利用双曲正切函数相位特性实现线路相间故障单端测距方法技术

本发明专利技术公开了一种利用双曲正切函数相位特性实现线路相间故障单端测距方法。本发明专利技术方法首先采用分布参数建模，计算输电线路相间短路故障点处的双曲正切函数，然后根据双曲正切函数相角在输电线路相间短路故障点前后发生唯一一次由(-60°，-90°)范围内突变进入(60°，90°)范围内的相位特性实现输电线路相间短路故障的单端测距，消除了过渡电阻和负荷电流对单端测距精度的影响，具有很高的测距精度。本发明专利技术方法物理模型采用分布参数模型，具有天然的抗分布电容电流影响的能力，适用于高压/超高压/特高压输电线路。本发明专利技术方法是一种搜索式的方法，不存在解方程法的伪根问题和迭代法的不收敛问题，具有很强的实用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及电力系统继电保护
，具体地说是设及一种利用双曲正切函数 相位特性实现线路相间故障单端测距方法。
技术介绍
从测距所用电气量来划分，故障测距的方法可分为两大类；双端测距和单端测距。 双端故障测距法是利用输电线路两端电气量确定输电线路故障位置的方法，它需要通过通 道获取对端电气量，因此对通道的依赖性强，实际使用中还易受双端采样值同步性的影响。 单端测距法是仅利用输电线路一端的电压电流数据确定输电线路故障位置的一种方法，由 于它仅需要一端数据，无须通讯和数据同步设备，运行费用低且算法稳定，因此在中低压线 路中获得了广泛地应用。目前，单端测距方法主要分为两类，一类为行波法，另一类为阻抗 法。行波法利用故障暂态行波的传送性质进行测距，精度高，不受运行方式、过度电阻等影 响，但对采样率要求很高，需要专口的录波装置，目前未获得实质性的应用。阻抗法利用故 障后的电压、电流量计算故障回路的阻抗，根据线路长度与阻抗成正比的特性进行故障测 距，简单可靠，但受到故障的过渡电阻、线路不完全对称等因素的影响。由于高压输电线路 沿线存在较大的分布电容电流，当高压输电线路发生中高阻短路故障时，单端阻抗法测距 结果会严重偏离真实故障距离，不能满足现场的应用要求。因此，采用集中参数建模的单端 阻抗法不能直接应用于高压输电线路的故障测距。 采用分布参数模型研究高压输电线路单端故障测距逐渐引起了广大学者的关注。 哈恒旭、张保会、吕志来等人发表的《高压输电线路单端测距新原理探讨》采用分布参数建 模，利用单端电压电流计算沿线电压对距离导数的范数在线路上的分布进行故障点的定 位。该方法设及了大量的求导运算和积分运算，所需运算量大，算法复杂不易实现。林湘宁、 黄小波等人发表的《基于分布参数模型的比相式单相故障单端测距算法》采用分布参数建 模，根据故障点处的残压与故障电流同相位特征进行故障定位。该方法改善了分布电容对 单端阻抗法故障测距的影响，但在高阻接地故障时测距误差达到-2. 38%，误差绝对值大于 1. 5%，不能满足现场的应用要求。王宾、董新洲等人发表的《特高压长线路单端阻抗法单相 接地故障测距》采用分布参数建模，利用观测点处负序电流的相角估算故障点电压的相角， 然后在故障点电压瞬时值过零点时刻计算测量阻抗。该方法在中低阻短路故障时，由于沿 线电压下降明显，利用观测点处负序电流相角估算故障点电压相角存在的误差对测距结果 影响不大；但在高阻短路故障时，由于线路沿线各点电压相差很小，利用观测点处负序电流 相角估算故障点电压相角存在的误差加上暂态过程的影响，该方法测距误差较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种测距精度不受过渡电阻、 分布电容电流和负荷电流影响的利用双曲正切函数相位特性实现线路相间故障单端测距 方法。 为完成上述目的，本专利技术采用如下技术方案： ，其特征在于，包括 如下依序步骤： (1)保护装置测量输电线路保护安装处的故障相间电压、故障相间电流和 故障相间负序电流^#2;其中，4 4为故障相别，4 4 =AB、BC、CA相； 0)保护装置计算输电线路相间短路故障点处的双曲正切函数th(丫山）： 其中，4 4 =AB、BC、CA相；Iwt为输电线路保护整定范围，取0.85倍输电线 路长度；丫 1为输电线路正序传播系数；为输电线路正序波阻抗；为的实部；Re((cosa+JsinaVj为(cosa+j.sina)/邦的实部的 实部；a=Arg(th(丫lU)) ;j为复数算子屯为相间短路故障点距输电线路保护安装处 的故障距离；油（丫ilsJ为丫liset的双曲余弦函数；地（丫山）为丫山的双曲正切函数； th(丫lU)为丫lU的双曲正切函数； (3)选取故障距离初始值为Ix，W固定步长A1递增，依次计算输电线路上每一点 处的th(丫山)-th(丫山）的相角Arg仙（丫山)-th(丫山)），直至输电线路全长；其中，固 定步长A1取0. 0011，1为输电线路长度；th(丫山）为丫山的双曲正切函数；[001引 （4)选取输电线路上某一lx点处的Arg(th(丫山)-th(丫山)）落在化0°， 90。）