基于计算过渡电阻判断电网故障发生原因的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于计算过渡电阻判断电网故障发生原因的方法。所述方法包括以下步骤：获取故障发生时的故障线路两端录波数据，计算过渡电阻随时间的变化特性；依据计算过渡电阻的变化趋势判断电网故障发生的原因，若过渡电阻的变化趋势为电阻快速减小，则故障原因为绝缘污秽击穿，若过渡电阻的变化趋势起始为小且无明显变化，则故障原因为雷击。本发明专利技术的有益效果可包括：能够简便且迅速的确定电网输电线路故障发生的原因，以便快速处置故障。以便快速处置故障。以便快速处置故障。

【技术实现步骤摘要】
基于计算过渡电阻判断电网故障发生原因的方法


[0001]本专利技术涉及电气工程领域，具体来讲，基于计算过渡电阻判断电网故障发生原因的方法。

技术介绍

[0002]电力线路短路故障中，金属性短路只占相当低的比例，绝大部分短路点的电流都流经中间物质的电阻与大地或其他相连通，常见的有电弧电阻、金属杆塔接地电阻、相导线与大地间的接触电阻、树木等其他中间物质电阻等。
[0003]电弧电阻一般出现在电力线路的瞬时故障中，所以最为常见，同时，短路故障电弧又是一种极其复杂的随机物理现象，精确计算非常困难。不同原因引起的故障，经过不同类别的中间物质短接，过渡电阻会呈现出不同的特性。铁塔是遭受雷击概率最高的装置之一，所以金属杆塔接地电阻也十分常见，主要为铁塔自身电阻及其接地电阻。铁塔的接地电阻与大地导电率有关，对于跨越山区的高压线路，铁塔的接地电阻可达数十欧姆。当导线通过树木对地短路时，或导线跌落至土地、水塘等引起短路，过渡电阻更高。不同电压等级线路可能出现的最大过渡电阻各异，750kV的线路，最大过渡电阻高达400Ω，500kV线路可达300Ω，220kV线路则约为l00Ω。由于不同原因造成的故障会使过渡电阻表现出不同的特性，因此我们可以通过对过渡电阻的研究来完成故障原因的分析。
[0004]然而在实际操作过程中，因为电网线路上发生故障的位置是随机的，不容易确定故障发生的位置，在故障处安装录波装置得到过渡电阻图像是难以实现的。所以本文提出一种利用线路两端变电站的录波数据和线路参数模型进行计算，采用过渡电阻上电流电压相位一致的原理来寻找故障点，确定故障点位置的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，电网线路上发生故障的位置是随机的，不容易确定故障发生的位置；而且电力线路短路故障原因复杂，从故障发生点的痕迹无法准确判断出故障发生的原因。
[0006]在先申请，本专利技术人的在先申请CN112698147A，记载了一种基于瞬时相位一致的电力线路故障点定位方法，该方法能够电力线路故障点进行逐层定位，对电力电子化电网简单短路故障准确定位。在此基础之上，专利技术人为了能够更好地从电力线路短路故障的多方面复杂原因中准确、快速地判断出故障发生的原因，从而为电力生产、稳定运输提供技术支撑和运营保障，提出了一种基于计算过渡电阻判断电网故障发生原因的方法，所述方法包括以下步骤：获取故障发生时，故障线路两端的暂态电压电流，基于线路分布参数模型，计算故障线路上的暂态电压电流分布；确定搜索步长，在故障线路上生成多个待确定故障点；基于过渡电阻上暂态电压电流瞬时相位一致性，针对不同的线路故障类型，分别建立过渡电阻上电压电流瞬时相位一致性的约束关系；根据各个待确定故障点至故障线路一端的距离和所述故障线路上暂态电压电流分布得到各个待确定故障点的暂态电压电流，并逐一
计算各个待确定故障点过渡电阻上电压电流瞬时相位一致性，一致性最高的待确定故障点即为确定故障点；根据确定故障点的暂态电压电流得到过渡电阻的变化趋势；判断电网故障发生的原因，若过渡电阻的变化趋势为阻值快速减小，则故障发生原因为外力破坏，若过渡电阻的变化趋势为阻值无明显突变，则故障发生原因为雷击。
[0007]在本专利技术的一个示例性实施例中，所述阻值快速减小：在故障发生的0.03s中，前0.01s的阻值变化率与后0.02s的阻值变化率之比大于10。
[0008]在本专利技术的一个示例性实施例中，所述阻值无明显变化：在故障发生的0.03s中，前0.01s的阻值变化率与后0.02s的阻值变化率之比小于或等于10。在本专利技术的一个示例性实施例中，故障发生原因为外力破坏的故障发生在电压波形峰值点，故障发生原因为雷击的故障发生在电压波形非峰值点。
[0009]与现有技术相比，本专利技术的有益效果可包括：能够简便且迅速的确定电力线路故障发生的原因；能够在自然灾害破坏事故现场环境的情况下，帮助判断电力线路故障的原因。
