【正文】 ................ 26 線路模型及參數(shù)設置 ................................................... 27 MATLAB 仿真模型及參數(shù)設置 ............................................ 28 單相接地故障情況下的仿真計算和結(jié)果分析 ............................... 28 本章小結(jié) ............................................................... 31 結(jié) 論 ..................................................................... 32 參考文獻 ................................................................... 33 致 謝 ..................................................................... 35 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 1 1 緒論 故障測距定位的意義和作用 高壓輸電線路是電力系統(tǒng)的命脈它擔負著傳遞電能的重任，同時，它又是系統(tǒng)中發(fā)生故障最多的地方，并且極難查找。但是這類瞬時性故障往往發(fā)生在系統(tǒng)的薄弱之處，所以需要盡快找到加以處理，否則若是再次發(fā)生故障便會危及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。所以，精確的故障定位對于長距離輸電線路發(fā)生故障后故障位置的準確查找顯得尤其重要。 本文所研究的內(nèi)容在電力系統(tǒng)中是有助于及時排查故障并修復線路供電，以此來保證電力系統(tǒng)供電的可靠性，從而大量節(jié)約查線的人力和物力，減輕工人們繁重的體力勞動，在技術(shù)上保證電力網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，具有巨大的社會和經(jīng)濟效益。除了這些故障類型外，還有轉(zhuǎn)換性故障等復雜 類型。絕大多數(shù)三相故障都是由單相和兩相故障發(fā)展來的 [2]。過渡電阻一般包括電弧電阻和桿塔接地電阻。研究表明，對大電流電弧故障，電弧電阻一般為 2－ 20? 。 a)可靠性 可靠性包含不拒動和不誤動兩方面的內(nèi)容，不拒動指裝置在故障發(fā)生后能可靠的測定故障點的位置，不應由于測距原理、方法或制作工藝等任何問題使裝置拒絕動作；不誤動指裝置在測距以外的任何條件下不應錯誤的發(fā)出測距的指示或信號。絕對誤差 以長度表示，例如 10m,50m 等。 為了提高測距精度只要考慮下列因素： 1)裝置本身的誤差。 3)對端系統(tǒng) 阻抗。對短線路來說這種模型是可行的，但對較長線路就會產(chǎn)生較大的誤差。 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 3 故障測距的準確性與可靠性是有關(guān)聯(lián)，可靠性是準確性的前提要求，離開可靠性來談論準確性是沒有意義的。而各種數(shù)字信號處理技術(shù)的廣泛應用，又會使得故障測距裝置的性能得到不斷提高和完善。一種合適的測距裝置應該是以上所有指標的綜合平衡，但可靠、準確是任何一種測距裝置 都必須滿足的要求 [1]。實際上，以上各項要求很難同時得到較好的滿足。六十年代中期，人們對于行波的傳輸規(guī)律就有了較為深刻的認識，再加上當時電子技術(shù)的發(fā)展，這便進一步促進了行波測距的發(fā)展。近幾年來，基于微機或微處理裝置的故障測距方法在國內(nèi)外都非常活躍，已成為全球最熱門的研究課題之一。 一直以來，電力系統(tǒng)發(fā)生故障時候以后，沒有能記錄故障故障數(shù)據(jù)的儀器，于是自動故障記錄器便是電力系統(tǒng)繼電保護動作行為分析的重要依據(jù)，也是保證電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的重要手段。經(jīng)過多年的發(fā)展，微機型故障錄波器的功能亦日益趨向完善，不僅能夠詳盡地記錄電力網(wǎng)故障前后各種電氣量和狀態(tài)的變化過程信息，完整地反映故障 后各電氣量的瞬間變化以及繼電保護的動作行為，還具有存儲容量大、記憶功能強、能實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠傳以及后臺分析等優(yōu)點。該故障信息系統(tǒng)以微機型故障錄波器為基礎，通過通信網(wǎng)絡聯(lián)系而成。而現(xiàn)代電網(wǎng)故障信息系統(tǒng)建立以后，讓雙端甚至多端故障測距成為可能，故障測距可以作為其中的一個子系統(tǒng)，利用故障信息系統(tǒng)的通信和錄波設備，實現(xiàn)精確故障定位。具體包括以下幾個方面內(nèi)容： 1） 閱讀大量與輸電線路故障測距有關(guān)的文獻資料，分析現(xiàn)有的各類測距算法。 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 5 4） 利用 Matlab 軟件進行仿真，驗證算法的正確性，以及誤差分析。假設輸電線路為均勻線路，在不同的故障類型下計算出的故障回路阻抗或電抗，與測量點到 故障點的距離成正比，如此便可以求出故障距離。而且由于實際系統(tǒng)中的線路是不完全對稱的，還有測量端對側(cè)系統(tǒng)阻抗值的不可知因素影響，使得測距 誤差會遠大于某些故障測距產(chǎn)品在理想條件下給出的誤差標準。 