500kV输电线路故障定位研究

来源:用户上传      作者:刘欢欢

　　摘 要：本文利用500kV输电线路两端的故障数据，介绍了基于均匀传输线方程的输电线路故障定位算法，并考虑了并联电抗器的影响。
　　关键词：500kV输电线路;故障定位
　　
　　1 绪论
　　高压输电线路跨越的区域范围大，电力人员在日常巡视维护过程中难以顾及全面，因此在恶劣气候条件下，容易发生输电线路故障。基于此，电网企业需要准确、快速地定位输电线路的故障点，以便及时消缺，维持电力系统的安全、稳定运行。
　　2 500kV输电线路故障定位算法
　　目前500kV电网所采集的双端故障数据，是利用GPS装置读取的高压输电线路两端故障后的正序电压和正序电流。本文通过该故障数据代入算法公式，定位故障点。
　　2.1 基于均匀传输线方程的故障定位算法
　　500kV高压输电线路长度长，涉及输电线路分布电容，所以一般采用分布参数线路模型，符合基于均匀传输线方程的输电线路故障定位算法的基本条件。
　　当输电线路发生故障时，根据均匀传输线方程，[2]利用两端故障后的电压和电流，在故障点处总是满足：
　　cosh（γx）U·m1-I·m1Zcsinh（γx）=cosh（γ（l-x））U·n1-I·n1Zcsinh（γ（l-x））（2.1）
　　式中，γ= R+jωL（G+jωC），Zc= R+jωL/（G+jωC）。求出故障距离x的解析解：
　　x=1γlnA1-B1A1+B1（2.2）
　　其中，A1=ZcI·n1cosh（γl）-U·n1sinh（γl）+ZcI·m1
　　B1=-ZcI·n1sinh（γl）+U·n1cosh（γl）-U·m1
　　由于正序电压和正序电流在任何故障类型下总会存在，所以上式能够适用于各种类型的输电线路故障。可见基于均匀传输线方程的故障定位算法的普适性强。
　　2.2 考虑并联电抗器的500kV输电线路故障定位算法
　　在实际应用中，500kV输电线路因分布电容的影响会产生较高的容性充电功率，为了补偿容性功率，往往考虑在高压输电线路的两端并联电抗器。
　　
　　500kV带并联电抗器系统模型图
　　从上图中可以看出，如果在并联电抗器位置能够测量得到正序电压和正序电流，就可以采用基于均匀传输线方程的输电线路故障定位算法进行计算，如式（2.2）。
　　考虑并联电抗器的500kV高压输电线路故障定位算法实际上是根据基于均匀传输线方程的输电线路故障定位算法，利用均匀传输线方程，测量并联电抗器位置的电压和电流，代入算法公式，从而定位故障点位置。
　　3 MATLAB仿真
　　在研究500kV输电线路的故障定位时，本文参数设置如下：高压输电线路单位长度正序电阻、电感和电容分别为0022Ω/km、0.94mH/km、0.0122μF/km;单位长度零序电阻、电感和电容分别为0.170Ω/km、2.37mH/km、0.0065μF/km;高压输电线路总长度为100km。
　　本文兩种算法都依赖于GPS装置进行同步采样，保证线路两端所读取的数据是同时的。另外，算法还需要具有交换电压电流数据的通道，以此在原理上能够完全消除对侧系统阻抗的变化和输电线路故障点过渡电阻的影响。通过MATLAB仿真验证，这两种基于GPS的双端量故障定位算法可行性、可靠性和准确性高。
　　从上表仿真结果看，考虑并联电抗器的500kV输电线路故障定位算法故障测量误差较大，但基本上都小于1%，也不受故障位置的影响，适用于输电线路上任何一点。可见两种算法能够准确定位不同类型的故障点，具有普适性。
　　4 结语
　　随着社会发展，单一的故障定位算法将难以满足快速、精准定位的要求，采取不同原理的定位方法进行综合故障定位可能会更快速、更准确，故障定位研究之路将继续。
　　参考文献：
　　[1]Manohar Singh.Transmission line fault detection and classification[J].Emerging Trends in Electrical and Computer Technology（ICETECT），23-24 March 2011：15-22.
　　[2]施世鸿，何奔腾.基于分布参数模型的双端非同步故障测距算法[J].电网技术，2008，32（9）：84-87.
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