基于参数辨识的消弧线圈接地系统单相接地故障测距方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于参数辨识的消弧线圈接地系统单相接地故障测距方法，首先建立消弧线圈接地系统单相接地故障时零序全波等效电路，然后将系统参数、故障后的电气量带入由零序全波等效电路推导的关系式中，得到故障点到母线的距离；所述的系统参数包括消弧线圈的电感和等效并联电阻，线路的单位长度正序、负序和零序阻抗；所述故障后的电气量包括母线零序电压、故障线路故障相负荷电流、故障线路零序电流和变电站二次侧故障相绕组电压。本发明专利技术考虑了系统运行时对地零序电容随时变化等客观情况，对不同过渡电阻、故障初相角、故障距离的单相接地故障都有较好的测距适用性，具有灵活性强，准确度较高的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统配电线路故障诊断
，涉及一种消弧线圈接地系统的单相接地故障测距技术，适用于66kV及以下电压等级的消弧线圈接地系统。
技术介绍
消弧线圈接地系统结构复杂，容易发生故障，其中又以单相接地故障发生频率最高，虽然电力规程规定在单相接地故障时允许继续供电1-2小时，但是系统不宜在故障运行状态下持续过长时间。当发生单相接地故障时，尽快确定故障位置，对于及时抢修、消除故障、恢复正常供电都具有极大的现实意义。现有的故障定位技术往往侧重于进行故障区间定位而忽视故障点测距，进行区间定位依赖于线路上安装的FTU设备，对硬件要求较高。在现代配电网保护领域中，越来越期望能够进行精确的故障测距，从而更准确地确定故障点的位置。虽然已经提出一些消弧线圈接地系统故障测距算法，但这些算法有许多缺陷：对硬件要求过高；对过渡电阻大小、故障初相角较为敏感，适用范围狭窄；测距准确度严重依赖于故障初相角的检测精度；在系统运行状态发生变化时，方法鲁棒性不强，会产生较大误差等等。总之，尚需要适用范围宽广、所需设备简单、操作简单实用、鲁棒性较强的单相接地故障测距技术。
技术实现思路
为了解决现有故障定位技术存在的上述问题，从而快速准确的进行故障测距、恢复系统的正常运行，本专利技术提供一种基于参数辨识的消弧线圈接地系统单相接地故障测距技术。本专利技术基于消弧线圈接地系统发生单相接地故障时的零序全波等效电路，只需利用系统参数、故障后的电气量即可实现测距。本发明的故障测距技术不需要额外的测距设备参与，仅需先确定故障线路、故障相等，因此可集成到具有选线功能的装置中，构成选线定位装置。为了解决上述存在的技术问题，本专利技术采用下述技术方案：一种基于参数辨识的消弧线圈接地系统单相接地故障测距技术，其内容包括如下步骤：首先建立消弧线圈接地系统单相接地故障时零序全波等效电路，然后将系统参数、故障后的电气量带入由零序全波等效电路推导的关系式中，得到故障点到母线的距离；所述的系统参数包括消弧线圈的电感和等效并联电阻，线路的单位长度正序、负序和零序阻抗；所述故障后的电气量包括母线零序电压、故障线路故障相负荷电流、故障线路零序电流和变电站二次侧故障相绕组电压；1)建立单相接地故障时零序全波等效电路；该电路的电源由3部分组成，即故障线路故障相负荷电流在故障点上游自阻抗上产生的电压e1(t)、所有线路故障相负荷电流在系统电源内阻抗上产生的电压e2(t)和变压器二次侧故障相绕组在故障前的电压Vf(t)；故障点到母线端的线路自阻抗Zs_up和故障点过渡电阻Rf串联接在电路中；故障线路对地零序电容Cf、所有健全线路对地零序电容之和C1、消弧线圈电感LN和消弧线圈等效并联电阻RN并联接在电路中；2)求解故障距离；线路自阻抗Zs_up为Zs_up＝(Z1_up+Z2_up+Z0_up)/3＝Lf(rs_up+jωLs_up)  (1)式(1)中：Z1_up、Z2_up、Z0_up分别为故障点上游正序、负序、零序阻抗，Lf为故障距离，rs_up为单位长度自阻抗的电阻部分，Ls_up为单位长度自阻抗的电感部分，ω为角频率；故障线路故障相负荷电流在故障点上游自阻抗的压降e1(t)可表示为e1(t)=Lfrs_upif_p(t)+LfLs_updif_p(t)dt---(2)]]>式(2)中：if_p(t)为故障线路故障相负荷电流；在零序全波等效电路中，-Vf(t)与e2(t)之和本质上表征故障后变压器二次侧故障相绕组电压u2(t)，即u2(t)＝-Vf(t)+e2(t)  (3)在零序全波等效电路中，应用基尔霍夫电压定律可得e1(t)+u2(t)=Lfrs_upif(t)+LfLs_updif(t)dt+Rfif(t)+u0(t)---(4)]]>式(4)中：if(t)为故障点接地电流，u0(t)为母线零序电压；在零序全波等效电路中，故障点接地电流if(t)、故障线路零序电流i0_f(t)和Cf上的零序电流i0(t)满足if(t)=i0_f(t)-i0(t)=i0_f(t)+Cfdu0(t)dt---(5)]]>联立式(2)、式(4)和式(5)可得u2(t)=Lfrs_up[i0_f(t)+Cfdu0(t)dt]+LfLs_up[di0_f(t)dt+Cfd2u0(t)dt2]-Lfrs_upif_p(t)-LfLs_updif_p(t)dt+Rf[i0_f(t)+Cfdu0(t)dt]+u0(t)---(6)]]>将式(6)离散化得u2*(k)=Lfrs_up[i0_f(k)+Cfu0(k)-u0(k-1)T]+LfLs_up[i0_f(k)-i0_f(k-1)T+Cfu0(k)+u0(k-2)T2]-Lfrs_up(k)-LfLs_upif_p(k)-if_p(k-1)T+Rf[i0_f(k)+Cfu0(k)-u0(k-1)T]+u0(k)---(7)]]>式(7)中：k为采样点，T为采样时间间隔；为变压器二次侧故障相绕组电压计算值，而u2(k)为变压器二次侧故障相绕组电压采样值，令P=Σk=1N[u2(k)-u2*(k)]2---(8)]]>式(8)中：N为故障数据点数；要使P最小，应有∂P∂Lf=0∂P∂Rf=0∂P∂Cf=0---(9)]]>即Σk=1N2[u2(k)-u2*(k)]{rs_up[i0_f(k)+Cfu0(k)-u0(k-1)T]+Ls_up[i0_f(k)-i0_f(k-1)T+Cfu0(k)+u0(k-2)T2]-rs_upif_p(k)-Ls_upif_p(k)-if_p(k-1)T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于参数辨识的消弧线圈接地系统单相接地故障测距技术，首先建立消弧线圈接地系统单相接地故障时的零序全波等效电路，然后将系统参数、故障后的电气量带入由零序全波等效电路推导的关系式中，得到故障点到母线的距离；所述的系统参数包括消弧线圈的电感和等效并联电阻，线路的单位长度正序、负序和零序阻抗；所述故障后的电气量包括母线零序电压、故障线路故障相负荷电流、故障线路零序电流和变电站二次侧故障相绕组电压；其特征是其内容包括如下步骤：1)建立单相接地故障时零序全波等效电路；该电路的电源由3部分组成，即故障线路故障相负荷电流在故障点上游自阻抗上产生的电压e1(t)、所有线路故障相负荷电流在系统电源内阻抗上产生的电压e2(t)和变压器二次侧故障相绕组在故障前的电压Vf(t)；故障点到母线端的线路自阻抗Zs_up和故障点过渡电阻Rf串联接在电路中；故障线路对地零序电容Cf、所有健全线路对地零序电容之和C1、消弧线圈电感LN和消弧线圈等效并联电阻RN并联接在电路中；2)求解故障距离；线路自阻抗Zs_up为Zs_up＝(Z1_up+Z2_up+Z0_up)/3＝Lf(rs_up+jωLs_up)     (1)式(1)中：Z1_up、Z2_up、Z0_up分别为故障点上游正序、负序、零序阻抗，Lf为故障距离，rs_up为单位长度自阻抗的电阻部分，Ls_up为单位长度自阻抗的电感部分，ω为角频率；故障线路故障相负荷电流在故障点上游自阻抗的压降e1(t)可表示为e1(t)=Lfrs_upif_p(t)+LfLs_updif_p(t)dt---(2)]]>式(2)中：if_p(t)为故障线路故障相负荷电流；在零序全波等效电路中，‑Vf(t)与e2(t)之和本质上表征故障后变压器二次侧故障相绕组电压u2(t)，即u2(t)＝‑Vf(t)+e2(t)         (3)在零序全波等效电路中，应用基尔霍夫电压定律可得e1(t)+u2(t)=Lfrs_ipif(t)+LfLs_updif(t)dt+Rfif(t)+u0(t)---(4)]]>式(4)中：if(t)为故障点接地电流，u0(t)为母线零序电压；在零序全波等效电路中，故障点接地电流if(t)、故障线路零序电流i0_f(t)和Cf上的零序电流i0(t)满足if(t)=i0_f(t)-i0(t)=i0_f(t)+Cfdu0(t)dt---(5)]]>联立式(2)、式(4)和式(5)可得u2(t)=Lfrs_up[i0_f(t)+Cfdu0(t)dt]+LfLs_ip[di0_f(t)dt+Cfd2u0(t)dt2]-Lfrs_upif_p(t)-LfLs_updif_p(t)dt+Rf[i0_f(t)+Cfdu0(t)dt]+u0(t)---(6)]]>将式(6)离散化得u2*(k)=Lfrs_up[i0_f(k)+Cfu0(k)-u0(k+1)T]+LfLs_up[i0_f(k)-i0_f(k-1)T+Cfu0(k)+u0(k-2)T2]-Lfrs_upif_p(k)-LfLs_upif_p(k)-if_p(k-1)T+Rf[i0_f(k)+Cfu0(k)-u0(k-1)T]+u0(k)---(7)]]>式(7)中：k为采样点，T为采样时间间隔；为变压器二次侧故障相绕组电压计算值，而u2(k)为变压器二次侧故障相绕组电压采样值，令P=Σk=1N[u2(k)-u2*(k)]2---(8)]]>式(8)中：N为故障数据点数；要使P最小，应有∂P∂Lf=0∂P∂Rf=0∂P∂Cf=0---(9)]]>即Σk=1N2[u2(k)-u2*(k)]{rs_up[i0_f(k)+Cfu0(k)-u0(k-1)T]+Ls_up[i0_f(k)-i0_f(k-1)T+Cfu0(k)+u0(k-2)T2]-rs_upif_p(k)-Ls_upif_p(k)-if_p(k-1)T}=0Σk=1N2[u2(k)-u2*(k)][i0_f(k)+Cfu0(k)-u0(k-1)T]=0Σk=1N2[u2(k)-u2*(k)][(Lfrs_up+Rf)u0(k)-u0(k-1)T+LfLs_upu0(k)+u0(k-2)T2=0---(10)]]>方程组(10)是含未知参数Lf、Rf、Cf的三元代数方程组，求解方程即可得出故障距离Lf；方程组在求解时有时会出现多解情况，需要排除无效解；由于三个参数都具有实际物理意义，可根据Lf大于0小于故障线路总长度、Rf大于0、Cf大于0的条件排除无效解。...

【技术特征摘要】
1.一种基于参数辨识的消弧线圈接地系统单相接地故障测距技术，首先建
立消弧线圈接地系统单相接地故障时的零序全波等效电路，然后将系统参数、
故障后的电气量带入由零序全波等效电路推导的关系式中，得到故障点到母线
的距离；所述的系统参数包括消弧线圈的电感和等效并联电阻，线路的单位长
度正序、负序和零序阻抗；所述故障后的电气量包括母线零序电压、故障线路
故障相负荷电流、故障线路零序电流和变电站二次侧故障相绕组电压；其特征
是其内容包括如下步骤：
1)建立单相接地故障时零序全波等效电路；
该电路的电源由3部分组成，即故障线路故障相负荷电流在故障点上游自
阻抗上产生的电压e1(t)、所有线路故障相负荷电流在系统电源内阻抗上产生的
电压e2(t)和变压器二次侧故障相绕组在故障前的电压Vf(t)；故障点到母线端的
线路自阻抗Zs_up和故障点过渡电阻Rf串联接在电路中；故障线路对地零序电容
Cf、所有健全线路对地零序电容之和C1、消弧线圈电感LN和消弧线圈等效并联
电阻RN并联接在电路中；
2)求解故障距离；
线路自阻抗Zs_up为
Zs_up＝(Z1_up+Z2_up+Z0_up)/3＝Lf(rs_up+jωLs_up)     (1)
式(1)中：Z1_up、Z2_up、Z0_up分别为故障点上游正序、负序、零序阻抗，Lf为故障距离，rs_up为单位长度自阻抗的电阻部分，Ls_up为单位长度自阻抗的电
感部分，ω为角频率；
故障线路故障相负荷电流在故障点上游自阻抗的压降e1(t)可表示为
e1(t)=Lfrs_upif_p(t)+LfLs_updif_p(t)dt---(2)]]>式(2)中：if_p(t)为故障线路故障相负荷电流；
在零序全波等效电路中，-Vf(t)与e2(t)之和本质上表征故障后变压器二次
侧故障相绕组电压u2(t)，即
u2(t)＝-Vf(t)+e2(t)         (3)
在零序全波等效电路中，应用基尔霍夫电压定律可得
e1(t)+u2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宁，贾清泉，王振宇，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13