【正文】 電網(wǎng)事故處理提供了的有力保證。但是隨著電力系 統(tǒng)的發(fā)展以及電力網(wǎng)的自動化水平逐漸提高，這種傳統(tǒng)的錄波器由于錄波環(huán)節(jié)眾多、容量小、沒有時標、沒有記憶能力、數(shù)據(jù)讀取誤差較大等明顯缺點，已不再適合電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的要求。在過去甚至于是在目前，大量的故障測距方法仍是根據(jù)故障錄波器來記錄短路電流，然后 對照事先已經(jīng)計算好的某一種最接近市級運行方式下的短路電流曲線，以此來判定故障距離，這種方法的誤差很大，有時候甚至很難確定故障點的位置。然而隨著微機型故障錄波器的發(fā)展，就完全可以在不增加硬件設備只增加部分軟件的條件下實現(xiàn)故障測距。 二戰(zhàn)后，故障測距技術的發(fā)展步伐加快，美、法、日等國都取得了不少新進步 [6]。早在 1935 年，輸電線路故障指示器就在 和 230kV 的輸電系統(tǒng)中投入運行 ,盡管當時的故障定位器是指針式儀表，并需要與調(diào)度中心交換信息，但對測定故障點位置只依賴，仍有較大幫助。 d)方便性 方便性主要體現(xiàn)在調(diào)試和使用上，裝置應自動給出測距結果，不用或盡量減少人的工作量。 c)經(jīng)濟性 裝置應具有較高的性能價格比。輸電線的參數(shù)由其結構決定。 4)線路的分布電容。 2)故障點的過渡電阻。 工程實際中希望裝置的誤差越小越好，實際上由于技術和經(jīng)濟上各種因素的限制和制約，誤差通常規(guī)定不應大于一定的指標。 b)準確性 準確性是對故障測距裝置的最重要的要求，沒有足夠的準確性就意味著裝置失效。短路過渡電阻的存在是影響故障定位精確度的一個重要因素 [ 4]。一是大電流電弧故障，閃絡通過對地絕緣子或相間發(fā)生，電弧通道較短。絕緣子表面的閃污、閃濕，絕緣內(nèi)部擊穿，雷電閃絡，風刮導致的線間閃絡，線路通過鳥獸或華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 2 樹木放電等都是造成輸電線路短路故障的原因。兩相相間短路故障幾率很小，約占 2％－ 3％，其原因多半是由于兩相導線受風吹擺動造成的。橫向故障是指我們通常所說的單相短路接地故障、兩相短路接地故障、兩相相間短路故障及三相短路故障。它能根據(jù)不通的故障特征迅速準確地測定故障點，這不僅大大減輕了人工巡線的辛苦勞動，而且還能查出人們難以發(fā)現(xiàn)的故障。因此，輸電線路故障后準確并快速地找到 故障點，是幫助故障快速排除的有效途徑，也對電力系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定和經(jīng)濟運行有非常重要的意義 [1]。 輸電線路的故障類型分為瞬時性故障和永久性故障。 fault location method。然后主要針對一種單回線雙端電氣量測距算法進行研究，相比于傳統(tǒng)的算法該算法提出了實部相等的解決辦法，再利用故障分量進行測距計算，這樣一來可以消除 負荷 電流的影響，并且測距精度也幾乎不受 過渡 電阻、故障類型等因素的影響。 I 畢 業(yè) 設 計 (論文 ) ` 院 系 電力工程系 專業(yè)班級 農(nóng)業(yè)電氣化與自動化 0901 班 學生姓名 指導教師 二○一三 年六月 題 目 輸電線路單相接地故障測距算法研究 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） I 輸電線路單相接地故障 測距算法研究 摘要 輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是電力系統(tǒng)的命脈，精確的輸電線路故障測距對保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟運行有著十分重要的作用。 最后通過 MTLAB仿真，對全波傅氏算法和全波 差分 傅氏算法進行了比較 ，最后得出全波差分傅氏算法濾波效果更好，測距結果更精確。 double ended ranging algorithm。瞬時性故障會造成局部絕緣損傷，一般沒有明顯痕跡，這便給故障點的查找?guī)砭薮蟮睦щy。 長距離輸電線路由于輸電距離長，沿路經(jīng)過的地域廣闊，地理環(huán)境很復雜，若不依靠故障定位裝置來查找故障點位置，要找到故障點無異于大海撈針。因此他給電力生產(chǎn)部門帶來的社會 和經(jīng)濟效益是難以估計的?？v向故障即斷線故障，如一相斷線、兩相斷線。三相短路故障都是接地的，幾率也是最小的，約占 1％－ 3％。