多末端故障定位系统技术方案

在一个故障定位系统中，在多末端输电线上的每一个终端位置处得到关于电力信号的选定信息。保护继电器通常位于终端位置。选定的信息包括故障发生期中的电力信号的逆序电流的幅值和逆序阻抗的幅值及相角。本发明专利技术提供了从逆序值计算出总线路长度的一个分数值ｍ的装置，以及由故障定位计算终端使用该ｍ值和两个终端之间的总长度，从而计算出距发生故障之处的距离的装置，上述ｍ值表示了发生故障的线路上的点。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力系统的故障定位系统，特别涉及一种双末端乃至多末端故障定位系统。
技术介绍
精确计算的故障定位信息对于一个电力系统的正常运行是很重要的。可由自动保护系统、系统操作员以及电力系统保护工程师来使用该故障定位信息。故障定位影响电力系统运行的一个显著方面涉及沿输电线查找故障点所需的时间。另一方面涉及由于故障而导致断路器打开之后的复闭性能。单末端故障定位，即由输电线上的一个单继电器提供的信息计算出的故障定位，在当前最通用的基于微处理器的保护继电器中已成为一种标准的功能部件。在许多数字故障记录器系统中也提供故障定位能力作为一种选择。单末端故障定位技术通常利用输电线基于阻抗的计算方法且该技术通常简单而快捷，并不需要与保护线路上的其它末端设备，如一个下游的继电器，进行通讯。然而，大家公认的是单末端系统的故障定位结果中存在大量的错误。发生此种错误的情形包括如下几种在相邻的输电线之间存在强的零序相互耦合、电力系统包括多个远程终端特别是包括了三终端输电线的情形，在向输电线供电的电源和输电线本身之间存在大的相角差，或输电线是非换位的。更具体地说，通常存在两种类型的单末端故障定位系统，一种使用基于电抗的计算方法，而另一种使用通称为基于Takagi的计算方法。在电抗方法中，故障定位系统首先测量线路的视在阻抗，然后求出视在阻抗的电抗(虚数部分)与整个线路上的已知电抗之比。该比率实际上和单末端终端到故障点的距离成比例。电抗方法在均匀的电力系统中运行相当正常，在上述均匀电力系统中故障不会导致显著的故障电阻或者负载流量。电抗计算方法不考虑或者不试图对错误进行补偿，而这些错误在上述这些情形中会导致显著的故障电阻或者负载流量。在T.Takagi等人撰写的、标题为“使用一个终端电压和电流数据的新故障定位器的发展”、收录在PAS中的IEEE on PAS，PAS-s101，1982年8月第8期第2842～2898页的论文中对Takagi方法进行了描述，该方法力图对这些特定的错误源进行补偿。然而Tagaki方法一般要求知道保护线路故障相部分的故障前相位电流。如果故障定位计算系统没有精确的故障前数据，故障定位结果将会受到严重的影响。进一步而言，非均匀的电力系统也可导致产生故障定位信息中的错误。错误的数量依赖于下列各因素故障的任一方的系统相角的差异、故障电阻的大小以及负载流量的方向。在故障电阻的较高值时错误最显著。对基于阻抗的故障定位方法的全面评价可在由Edmund O.Schweitzer III编写、标题为“基于阻抗的故障定位经验的回顾”一文中找到，上述论文被收录在1990年10月16日的第十四期Iowa-Nebraska系统保护研讨会论文集中。当作出对非均匀系统错误的补偿时，该补偿包括通过一个选定的因子ejT的顶部线路电抗特征计算的“倾斜”，其中T是一个等于特定故障定位的所需位移角的值，这个和其它的补偿技术都不是很有效。例如电抗倾斜方法仅对保护线路上的一个点有效。单末端故障定位方法的基本难点在于并不知道流经故障电阻的总电流，而它们必须对此进行补偿。然而对该特定的难点的基本解决方法是使所有继电器相互之间进行通讯并在故障定位计算中起一定作用，其中上述继电器保护一个特定线路的。例如，对于一个在其两个末端具有两个继电器的单保护线路，从两个继电器上可以得到关于该线路的电力信号的信息，然后利用其作出故障定位的判断。通常将其称之为双末端故障定位。该方法相对于单末端(单个继电器)方法可以显著地提高故障定位信息的精确度，但需要来自远程继电器的大数据量的通讯以及本地和远程继电器(线路的两个末端)之间的数据(称之为数据集合)的相位校准。