一种考虑高频电弧特性的配电网行波故障定位方法技术

一种考虑高频电弧特性的配电网行波故障定位方法，涉及电力故障定位技术领域，在考虑电弧特性的基础上对线路故障进行故障定位。包括以下步骤：(1)假设线路故障发生在长度为L

【技术实现步骤摘要】
一种考虑高频电弧特性的配电网行波故障定位方法


[0001]本专利技术涉及电力故障定位
，具体地说是一种考虑高频电弧特性的配电网行波故障定位方法。

技术介绍

[0002]电力系统故障可能增加电力网络的复杂性和较低的稳定性裕度。为了提高供电的可靠性，有文献提出开发故障定位装置等各种可靠装置。准确的故障定位可以减少派遣人员搜索找到故障位置的时间和相关成本。用于发现输电线路故障的故障定位方法包括两大类：阻抗法和行波法。
[0003]阻抗法的准确度取决于如何提取准确的工频成分。在输电线路发生故障时，输电线路上行波的产生和传播有两个方向，这就导致高频率瞬变的产生包含故障位置信息的各波到达线路终端的标志幅度和时间。利用行波定理，在几毫秒的故障开始后它是可以计算出故障的准确定位。
[0004]行波理论的故障检测使用最初是在1978年提出的，自那时以来开展过很多相关研究。在行波理论中研究通过一个终端电压行波来确定故障位置，该算法依赖于线路参数。这种故障定位的方法提出了利用行波定理确定输电线路故障位置的新算法。提出的方法是从线路的两端采样电压和电流。该算法在故障定位中利用独立的电缆线路的一个终端电压行波参数计算出准确的故障位置。但所有的行波故障测距算法，均忽视了电弧特性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种考虑高频电弧特性的配电网行波故障定位方法，在考虑电弧特性的基础上对线路故障进行故障定位。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：一种考虑高频电弧特性的配电网行波故障定位方法，包括以下步骤：
[0007](1)假设线路故障发生在长度为L
line
的线路中，测量行波到达线路两端的时间t1、t2和t3，其中t1为反射波第一次到达M端的时间，t2为故障波第一次达到M端的时间，t3为反射波第二次到达M端的时间；
[0008](2)计算行波传播速度v，
[0009](3)故障点与线路两端点的最近距离为进一步地，在测量行波到达线路两端的时间之前，研究电弧特性对本专利技术故障定位算法的影响，具体步骤包括：
[0010](1)建立电弧模型
[0011]电弧动态特性由以下方程精确模拟：其中，g
p
是电弧的电
导率，t是时间，T
p
是电弧时间常数，G
p
是初始电弧电导；
[0012](2)电弧模型方程求解
[0013]对电弧动态特性微分方程进行如下差分方程变换：
[0014][0015]求得电弧电导率g
p
：
[0016][0017]其中，L
p
是弧长；V
p
是平均恒定的电弧电压梯度，V
p
＝12
‑
15V/cm；i是主电弧电流，α为大电弧系数，其值为2.85
×
10
‑5；I
p
为电弧峰值电流；g
p0
是电弧电导初始值；
[0018](3)假设前行电压波u
1q
沿线路L1行进到线路L1和L2的联结点A，设线路L1波阻抗为z1，线路L2的波阻抗为z2，根据行波传播理论，对线路L1：
[0019]u1＝u
1q
+u
1f
；i1＝i
1q
+i
1f
[0020]u
1q
＝z1×
i
1q
；u
1f
＝
‑
z1×
i
f
(4)
[0021]对线路L2：
[0022]u 2
＝u 2q
；i2＝i
2q
；u 2q
＝z2×
i
2q
(5)
[0023]其中，u
1q
是前行电压波，u
1f
是反射电压波，u1是线路L1的电压，i1是线路L1的电流，i
1q
是前行电流波，i
1f
是反射电流波，u
2q
是折射电压波，i2是线路L2的电流，i 2q
是折射电流波；
[0024]电弧特性影响电压电流的初始行波大小，根据电弧模型的电导率可以得到：
[0025]i1＝i
1q
+i
1f
+i
p
(6)