輸電線路發(fā)生純金屬性短路故障的幾率很少，大多數(shù)在故障點是有過渡電 阻的。二是小電流電弧故障，如架空線通過樹枝對地放電等，電弧通道較長。 輸電線路故障 對 測距裝置的基本要求 為了充分發(fā) 揮故障定位的上述作用，故障測距定位裝置在準確性、可靠性、經(jīng)濟性以及方便性等反面應滿足一定要求。衡量準確性的標準是測距誤差，它可用絕對誤差和相對誤差表示。例如，對高壓架空線來說，測距的絕對誤差應在1km 以內(nèi)，相對誤差應小于 1%。故障點存在過渡電阻會給某些測距原理帶來誤差突出表現(xiàn)在利用單端電氣量實現(xiàn)測距的裝置中。高壓輸電線路實際上是分布參數(shù)電路，但是目前仍有很多的測距算法采用集中參數(shù)模型。對于不完全換位的線路，線路不對稱也將引入測距誤差。隨著微電子技術的迅速發(fā)展，各種測距裝置的硬件成本會越來越低。 實際上，以上各項要求很難同時得到較好的滿足。在 AIEE Committee 1955 年的報告 “故障定位方法總結和文獻目錄 ”中，給出了 1955 年以前的有關故障測距的文獻就有 120 篇 [5]。經(jīng)過了六十多年的開發(fā)和研究，故障測距技術有了很大的發(fā)展，人們提出了很多測距新原理和新方法，許多故障測距裝置也已投入了運行。這樣便將故障測距技術和故障錄波技術有機地結合起來，從而給故障錄波器增加了新的功能。從目前已有的故障測距方法看來，在測距可靠性、準確性以及硬件投入等方面，還不能滿足電力系統(tǒng)華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 4 管理和運行部門的要求，所以很有必要再作進一步的研究。從八十年代中期以來，隨著計算機技術被引入繼電保護領域，故障錄波器才有了迅猛的發(fā)展，那時起微機型故障錄波器已經(jīng)完全取代了光電式錄波器，成為記錄電力網(wǎng)故障信息的主力，并在許多重大事故調(diào)查和分析中發(fā)揮了重要的作用。 近幾年來，隨著電力網(wǎng)普遍采用微機保護和微機故障錄波器等裝置，電力網(wǎng)故障信息系統(tǒng)必然成為新的研究方向。在早期的故障測距算法中，大多是基于單端電氣量基礎上的，因為各類故障錄波裝置基本上都是單獨運行的。算法上主要是研究一種單相接地故障雙端測距方法，使其具有較高的測距精度；仿真主要是利用 Matlab 軟件來建立仿真模型，進行故障定位。此算法在全線范圍內(nèi)具有良好的收斂性，并且不受過渡電阻影響 ，不需要剔除偽根，可以大大的減少硬件投資，同時測量精度高。前提是忽略線路的分布電容和漏電導。它們的誤差主要源于算法本身的假設，測距精度受到故障點過渡電阻的影響，所以只有當故障點過渡電阻為 0 時，故障點的距離才能夠比較準確地計算出來。 行波法 行波法是根據(jù)行波傳輸理論實現(xiàn)輸電線路故障測距的方法，可分為 A、 B、 C 型 3 種方法 [ 9]。但是 B 型測距對通信通道有較高要求，使得設備成本投資巨大，目前難以在國內(nèi)廣泛采用。 在這 3 種方法中， A 型和 C 型為單端測距； B 型是雙端測距，需要兩端通信。而在 B 型測距算法中， 1 s?的時間誤差所對應的最大測距誤差約為 300m，而這種由耦合和啟動等非線性元件引起的分散性動態(tài)時延對行渡法測距精度的影響，在現(xiàn)有的文獻中還幾乎沒有定量考慮。而在輸電線路發(fā)生的故障中，單相接地故障占總量的 70%－ 90%，在該類故障中地模分量起決定性作用，波速受頻變的影響很大。且為防止 GPS 失效時的非同步采樣，應加裝誤差小于 10 s? 的高精度時鐘。 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 8 故障分析法簡單易行，可以借 助于現(xiàn)有的故障錄波器達到測距目的。因此，這種方法有著光明的發(fā)展前景。 利用單端電氣量法測距 單端電氣量法 [11～ 13]就是根據(jù)單端的電壓和電流以及必要的系統(tǒng)參數(shù)，計算出故障距離。 將式 (23)帶入式 (21),可得到： iMffMM KIRxZIU??? ???? （ 25） 將式（ 25）兩端分別乘以 MfI? 的共軛復數(shù) MfI?? ,可得到： 2MfifMfMMfM IKRxZIIIU ????? ????? （ 26） 對上式兩端取虛部，經(jīng)整理可求出： ?????? ??????? ??????MfMiMfMiIIZKIUKxImIm （ 27） 由式（ 27）可見 ,測距結果 x 不受過渡電阻的影響。目前大多數(shù)故障測距參考文獻都是研究單端故障測距的特別是隨著微電子技術和計算機技術的飛速發(fā)展，各種微機保護和故障錄波裝置廣泛應用于電力系統(tǒng)。