一种基于探测电流频率分析的低压电力线路故障定位方法技术

本发明专利技术涉及输电线路故障测距领域，具体涉及一种基于探测电流频率分析的低压电力线路故障定位方法，本发明专利技术利用输电线路的固有特性，通过增加一个故障探测装置来实现故障类型的判断和故障测距。当故障输电线路被隔离后，通过特定的故障探测装置对故障输电线路输入一个电压脉冲，使得故障输电线路经过故障点形成一个二阶RLC串联谐振电路，通过对谐振电流信号的频率分析而计算出输电线路故障点至故障探测装置安装处的距离。本发明专利技术中的故障探测装置原理简单，造价低，本发明专利技术还可以分辨故障是否为永久性故障，可在输电线路重合闸动作之前完成计算，为重合闸命令提供依据。本发明专利技术对于金属性接地故障及低过渡电阻故障的测量精度较高。

A fault location method for low voltage power line based on detection current frequency analysis

The present invention relates to the field of fault location of transmission line, in particular to a fault location method of low-voltage power line current detection based on frequency analysis, the inherent characteristics of the invention of the transmission line, by adding a fault detection device can determine fault types and fault location. When the transmission line fault isolation device for transmission line fault, the input of a voltage pulse is detected by the specific fault, the fault of transmission line fault point after the formation of a two order RLC series resonant circuit, through the analysis of frequency of the resonant current signal and calculate the transmission line fault to fault detection device is installed at the distance. The fault detection device in the invention is simple in principle and low in cost. The invention can also distinguish whether a fault is permanent fault, which can be completed before transmission line reclosing operation, so as to provide basis for reclosure command. The invention has high measurement precision for metal grounding fault and low transition resistance fault.