附图说明
[0010]图1示出了示例1中第一故障线路一端的电压录波数据；
[0011]图2示出了示例1中第一故障线路另一端的电压录波数据；
[0012]图3示出了示例1中第一故障线路的过渡电阻变化趋势；
[0013]图4示出了示例2中第二故障线路一端的电压录波数据；
[0014]图5示出了示例2中第二故障线路另一端的电压录波数据；
[0015]图6示出了示例2中第二故障线路的过渡电阻变化趋势；
[0016]图7示出了示例3中第三故障线路的过渡电阻变化趋势；
[0017]图8示出了示例4中第四故障线路的过渡电阻变化趋势；
[0018]图9示出了示例5中第五故障线路的过渡电阻变化趋势；
[0019]图10示出了示例6中第六故障线路的过渡电阻变化趋势；
[0020]图11示出了示例7中第七故障线路的过渡电阻变化趋势；
[0021]图12示出了示例8中第八故障线路的过渡电阻变化趋势；
[0022]图13示出了示例9中第九故障线路的过渡电阻变化趋势；
[0023]图14示出了示例10中第十故障线路的过渡电阻变化趋势。
具体实施方式
[0024]在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本专利技术的基于计算过渡电阻判断电网故障发生原因的方法。本文中，“第一”、“第二”“第三”“第四”“第五”“第六”“第七”“第八”“第九”“第十”等仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性或具有严格的顺序性。
[0025]本申请中的所述确定故障点的定位方法可通过申请号为202011394682.0的专利申请予以实现，该专利申请的全文在这里通过援引的方式予以包含。
[0026]示例性实施例1
[0027]在本专利技术的第一示例性实施例中，所述基于计算过渡电阻判断电网故障发生原因
的方法包括步骤S1、S2、S3、S4、S5和S6。
[0028]S1：获取故障发生时，故障线路两端的暂态电压电流，基于线路分布参数模型，计算故障线路上的暂态电压电流分布。
[0029]S2：确定搜索步长，在故障线路上生成多个待确定故障点。
[0030]S3：基于过渡电阻上暂态电压电流瞬时相位一致性，针对不同的线路故障类型，分别建立过渡电阻上电压电流瞬时相位一致性的约束关系。
[0031]S4：根据各个待确定故障点至故障线路一端的距离和所述故障线路上暂态电压电流分布得到各个待确定故障点的暂态电压电流，并逐一计算各个待确定故障点过渡电阻上电压电流瞬时相位一致性，一致性最高的待确定故障点即为确定故障点。
[0032]这里，步骤S1、S2、S3和S4均可以使用申请号为202011394682.0的专利申请中所记载的方法。
[0033]S5：根据确定故障点的暂态电压电流得到过渡电阻的变化趋势。例如，使用确定故障点的暂态电压除以确定故障点的暂态电流，得到过渡电阻的变化趋势。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于计算过渡电阻判断电网故障发生原因的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：获取故障发生时的故障线路两端暂态电压电流故障录波数据，基于线路分布参数模型，计算故障线路上的暂态电压电流分布；基于过渡电阻上暂态电压电流瞬时相位一致性，针对不同的线路故障类型，分别建立过渡电阻上电压电流瞬时相位一致性的约束关系；根据各个待确定故障点至故障线路一端的距离和所述故障线路上暂态电压电流分布得到各个待确定故障点的暂态电压电流，并逐一计算各个待确定故障点过渡电阻上电压电流瞬时相位一致性，一致性最高的待确定故障点即为确定故障点；根据确定故障点的暂态电压电流得到过渡电阻的变化趋势；判断电网故障发生的原因，若过渡电阻的变化趋势为电阻快速减小，则故障原因为绝缘污秽击穿，若过渡电阻的变化趋势起始为小且无明显变化，则故障原因为雷击。2.根据权利要求1所述的基于计算过渡电阻判断电网故障发生原因的方法，其特征在于，所述阻值快速减小：在故障发生的0.03s中，前0.01s的阻值变化率与后0.02s的阻值变化率之比大于10。3.根据权利要求1所述的基于计算过渡电阻判断电网故障发生原因的方法，其特征在于，前0.01s的阻值下降率大于500Ω/s。4.根据权利要求1所述的基于计算过渡电阻判断电网故障发生原因的方法，其特征在于，所述起始阻值小于10Ω且无明显变化：在故障发生的0.03s中，前0.01s的阻值变化率与后0.02s的阻值变化率之比小于或等于10。5.根据权利要求1所述的基于计算过渡电阻判断电网故障发生原因的方法，其特征在于，所述不同的线路故障类型包括单相接地短路故障、两相短路故障、两相接地短路故障以及三相接地短路故障，所述方法还包括根据所述过渡电阻上电压电流瞬时相位一致性的约束关系建立判据函数以确定故障点过渡电阻上的电压电流，进而计算过渡电阻的变化趋势。6.根据权利要求5所述的基于计算过渡电阻判断电网故障发生原因的方法，其特征在于，针对所述单相接地短路故障，判据函数为：f(S