[0026][0027]u1和u2、i1和i2是相等的，则有：
[0028]u
1q
+u
1f
＝u
2q
[0029]i
1q
+i
1f
＝i
2q (8)
[0030]由上述公式得到电压折射系数α
u
和电流的折射系数α
i
：
[0031][0032][0033]根据以下公式求出电压反射系数β
u
和电压反射系数β
i
，计算公式为：
[0034][0035][0036]在距离为x与时间为t的电压波表示为：
[0037]u(x,t)＝f1(x
‑
vt)+f2(x+vt)(11)
[0038]其中，v是波在输电线路上的传播速度；
[0039]在距离x与时间t的电流波表示为：
[0040][0041]其中，Z0是线的特性阻抗；线的特性阻抗Z0由以下公式求得：
[0042][0043]其中，L是每单位长度的线电感，C是每单位长度的电容；
[0044]电压行波传播速度v为：
[0045][0046]本专利技术的有益效果是：本专利技术考虑高频电弧特性模型，研究了故障电弧的特性对行波信号表达式的影响，从而提出采用双端数据的行波故障测距方法，通过测量瞬态电压引起的故障计算出准确的故障位置，该算法不使用线路参数，不受改变波的速度的老化、气候和温度变化的影响。
附图说明
[0047]图1为电弧电压和电阻特性图；
[0048]图2为行波在结点A的折射和反射示意图；
[0049]图3为故障点阵图；
[0050]图4为架空输电线路和电缆线组成的树状网络图；
[0051]图5为电弧特性数据图；
[0052]图6为时间15:57时量化后的行波信号；
[0053]图7为时间17:32时的行波图；
[0054]图8为传感器在不同相位上记录的行波波形图的同相波形图；
具体实施方式
[0055]本专利申请研究在永久性故障的情况下电弧特性对行波故障定位算法的影响。利用两个终端发生故障产生的电压瞬变数据，通过微波变换，检测输电线路两端开始的第一和第二的电压行波。然后获得行波在输电线路不使用线参数的实际传播速度，最后准确的计算故障位置。本专利技术只从电压信号采样，相比从电压和电流信号采样本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑高频电弧特性的配电网行波故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)假设线路故障发生在长度为L
line
的线路中，测量行波到达线路两端的时间t1、t2和t3，其中t1为反射波第一次到达M端的时间，t2为故障波第一次达到M端的时间，t3为反射波第二次到达M端的时间；(2)计算行波传播速度v，(3)故障点与线路两端点的最近距离为2.根据权利要求1所述的一种考虑高频电弧特性的配电网行波故障定位方法，其特征在于，在测量行波到达线路两端的时间之前，研究电弧特性对本发明故障定位算法的影响，具体步骤包括：(1)建立电弧模型电弧动态特性由以下方程精确模拟：其中，g
p
是电弧的电导率，t是时间，T
p
是电弧时间常数，G
p
是初始电弧电导；(2)电弧模型方程求解对电弧动态特性微分方程进行如下差分方程变换：求得电弧电导率g
p
：其中，L
p
是弧长；V
p
是平均恒定的电弧电压梯度，V
p
＝12
‑
15V/cm；i是主电弧电流，α为大电弧系数，其值为2.85
×
10
‑5；I
p
为电弧峰值电流；g
p0
是电弧电导初始值；(3)假设前行电压波u
1q
沿线路L1行进到线路L1和L2的联结点A，设线路L1波阻抗为z1，线路L2的波阻抗为z2，根据行波传播理论，对线路L1：u1＝u
1q
+u
1f
；i1＝i
1q
+i
1f
u
1q
＝z1×
i
1q
；u
1f
＝
‑
z1×

【专利技术属性】
技术研发人员：崔文超，刘文华，白永刚，刘森涛，房婷婷，窦金龙，陈晨，倪卓越，张伟，刘坤鹏，刘冲，高天宇，李永彬，李人杰，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司东营供电公司，
类型：发明
国别省市：