态分别建模并分别建立包含未知故障距离值和其他相关未知数的关系方程组；步骤3：对包含未知故障距离值和其他相关未知数的关系方程组进行求解，得出故障距离值；步骤4：将故障距离值进行循环迭代，以满足误差的设定值以内并得出最终故障距离值。进一步地，所述步骤1中的5个时间面状态包括：状态A：故障前状态，线路两侧断路器闭合、状态B：故障状态，线路发生故障，但线路两侧断路器仍然闭合、状态C：故障清除状态，保护动作后，线路两侧断路器断开、状态D：重合闸状态，线路一侧断路器先行闭合，另外一侧断路器保持断开和状态E：最终隔离状态，故障未能清除，保护动作，再次断开合闸侧的断路器。进一步地，所述步骤2中的两个时间面状态为状态B：故障状态，线路发生故障，但线路两侧断路器仍然闭合和状态D：重合闸状态，线路一侧断路器先行闭合，另外一侧断路器保持断开。进一步地，所述的状态B的关系方程组为：式中，和分别为正序故障附加状态网络中本侧电压和电流，Vm和Im分别为本侧电压和电流，AL(1),BL(1),Dm(1),Bm(1),CL(1),DL(1)为本侧状态网络模型参数矩阵AL,BL,Dm,Bm,CL,DL的正序分量，S＝1/3[1αα2]且α＝ej120°，本侧状态网络模型参数矩阵AL,BL,Dm,Bm,CL,DL和对侧状态网络模型参数矩阵AR,BR,Dn,Bn,CR,DR中：Bm＝ALZm+BL，Dm＝CLZm+DL，Bn＝ARZn+BR，Dn＝CRZn+DR，AL＝DL＝coshγx，BL＝Zc·sinhγx，AR＝DR＝cosh(γ(d-x))，BR＝Zc·sinh(γ(d-x))，Zm和Zn分别为本侧系统阻抗和对侧系统阻抗，Zc和γ分别为波阻抗和传播系数，d为输电线路总长度，x表示故障点到本侧测量点的距离，Zf为过渡阻抗。进一步地，所述的状态D的关系方程组为：式中，Xij，Yij(i,j＝1,2,3)分别为X，Y参数矩阵中的元素，矩阵矩阵Zms和Zmm分别为本侧系统的自阻抗和互阻抗，和分别为正序重合闸附加状态网络中本侧电压和电流，为重合闸附加状态网络中的相电流。进一步地，所述步骤3的包含未知故障距离值和其他相关未知数的关系方程组的求解方法采用信赖域反射求解方法。进一步地，所述步骤4中的设定值为0.1％。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)适用性强，本专利技术的线路模型为分布参数线路模型，不受分布电容电流的影响，适用于高压长距离输电线路。(2)精确度高，本专利技术通过分别分析故障状态和故障后自动重合闸状态下的附加状态网络，建立正序故障分量状态下关于故障距离、过渡电阻及对侧系统阻抗的方程组，并利用信赖域反射算法计算出精确的故障位置。(3)抗干扰性强，本专利技术完全克服了传统单端法因可利用信息有限而无法同时消除故障距离、过渡电阻及对侧系统阻抗对测距精度影响的弊端，同时，可通过信赖域反射算法量化这三种影响因素，根据EMTP-ATP的仿真验证结果，最终的测距精度很高，并且测距结果完全不受故障距离、过渡电阻及对侧系统阻抗的影响。附图说明图1为永久性故障时单相重合闸过程中的电流波形示意图，其中图1(a)为单相重合闸中本侧断路器先合闸情况的电流波形示意图，图1(b)为单相重合闸中对侧断路器先合闸情况的电流波形示意图；图2为故障前网络示意图；图3为故障附加状态网络(故障分量网络)示意图；图4为故障后网络示意图；图5为正序故障附加状态网络示意图；图6为重合闸时附加状态网络示意图；图7为重合闸时网络示意图；图8为正序重合闸时附加状态网络示意图；图9为输电系统模型示意图；图10为本专利技术测距算法流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。本专利技术的原理分析：(1)重合闸动作过程分析输电线路故障主要分为瞬时故障和永久性故障。瞬时性故障时，可通过自动重合闸重合断路器，迅速恢复供电，提高供电可靠性及连续性。永久性故障时，自动重合闸在重合失败后，将再次断开断路器，等待检修人员排除故障。根据统计，在输电线路中，单相接地故障发生概率可高达80％以上。因此，本专利技术以单相接地故障和单相重合闸为对象，展开研究。在单相重合闸中，由于只断开故障相，原则上线路两测断路器不需要检同期而同时进行合闸。但这种做法使两边断路器同时再次受到故障的冲击。有文献提出了一种改进的单相重合闸方式，借用三相重合闸在永久性故障下，检无压后不再重合对侧断路器的原理，减少故障对一侧断路器的冲击。此外，现场中线路两侧由于设备机械反映时间、保护动作、保护返回时间不同等原因，也很难达到断路器同时合闸。因此，在改进的单相重合闸以及现场实际的单相重合闸动作情况下，断路器在重合闸的过程中，将会出现一侧故障相断路器闭合，另一侧故障相断路器断开的系统状态，在本专利技术中称为重合闸状态。重合闸在重合过程中，线路两侧的断路器都可能先合闸。因此，将重合闸状态分为两种，a)本侧断路器先合闸b)对侧断路器先合闸。如图1所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于重合闸动作分析的单端输电线路故障测距方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将线路发生永久性故障前后整个过程分为5个时间面状态；步骤2：针对5个时间面状态中的两个时间面状态分别建模并分别建立包含未知故障距离值和其他相关未知数的关系方程组；步骤3：对包含未知故障距离值和其他相关未知数的关系方程组进行求解，得出故障距离值；步骤4：将故障距离值进行循环迭代，以满足误差的设定值以内并得出最终故障距离值。

【技术特征摘要】
1.一种基于重合闸动作分析的单端输电线路故障测距方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将线路发生永久性故障前后整个过程分为5个时间面状态；步骤2：针对5个时间面状态中的两个时间面状态分别建模并分别建立包含未知故障距离值和其他相关未知数的关系方程组；步骤3：对包含未知故障距离值和其他相关未知数的关系方程组进行求解，得出故障距离值；步骤4：将故障距离值进行循环迭代，以满足误差的设定值以内并得出最终故障距离值。2.根据权利要求1所述的一种基于重合闸动作分析的单端输电线路故障测距方法，其特征在于，所述步骤1中的5个时间面状态包括：状态A：故障前状态，线路两侧断路器闭合、状态B：故障状态，线路发生故障，但线路两侧断路器仍然闭合、状态C：故障清除状态，保护动作后，线路两侧断路器断开、状态D：重合闸状态，线路一侧断路器先行闭合，另外一侧断路器保持断开和状态E：最终隔离状态，故障未能清除，保护动作，再次断开合闸侧的断路器。3.根据权利要求1所述的一种基于重合闸动作分析的单端输电线路故障测距方法，其特征在于，所述步骤2中的两个时间面状态为状态B：故障状态，线路发生故障，但线路两侧断路器仍然闭合和状态D：重合闸状态，线路一侧断路器先行闭合，另外一侧断路器保持断开。4.根据权利要求3所述的一种基于重合闸动作分析的单端输电线路故障测距方法，其特征在于，所述的状态B的关系方程组为：式中，和分别为正序故障附加状态网络中本侧电压和电流，Vm和Im分别为本侧电压和电流，AL(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：季亮，陶小杰，施佳斌，曹喆，倪泽宇，米阳，杨兴武，李振坤，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31