【技术实现步骤摘要】
一种基于探测电流频率分析的低压电力线路故障定位方法
本专利技术涉及输电线路故障测距领域，具体涉及一种基于探测电流频率分析的低压电力线路故障定位方法。
技术介绍
电力线路（架空线、电缆）是电力系统中最容易发生故障的地方，为了迅速、准确地定位故障点，及时修复故障线路，并提高电力系统的供电可靠性，故障测距承担着这一重要的任务。常用的故障测距法主要有阻抗法、行波测距法。阻抗法利用线路在故障的时候，根据在其一侧测量到的电压、电流而计算出故障距离。通常作为保护装置的一项附加功能，费用较低且便于实现。但是其测量精度较低，且不适用于直流线路。行波测距法是根据行波理论来实现距离的计算，直接利用故障产生的电压波、电流波在母线和故障点之间的传播特性来实现故障定位，可分为单端测距和双端测距，精度较阻抗测距法明显提高，适用于长距离的线路。但其需要额外专用测量装置，费用较高。双端测距法的测距精度还依赖线路两侧的时间同步精度。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于探测电流频率分析的低压电力线路故障定位方法，具体技术方案如下：一种基于探测电流频率分析的低压电力线路故障定位方法包括以下步骤：（1）在待测输电线路一端安装故障探测装置，所述故障探测装置包括电流互感器TA、电感Ld、电容Cd、电容充电回路、第一开关S1、单刀双掷开关S2；所述单刀双掷开关S2包括固定端c端、第一动端a端、第二动端b端；所述第一开关S1的一端与待测输电线路连接，第一开关S1的另一端与电流互感器TA的一端连接，电流互感器TA的另一端与电感Ld的一端连接，电感Ld的另一端与单刀双掷开关S2的第二动端b端连接，电容Cd的一端与单刀双掷开关S2的固定端c端连接，电容Cd的另一端与电容充电回路的一端连接并接地，电容充电回路的另一端与单刀双掷开关S2的第二动端a端连接；（2）待测输电线路正常运行时，第一开关S1与待测输电线路断开连接，单刀双掷开关S2的第一动端a端与固定端c端连接，电容充电回路对电容Cd充电；（3）待测输电线路发生故障时，第一断路器QF1、第二断路器QF2都断开之后，由线路保护装置IED控制故障探测装置的第二开关S2的第二动端b端与固定端c端闭合连接并且第一开关S1闭合并与待测输电线路连接；故障探测装置向发生故障的待测输电线路释放探测电流信号id；（4）电流互感器TA采集探测电流信号id，并输送给线路保护装置IED进行分析、计算出故障点至故障探测装置安装处的距离。进一步，所述电容充电回路包括蓄电池和电阻Rd，所述蓄电池与电阻Rd串联连接。进一步，所述故障探测装置还包括控制装置，所述控制装置为后台线路监控计算机或线路保护装置。进一步，所述步骤（4）线路保护装置IED具体的分析、计算步骤包括：（1）建立模型：建立故障探测装置与发生故障的待测输电线路的电路等效模型，所述等效模型为RLC电路模型，建立RLC电路模型的KVL方程，如下：；其中，R=R1+Rf，R1为待测输电线路故障点至故障探测装置安装处之间的等效电阻，Rf为待测输电线路故障点的过渡电阻；L=L1+Ld，L1为待测输电线路故障点至故障探测装置安装处之间的等效电感，Ld为故障探测装置的电感Ld；C=Cd，Cd为故障探测装置的电容Cd；（2）求取探测电流信号（id）的电流id大小：；其中，U0为故障探测装置的电容Cd的电压；p1、p2分别为公式的特征根；（3）给故障探测装置选择合适的电容Cd和电感Ld使得RLC电路处于欠阻尼状态，即R2<4L/C，则公式的特征根为：；其中：；（4）由公式和求解得测电流信号id的电流id大小为：；（5）调整L/C的比率使得ωd≈ω0，则：；（6）由于ωd=2πfid以及L1=dLμ，则待测输电线路故障点至故障探测装置安装处的距离d为：；其中，通过对探测电流信号id进行快速傅里叶变换得到探测电流信号id的电流频率fid，Lμ为待测输电线路单位长度的电感值。本专利技术的有益效果为：本专利技术利用输电线路的固有特性，通过增加一个故障探测装置来实现故障类型的判断和故障测距。当故障输电线路被隔离后，通过特定的故障探测装置对故障输电线路输入一个电压脉冲，使得故障输电线路经过故障点形成一个二阶RLC串联谐振电路，通过对谐振电流信号的频率分析而计算出输电线路故障点至故障探测装置安装处的距离。本专利技术中的故障探测装置原理简单，造价低，本专利技术还可以分辨故障是否为永久性故障，可在输电线路重合闸动作之前完成计算，为重合闸命令提供依据。本专利技术对于金属性接地故障及低过渡电阻故障的测量精度较高。附图说明图1为本专利技术的故障探测装置的工作原理示意图；图2为本专利技术中的RLC电路模型原理示意图；图3为本专利技术中探测电流信号的波形示意图；图4为本专利技术中对探测电流信号的快速傅里叶变换的结果示意图。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明：如图1所示，一种基于探测电流频率分析的低压电力线路故障定位方法包括以下步骤：1、在待测输电线路一端安装故障探测装置，故障探测装置包括电流互感器TA、电感Ld、电容Cd、电容充电回路、第一开关S1、单刀双掷开关S2；单刀双掷开关S2包括固定端c端、第一动端a端、第二动端b端；所述第一开关S1的一端与待测输电线路连接，第一开关S1的另一端与电流互感器TA的一端连接，电流互感器TA的另一端与电感Ld的一端连接，电感Ld的另一端与单刀双掷开关S2的第二动端b端连接，电容Cd的一端与单刀双掷开关S2的固定端c端连接，电容Cd的另一端与电容充电回路的一端连接并接地，电容充电回路的另一端与单刀双掷开关S2的第二动端a端连接；电容充电回路包括蓄电池和电阻Rd，蓄电池与电阻Rd串联连接；电阻Rd的作用是限制电容Cd的充电电流，避免电容Cd的充电电流过大；故障探测装置还包括控制装置，控制装置为线路保护装置IED；2、待测输电线路正常运行时，第一开关S1与待测输电线路断开连接，单刀双掷开关S2的第一动端a端与固定端c端连接，电容充电回路对电容Cd充电；3、待测输电线路发生故障时，第一断路器QF1、第二断路器QF2都断开之后，由线路保护装置IED控制故障探测装置的第二开关S2的第二动端b端与固定端c端闭合连接并且第一开关S1闭合并与待测输电线路连接；故障探测装置向发生故障的待测输电线路释放探测电流信号id，若输电线路发生瞬时性故障，故障探测装置发出的探测电流信号的探测电流值为零，若输电线路发生永久性故障，则故障探测装置与发生故障的待测输电线路形成回路，产生探测电流id，4、电流互感器TA采集探测电流信号id，并输送给线路保护装置IED进行分析、计算出故障点至故障探测装置安装处的距离，具体步骤包括：（1）建立模型：建立故障探测装置与发生故障的待测输电线路的电路等效模型，等效模型为RLC电路模型，如图2所示，此时只有电容Cd存在初始电压，因此故障探测过程实际上就是二阶RLC电路的令输入相应过程，建立RLC电路模型的KVL方程，如下：；其中，R=R1+Rf，R1为待测输电线路故障点至故障探测装置安装处之间的等效电阻，Rf为待测输电线路故障点的过渡电阻；L=L1+Ld，L1为待测输电线路故障点至故障探测装置安装处之间的等效电感，Ld为故障探测装置的电感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于探测电流频率分析的低压电力线路故障定位方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）在待测输电线路一端安装故障探测装置，所述故障探测装置包括电流互感器（TA）、电感（Ld）、电容（Cd）、电容充电回路、第一开关（S1）、单刀双掷开关（S2）；所述单刀双掷开关（S2）包括固定端（c端）、第一动端（a端）、第二动端（b端）；所述第一开关（S1）的一端与待测输电线路连接，第一开关（S1）的另一端与电流互感器（TA）的一端连接，电流互感器（TA）的另一端与电感（Ld）的一端连接，电感（Ld）的另一端与单刀双掷开关（S2）的第二动端（b端）连接，电容（Cd）的一端与单刀双掷开关（S2）的固定端（c端）连接，电容（Cd）的另一端与电容充电回路的一端连接并接地，电容充电回路的另一端与单刀双掷开关（S2）的第二动端（a端）连接；（2）待测输电线路正常运行时，第一开关（S1）与待测输电线路断开连接，单刀双掷开关（S2）的第一动端（a端）与固定端（c端）连接，电容充电回路对电容（Cd）充电；（3）待测输电线路发生故障时，第一断路器（QF1）、第二断路器（QF2）都断开之后，由线路保护装置（IED）控制故障探测装置的第二开关（S2）的第二动端（b端）与固定端（c端）闭合连接并且第一开关（S1）闭合并与待测输电线路连接；故障探测装置向发生故障的待测输电线路释放探测电流信号（...

