一種適用于同塔雙回線路的雙端故障測距方法

石恒初，盧佳，楊遠航，楊橋偉，游昊，趙明，解良，朱青成

（1.云南電力調度控制中心，昆明 650011；2. 云南電網有限責任公司電力科學研究院，昆明 650217）

0 前言

目前輸電線路故障測距算法從原理上主要分為單端測距法和雙端測距法。單端測距法僅利用線路一端的電氣量，雖易于實現，但是一般情況下要作一些假設或近似處理，以消除過渡電阻和系統(tǒng)阻抗對測距記過的影響，測距精度無法滿足要求[1-3]。利用多源數據融合故障全量[4-7]的雙端測距方法克服了上述弊端，具有較高的測距精度。但是，雙端測距法依舊存在一些尚待解決的不足。例如，同塔雙回的輸電線路由于受到零序互感、故障分量中諧波的影響，會導致測距結果有誤差；故障前期諧波分量、故障后期線路兩側開關動作不一致導致采取不同故障時間下的故障量求得的測距結果也不一致[8-12]。

為此，本文提出利用故障正、負序分量的測距方法。依據線路兩側同步采集得到的三相故障電壓、電流采樣瞬時值，依次滑動數據窗提取線路兩側三相正序電壓、電流和負序電壓、電流，求出不同數據窗下故障點至兩側正負阻抗值，再對求得的正、負阻抗值進行數據處理以提高測距準確性。

1 故障正、負序分量提取

由電工基本原理得到，一組不對稱的三個電氣量可分解為正序、負序和零序三組電氣分量[9]。

1.1 對稱分量法

根據對稱分量法，故障后電氣量分解為正序、負序、零序分量，如圖1所示。

圖1 對稱分量法示意圖

令A相為基準相時，可提取出故障正、負序電壓、電流分量：

1.2 故障正、負序分量提取

基于兩側錄波數據同步，根據全波傅氏算法，以一個工頻周期為時長的數據采樣窗進行分析計算：將故障發(fā)生時刻開始后第一個采樣點作為第一個數據窗起點，利用此數據窗內M側、N側的三相電壓、電流錄波數據，通過對稱分量法提取M側、N側的三相正序電壓電流和負序電壓電流：

以某線路A相接地故障后，線路兩側錄波故障相電壓、電流波形如圖2所示。

圖2 線路兩側錄波故障相電壓、電流波形

在第一個數據窗內，通過全波傅氏算法提取出M側、N側的三相電壓電流相量，再通過對稱分量法得到M側、N側的三相正序電壓電流和負序電壓電流。

圖3 兩側故障錄波數據同步后第一個數據窗內采樣

2 正、負序阻抗求取及數據處理

根據電力系統(tǒng)分析理論可知，電力系統(tǒng)各元件參數可認為是線性的，故可利用疊加原理，從而形成正序網絡、負序網絡。

2.1 正、負序阻抗求取

利用正序和負序故障序網，計算出故障位置距M側的第一組正、負序阻抗結果ZM1（1）、ZM2（1）：

圖4 正序和負序故障序網

2.2 正、負序阻抗數據處理

由于故障前期自由分量、故障后期線路兩側開關動作時間不一致的影響，導致故障前、后期求出的ZM1、ZM2誤差較大，逐一滑動采樣點數據窗可求出一系列故障點至線路兩側正負阻抗值，采用處理后的正、負序分量計算故障距離不僅避免了同塔線路零序互感對測距結果的影響，并且去除了故障分量中諧波的影響，提高了故障測距的精度。

以故障發(fā)生時刻開始后第二個采樣點作為第二個數據窗起點，計算出故障位置距M側的第二組正、負序阻抗結果ZM1（2）、ZM2（2），以此類推，以故障發(fā)生時刻開始后第i個采樣點作為第i個數據窗起點，計算出故障位置距M側的第i組正、負序阻抗結果ZM1（i）、ZM2（i）；最后，以一側開關跳開時刻前一個采樣點作為最后一個數據窗終點，計該數據窗為第N個數據窗，1≤i≤N，計算出故障位置距M側的第N組正、負序阻抗結果ZM1（N）、ZM2（N）；

用ZM1（i）、ZM2（i）虛部除以單位公里的正序電抗的x1求取分別對應的故障位置距M側距離LM1（i）、LM2（i）：

對求得的LM1（i）、LM2（i）進行數據處理，求取距M側故障距離LM和距N側故障距離LN：

1）對LM1（i）、LM2（i）四舍五入求取整數，得到L’M1（i）、L’M2（i），1≤i≤N；求取所有L’M1（i）、L’M2（i）的眾數L’M；

2）以眾數L’M為中心，篩選出其±偏差內的所有距M側故障距離原始數據值LM1、LM2共m個；

3）對m個距M側故障距離LM1、LM2數據值求取平均值作故障位置距M側距離LM；

4）計算出距N側故障距離LN，計算公式為：LN=L-LM；其中，LN為距N側故障距離，L為線路全長，LM為距M側故障距離。

3 方法驗證

以某線路A相接地短路故障為例，實現兩側故障錄波測距，驗證本文所述方法。

線路兩側錄波故障相電壓、電流、零序電流如圖5所示。

圖5 線路兩側故障相電壓、電流錄波

對兩側錄波進行同步，同步結果如圖6所示。

圖6 兩側故障相電流錄波同步結果

1）基于線路兩側同步采集得到的三相故障電壓、電流采樣瞬時值，在以一個工頻周期（20 ms）為長度的一個數據窗內，利用對稱分量法提取線路兩側三相正序電壓電流和負序電壓電流；

2）利用任一相的正序和負序故障網絡，求出該數據窗下的故障點至兩側正負阻抗值，并以此類推從故障起始時刻（0 ms）至線路一側開關斷開時刻（47 ms）期間，逐一采樣點滑動數據窗可求出故障點至線路M側正負阻抗測距值共56個，結果如表1（單位：公里）：

表1 故障時間內故障點至線路M側正負阻抗測距值（ km）

3）對這56個正負阻抗測距值進行數據處理，得到測距結果：

a．四舍五入求取整數部分得到如表2所示結果：

b．顯然地，56個數據值中眾數為42；

c．以眾數42為中心，篩選出其±0.5公里誤差內的所有距M側故障距離原始數據值共26個，如表3：

表3 篩選后距M側故障距離原始數據值

d．對26個距M側故障距離數據值求取平均值作故障位置距M側距離LM：LM=42.06（公里）。

4）本實例采用保護裝置測距得到的結果為：LBM=38.5公里（距M側）；

5）本實例最終故障線路巡線結果為：LXM=41.95公里（距M側）。

可以看出，利用故障正負序分量的輸電線路兩側故障錄波測距精度較高，具有工程應用價值。

4 結束語

本文提出利用故障正負序分量的輸電線路兩側故障錄波測距方法。該方法首先將兩側故障錄波數據進行同步，通過全波傅氏計算法提取故障正、負序電壓電流相量，根據故障正序網絡、負序網絡圖求取故障正、負序阻抗值，再對正、負阻抗值進行數據處理得到故障測距結果。實際故障錄波測距案例驗證了本文所提方法的有效性。