j
)＝|A
uSja
(t)
·
B
iSja
(t)
‑
A
iSja
(t)
·
B
uSja
(t)|，其中，S
j
为待确定故障点中的任意一点，A
uSja
(t)和B
uSja
(t)为待确定故障点S
j
处过渡电阻的电压拟合正弦表达式中的系数多项式，A
iSja
(t)和B
iSja
(t)为待确定故障点S
j
处过渡电阻的电流拟合正弦表达式中的系数多项式，所述判据函数f(S
j
)取得最小值对应的待确定故障点即为确定故障点；针对所述单相接地短路故障，建立过渡电阻上电压电流瞬时相位一致性的约束关系包括：假设三相电路中任意一相a发生短路，求取理论故障点F处过渡电阻的电压u
Fa
(t)和电流i
Fa
(t)，并将电压和电流分别表示为正弦表达式为：
其中，U
Fa
(t)、I
Fa
(t)分别表示电压与电流的瞬时幅值，为瞬时初相位，A
uFa
(t)、B
uFa
(t)表示电压正弦表达式的系数多项式，A
iFa
(t)、B
iFa
(t)表示电流正弦表达式的系数多项式；建立过渡电阻上电压电流瞬时相位一致性的约束关系为：过渡电阻R
a
(t)＝u
Fa
(t)/i
Fa
(t)。7.根据权利要求5所述的基于计算过渡电阻判断电网故障发生原因的方法，其特征在于，针对所述两相短路故障，判据函数为：其中，S
j
为待确定故障点中的任意一点，为待确定故障点S
j
处过渡电阻R
bc
(t)的电压拟合正弦表达式所得的系数多项式，合正弦表达式所得的系数多项式，为待确定故障点S
j
处过渡电阻的电流拟合正弦表示所得的系数多项式，所述判据函数f(S
j
)取得最小值对应的待确定故障点即为确定故障点；针对所述两相短路故障，建立过渡电阻上电压电流瞬时相位一致性的约束关系包括：假设三相电路中任意两相b和c发生两相短路，求取理论故障点F处过渡电阻R
bc
(t)的电压u
Rbc
(t)和电流i
Rbc
(t)，并将电压和电流分别表示为正弦表达式为：其中，u
Fb
(t)、u
Fc
(t)分别表示理论故障点F处过渡电阻b相和c相电压，i
Fb
(t)表示理论故障点F处过渡电阻b相电流，b相相为三相电路中的任意一相，A
uRbc
(t)、B
uRbc
(t)和A
iRbc
(t)、B
iRbc
(t)分别表示电压电流正弦表达式的系数多项式；建立过渡电阻上电压电流瞬时相位一致性的约束关系为：过渡电阻R
bc
(t)＝u
Rbc
(t)/i
Rbc
(t)。8.根据权利要求5所述的基于计算过渡电阻判断电网故障发生原因的方法，其特征在于，针对所述两相接地短路故障，判据函数为：其中，其中，S
j
为待确定故障点中的任意一点，A
uSjb
(t)、B
uSjb
(t)表示待确定故障点S
j
处b相过
渡电阻的电压拟合正弦表达式所得的系数多项式，A
iSjb
(t)、B
iSjb
(t)表示待确定故障点S
j
处b相过渡电阻的电流拟合正弦表示所得的系数多项式，A
uSjc
(t)、B
uSjc
(t)表示待确定故障点S
j
处c相过渡电阻的电压拟合正弦表达式所得的系数多项式，A
iSjc
(t)、B
iSjc
(t)表示待确定故障点S
j
处c相过渡电阻的电流拟合正弦表达式所得的系数多项式，b相和c相为三相电路中的任意两相，所述判据函数f(S
j
)取得最小值对应的点即为确定故障点；针对所述两相接地短路故障，建立过渡电阻上电压电流瞬时相位一致性的约束关系包括：假设三相电路中任意两相b和c接地，求取理论故障点F处接地电阻R
bcg
(t)上的电压u
Rbcg
(t)和电流i
Rbcg
(t)，并将电压和电流分别表示为正弦表达式为：其中，u
Fg
(t)表示中间变量，i
Fb
(t)和i
Fc
(t)分别表示理论故障点F处过...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈力，罗建，何潜，孙晓勇，寇菁悦，
申请(专利权)人：重庆大学国网重庆市电力公司重庆大学溧阳智慧城市研究院，
类型：发明
国别省市：