目前，各種錄波裝置上的故障測距功能大多數(shù)都是單端電氣量法，而且這些算法又是建立在對稱分量法的基礎上的。 采用精確分布參數(shù)模型的單端電氣量法值得進一步深入研究。歸納起來，對于現(xiàn)有的單端電氣量法還有以下三個主要問題需要解決： 1）故障過渡電阻或對端系統(tǒng)阻抗變化對測距精度的影響； 2）輸電線路以及雙端系統(tǒng)阻抗的不對稱性對測距的影響； 3）測距方程的偽根問題。 利用雙端電氣量法測距 雙端電氣量 [14～ 16]法需要線路兩端的電壓、電流量，根據(jù)線路兩端的電壓和電流以及必要的系統(tǒng)參數(shù)，經(jīng)過化簡得到測距方程，解出故障距離。 2）兩端電壓電流法 用這種方法時需要知道線路兩端的電壓和電流。利用雙端數(shù)據(jù)的測距算法，方程數(shù)等于未知量數(shù)，原理上可以完全消除故障過渡電阻的影響，實現(xiàn)準確測距；但它必須使用通道來傳遞兩端的信息，還要解決兩端數(shù)據(jù)的同 步和測距方程的偽根問題。近年來，隨著通訊技術和電網(wǎng)自動化水平的提高，雙端電氣量法由于其高精度的優(yōu)良性能，已經(jīng)逐步在電力系統(tǒng)得到應用。隨著電力系統(tǒng)調(diào)度自動化的迅速發(fā)展和微處理機式故障錄波器的開發(fā)應用，故障分析法測距的全部過程可華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 12 以自動完成，而對線路兩端電氣的同步采樣又將使故障測距精度大為提高。 文獻 [10]提到的智能化測距方法，如優(yōu)化方法、卡爾曼濾波技術、模式識別技術、概率和統(tǒng)計決策、模糊理論和光纖測距等方法 ， 目前多處于研究階段。目前，兩者都得到了廣泛的應用，但是因為后者在測距精度方面的突出優(yōu)點，又隨著通信技術和計算機技術的 迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)自動化水平的日益提高，將為后者在電力系統(tǒng)的廣泛應用開辟新的途徑。隨著電力系統(tǒng)綜合自動化水平的提高，故障線路切除時間將大大縮短，但再短的故障切除時間也足夠采集行波法測距所需要的信息。因此，從測距原理上看，在測距精度方面，行波法優(yōu)于工頻單端法。 本章 小結 本章分析了多種測距方法，通過對目前各種故障測距方法的研究和比較綜合評述了各種測距方法的優(yōu)點與不足，并對故障測距技術的發(fā)展方向進行了預測。這樣，使其等值電路可大為簡化。短線路的等值電路，如圖 所示。 P 為 M端端到故障點的距離占線路全長的百分比。此種電力線路由于電壓高，線路的分布電容比較大，其影響不能忽略，只是晴天可按無電暈考慮，那么電暈影響可不計， G=0，于是有： ??? ???????? ljbjBjBGY ljxlrjXRZ111 （ 34） 式（ 34）中， l 為短線路的長度。那么雙端系統(tǒng)短線路發(fā)生故障時的系統(tǒng)和輸電線路等值線路如圖 34所示。 MI? 、 NI? 為母線 M、母線 N 出口側的電流。因此，必須采用分布參數(shù)電路模型進行故障測距。如果已知末端電壓電流 2?U 、 2?I ，則沿線路距終端 x 處的電壓電流 ?U 、 ?I 為： ?????????????????????????????????2211 )c o s h ()s i n h ()s i n h ()c o s h (IUxZ xxZxIUcc???? （ 37） 其中， ????? jCjgLjryz ?????? ))(( 000000 是由線路參數(shù)決定的復常數(shù)，稱為傳播常數(shù)，其實部 ? 稱為衰減常數(shù)，代表每公里電壓電流幅值的衰減；虛部 ? 稱為相位常數(shù)，代表電壓和電流波每公里的相位變化。 比較這三種等值電路可見，對于短線路可以采用 RL模型或 π型模型，這樣可以簡化運算，同樣也可采用分布參數(shù)模型，對于長線路，如不考慮其分布參數(shù)特性將給計算帶來相當大的誤差。數(shù)字濾波器具有如下優(yōu)點：濾波精度高；可靠性高；模擬元件容易受到環(huán)境和溫度的影響，而數(shù)字濾波器所受影響較少；靈活性高；數(shù)字華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 18 濾波器改變性能只要改變算法或者某些系數(shù)，模擬濾波器器就麻煩得多。當 n=l時，得到信號中的基波分量有效值、相角，進而根據(jù)三相信號的基波分量， 求出正序、負序、零序電壓，求出正序、負序、零序電流。