【技术特征摘要】
1.一种基于探测电流频率分析的低压电力线路故障定位方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）在待测输电线路一端安装故障探测装置，所述故障探测装置包括电流互感器（TA）、电感（Ld）、电容（Cd）、电容充电回路、第一开关（S1）、单刀双掷开关（S2）；所述单刀双掷开关（S2）包括固定端（c端）、第一动端（a端）、第二动端（b端）；所述第一开关（S1）的一端与待测输电线路连接，第一开关（S1）的另一端与电流互感器（TA）的一端连接，电流互感器（TA）的另一端与电感（Ld）的一端连接，电感（Ld）的另一端与单刀双掷开关（S2）的第二动端（b端）连接，电容（Cd）的一端与单刀双掷开关（S2）的固定端（c端）连接，电容（Cd）的另一端与电容充电回路的一端连接并接地，电容充电回路的另一端与单刀双掷开关（S2）的第二动端（a端）连接；（2）待测输电线路正常运行时，第一开关（S1）与待测输电线路断开连接，单刀双掷开关（S2）的第一动端（a端）与固定端（c端）连接，电容充电回路对电容（Cd）充电；（3）待测输电线路发生故障时，第一断路器（QF1）、第二断路器（QF2）都断开之后，由线路保护装置（IED）控制故障探测装置的第二开关（S2）的第二动端（b端）与固定端（c端）闭合连接并且第一开关（S1）闭合并与待测输电线路连接；故障探测装置向发生故障的待测输电线路释放探测电流信号（id）；（4）电流互感器（TA）采集探测电流信号（id），并输送给线路保护装置（IED）进行分析、计算出故障点至故障探测装置安装处的距离。2.根据权利要求1所述的一种基于探测电流频率分析的低压电力线路故障定位方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，周卫，王晓明，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广西,45