数据通讯显著加强了故障定位计算的时间，因此它不可能实时地完成，这是该方法的一个显著的运行缺点。可通过多种方法来完成数据的校准，包括将每一个继电器中的采样时钟与一个单时间源(如来自卫星)校准(同步)或者将一个继电器作为参考，使得其它继电器与其同步，但这种方法为整个系统增加了运行时间和成本。进一步而言，在一段时间内保持同步是非常困难的并且校准的结果并不是很精确。然而遗憾的是常规双末端故障定位系统也具有显著的缺点。其中一个缺点关系到平行线路应用中的零序相互耦合的影响，该缺点不仅影响单末端计算，也影响使用相位量的双末端系统。如果计算包括相位电压值，该相位电压值包括零序量，则在故障线路和平行线路之间的零序量的相互耦合将导致故障定位结果的不精确。随着进行计算的继电器到故障点之间的距离的增加，错误会变得更为显著。试图对零序相互耦合进行的补偿会对继电器的设计和整个保护方法增加很大的难度。上面简要提及的常规双末端系统的另一个显著的缺点是从一个远程终端(继电器)到进行故障定位确定的本地终端的数据通讯。这样大量的数据必须从远程终端处进行传送，通常涉及在一个初始故障识别之后的完整的事件报告记录。事件报告是一个常规的术语，意思是电力信号的电压、电流和其它数据的完整集合，它覆盖了在故障发生之前不久到电力中断结束的一个时间段。事件报告中的信息是相当重要的，并且包括须传送给本地终端然后与本地数据集合相校准的数据集合。该数据集合一般包括电力信号的所有三相的电压和电流信息。这是一个相当大的数据量并需要相当的时间对其进行传送，这样导致了故障初始化之后本地继电器作出的故障定位确认的显著滞后。该滞后对电力系统的整个所需的运行有显著的影响。一旦接收到了远程数据，如上所述必须对其进行校准。如果校准包括故障前数据，则该故障前数据必须是有效的。如果校准包括故障数据，则将增加计算的负担，因为必须使用一个迭代计算方法。因此希望具有一个双末端故障定位系统，该系统在最小计算负担下可以提供精确的故障定位信息并且基本上实时地作出故障定位确定。也希望该系统可在线路(多末端)上有附加终端的情况下运行。专利技术概述因此本专利技术涉及一种对在其上具有第一和第二终端的输电线路上的故障进行定位的系统，包括在故障发生时获得关于每一个终端位置的输电线上的电力信号的选定信息的设备，上述信息包括逆序电流的幅值和逆序阻抗的幅值和相角值，以及用于从选定的信息确定输电线上故障位置点的装置。附图说明图1是本专利技术系统的方块图。图2和3是一个系统框图(图2)和一个数据表(图3)，其展示了本专利技术的另一个实施例的运行结果。图4、5、6是展示图1实施例的结果的一个系统框图(图4)和两个图表(图5、6)。图7是展示本专利技术系统的一个三终端应用的线路图。图8是图7中的三终端系统的顺序连接图。图9是图8的一个等价的逆序网络图。图10A、10B和10C是展示了在一个发生故障的输电线上使用本专利技术系统控制开关的图表。本专利技术的优选实施方式在图1中展示了本专利技术的一个实施例。本专利技术的一个重要方面是仅利用来自所有线路末端选定的逆序量定位接地故障，其中选定的逆序数据不需要与本地继电器数据相校准。例如对于一个单线路而言，使用来自线路上的、其间发生故障的两个保护继电器的逆序量。通过对于各相使用包括零序量的逆序量而不是相位电压，消除了与零序相互耦合相联系的固有的系统难度。进一步而言，逆序源阻抗和电流(绝对值)量不需要对两终端(双末端)输电线的数据集合进行校准，即远程终端数据和本地终端数据的校准。用于确定本专利技术故障定位的方程仅使用这些本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在其上具有第一和第二终端的输电线上对故障进行定位的系统，包括：在故障发生时获得关于每一个终端位置的输电线上的电力信号的选定信息的设备，上述信息包括逆序电流的幅值和逆序阻抗的幅值和相角值；和用于从选定的信息自动确定输电线上故障位置 点的装置。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：JB罗伯茨，G本穆亚尔，D楚奥巴拉斯，
申请(专利权)人：施魏策尔工程实验公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]