范围内且其相邻上一个1,-Al点处的Arg仙（丫i(lx-M))-th(丫山)）落在 (-60°，-90° )范围内，则该两个点的中间位置即为输电线路相间短路故障点；其中， th(丫i(lx-Al))为丫i(lx-AU的双曲正切函数。 本专利技术与现有技术相比较，具有下列积极成果： 本专利技术方法采用分布参数描述输电线路电压、电流传输的物理特性，具有天然的 抗分布电容电流影响的能力，适用于高压/超高压/特高压输电线路相间短路故障单端测 距。本专利技术方法根据双曲正切函数相角在输电线路相间短路故障点前后发生唯一一次由 (-60°，-90° )突变进入化0°，90° )的相位特性实现输电线路相间短路故障的单端测 距，消除了过渡电阻和负荷电流对单端测距精度的影响，具有很高的测距精度。本专利技术方法 是一种捜索式的方法，不存在解方程法的伪根问题和迭代法的不收敛问题，具有很强的实 用性。【附图说明】 图1为应用本专利技术的线路输电系统示意图。【具体实施方式】 下面根据说明书附图对本专利技术的技术方案做进一步详细表述。 图1为应用本专利技术的线路输电系统示意图。图1中CVT为电压互感器、CT为电流 互感器。保护装置对输电线路保护安装处的电压互感器CVT的电压和电流互感器CT的电 流波形进行采样得到电压、电流瞬时值。 保护装置对采样得到的电压、电流瞬时值利用傅里叶算法计算输电线路保护安装 处的故障相间电压、故障相间电流和故障相间负序电流^#2 ;其中，4 4为故障相 另Ij，<1) <1) =AB、BC、CA相。 保护装置计算， 保护装置计算(cosa^sina)/奔的实部Re((cosa+ ./sina)/tJ,; 保护装置计算[002引保护装置计算输电线路保护整定范围处的双曲正切函数th(丫lU)的相角a=Arg(th(yil,J) 0 保护装置计算输电线路相间短路故障点处的双曲正切函数th(丫山）：[002引其中，4 4 =AB、BC、CA相；U为输电线路保护整定范围，取0.85倍输电线 路长度；丫 1为输电线路正序传播系数；为输电线路正序波阻抗；为的 实部；a=Arg(th(丫lU)) ;j为复数算子屯为相间短路故障点距输电线路保护安装处 的故障距离；油（丫ilsJ为丫iLet的双曲余弦函数；地（丫山）为丫山的双曲正切函数； th(丫lU)为丫lU的双曲正切函数。 保护装置选取故障距离初始值为IX，W固定步长A1递增，依次计算输电线路上 每一点处的th(丫山)-th(丫山）的相角Arg仙（丫山)-th(丫山)），直至输电线路全长。其 中，固定步长Al取0.0011，l为输电线路长度；th(丫ll,)为丫ll,的双曲正切函数。 选取输电线路上某一 1,点处的Arg仙（丫山)-th(丫山)）落在化0°，90° )范 围内且其相邻上一个Ix-Al点处的Arg仙（丫i(lx-M))-th(丫山)）落在（-60。，-90。） 范围内，则该两个点的中间位置即为输电线路相间短路故障点；其中，th(丫i(ly-A本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用双曲正切函数相位特性实现线路相间故障单端测距方法，其特征在于，包括如下依序步骤：(1)保护装置测量输电线路保护安装处的故障相间电压故障相间电流和故障相间负序电流其中，φφ为故障相别，φφ＝AB、BC、CA相；(2)保护装置计算输电线路相间短路故障点处的双曲正切函数th(γ1lf)：th(γ1lf)=Re(U·φφZc1)-Re(I·φφ2Zc1ch(γ1lset))Re((cosα+jsinα)I·φφ)(cosα+jsinα)]]>其中，φφ＝AB、BC、CA相；lset为输电线路保护整定范围，取0.85倍输电线路长度；γ1为输电线路正序传播系数；Zc1为输电线路正序波阻抗；为的实部；为的实部；为的实部；α＝Arg(th(γ1lset))；j为复数算子；lf为相间短路故障点距输电线路保护安装处的故障距离；ch(γ1lset)为γ1lset的双曲余弦函数；th(γ1lf)为γ1lf的双曲正切函数；th(γ1lset)为γ1lset的双曲正切函数；(3)选取故障距离初始值为lx，以步长Δl递增，依次计算输电线路上每一点处的th(γ1lx)‑th(γ1lf)的相角Arg(th(γ1lx)‑th(γ1lf))，直至输电线路全长；其中，固定步长Δl取0.001l，l为输电线路长度；th(γ1lx)为γ1lx的双曲正切函数；(4)选取输电线路上某一lx点处的Arg(th(γ1lx)‑th(γ1lf))落在(60°，90°)范围内且其相邻上一个lx‑Δl点处的Arg(th(γ1(lx‑Δl))‑th(γ1lf))落在(‑60°，‑90°)范围内，则这两个点的中间位置即为输电线路相间短路故障点；其中，th(γ1(lx‑Δl))为γ1(lx‑Δl)的双曲正切函数。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾惠敏，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网福建省电力有限公司，国网福建省电力有限公司检修分公司，
类型：发明
国别省市：北京;11