A 型故障測距裝置是 根據(jù)故障點產(chǎn)生的行波在測量端至故障點間往返的時間與行波波速之積來確定故障位置；這個測距裝置比較簡單，只用安裝在一端，不要求和線路對側(cè)進行通信聯(lián)系，因此不受過渡電阻影響，可以達到較高的精度。 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 7 C 型故障測距裝置是在故障發(fā)生時于線路的一端施加高頻或直流脈沖，根據(jù)其從發(fā)射裝置到故障點之間的往返時間來實現(xiàn)故障測距。 A 型和B 型 對于線路的瞬時性 (暫時性 )和永久性 (持續(xù)性 )故障均有較好的適用性， C 型則只適用于永久性故障。 2)參數(shù)的頻變和波速的影響因素 在分析參數(shù)的頻變特性時，大地作為非均勻不良導體，它的電阻率采用復數(shù)透入深度，一般相模變換陣、特性阻抗、衰減常數(shù)以及波速等參數(shù)均為頻率的非線性函數(shù)。因此參數(shù)的頻變效應和波速的不確定性應成為限制該算法精度的主要因素。這些硬件的成本都較高 [10]。它在沒有專用的故障測距條件下，曾被廣泛采用。 這類方法的研究早在三十年代初就已經(jīng)開始了，目前有很大的發(fā)展，已經(jīng)提出了許多不同的測距原理和方法。 單端電氣量法的測距原理如下： 由圖 21 可以寫出： fMMM RIxZIU ??? ?? （ 21） MZ NZM NlMI? NI?fI?x 圖 21 輸電線路發(fā)生 單相接地 故障原理圖 根據(jù)疊加原理，圖 21 所示的故障線路可視為正常負荷狀態(tài)和故障附加狀態(tài)的疊加。電流分布系數(shù) iK 一般為復數(shù)。利用微機裝置所提供的條件，現(xiàn)有的絕大部分單端測距算法完全可以用軟件來實現(xiàn)，幾乎不需要再增加任何硬件投資這一突出優(yōu)點使單端測距算法的研究成為目前熱門的研究 課題之一。單端電氣量法已經(jīng)從最初的簡單估算發(fā)展到能較準確的進行測距；從采用較粗糙的集中參數(shù)電路模型發(fā)展到采用準確的分布參數(shù)電路模型。 根據(jù)長期實際運行結(jié)果表明，單端電氣量法具有一定的準確度，基本上能滿足用戶的要求。 造成測距誤差的根本原因是存在故障過渡電阻。 根據(jù)所需對端電氣量的不同，雙端電氣量法可以分為以下兩大類，即兩端電流、一端電壓法和兩端電壓、電流法。因此要求由線路一端向另一端或線路兩端向調(diào)度中心傳送故障后的電壓和電流數(shù)據(jù)，以便進行故障測距計算。 從現(xiàn)有參考文獻看，長期以來，人們已經(jīng)對雙端電氣量法進行了許多卓有成效的研究，并已經(jīng)從采用較簡單的集中參數(shù)線路模型，深入到了采用準確的分布參數(shù)線路模型算法。但是現(xiàn)有的雙端電氣 量法在雙端數(shù)據(jù)同步和偽根判別等方面，尚有待改善之處。因此，這種方法有著十分光明的前景。開發(fā)的采用組合架空地線的光纖測距技術(shù)是較新穎的一種智能化測距方法 ， 已有兩套測距系統(tǒng)投運。 2）采用集中參數(shù)和采用分布參數(shù)線路模型的測距方法的比較 在工頻測距算法中，采用集中參數(shù)電路模型的算法與采用分布參數(shù)模型的相比，前者為簡化模型，后者為精確模型；前者分析計算較為簡便，后者分析計算較為復雜，但后者的測距精度明顯高于前者；兩者都存在區(qū)內(nèi)偽根問題，但由于采用了精確的線路模型，后者的偽根比前者容易處理 [18]。但對需要抽取幅值和相角的工頻測距法來說，就必須在不足一周（半周）甚至更短的華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 13 時間內(nèi)從復雜的暫態(tài)波形中得到所需要 的信息，無疑增加了濾波算法的難度 [10]。但行波法也存在反射波的識別問題，在近區(qū)還存在無法識別反射波區(qū)域，而近端恰好是工頻單端測距法測距較準確的區(qū)段。 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 14 3 線路模型的建立與信號提取 輸電線路常見數(shù)學模型 由于正常運行的電力系統(tǒng)三相是對稱的，三相參數(shù)完全相同，三相電壓、電流的有效值相同，所以可用單相電路代表三相。對于長線路則要考慮分布參數(shù)的特性。 1I? 2I?1U? 2U?Z 圖 31 RL模型等值網(wǎng)絡 從圖中直接可得出線路首末端電壓、電流方程式： ?????????????21221IIZIUU （ 32） 寫成二端口網(wǎng)絡方程式： ???????????????????????????????2211IUDCBAIU （ 33） 不難求得 1,0,1 ???? DCZBA ， 。 LR 、 L 、 fZ 分別為輸電線路的電阻、電感和故障點處的過渡電阻。這種線路可采用 ? 型或 T 型等值電路，如圖 33 所示。 ME?NE?M NZM NMI?NI?fI?MR ML MR ML MCMC 圖 34 π模型的等值網(wǎng)絡圖 其中， LM PRR ? ， LM PLL ? ， LN RPR )1( ?? ， LN LPL )1( ?? ， LCPC )1( ?? 。 分布參數(shù)模型 一般長度超過 300km 的架空電力線路和長度超過 100km 的電纜電力線路稱為長線路。 設有長度為 l 的輸電線路，其參數(shù)沿線均勻分布，單位長度的阻抗和導納分別為00000 jxrLjrz ???? ? ， 00000 jbgCjgy ???? ? 。 )/()(/ 000000 CjgLjryzZ c ?? ????稱為線路的特性阻抗，也稱為波阻抗，它反映輸電線各點電壓波和電流波間的關(guān)系。其中以電阻值為最大，電抗次之，電納最小，所以一般都采用分布參數(shù)模型。 目前濾波算法有很多，常用的有傅氏濾波、帶通濾波、最小二乘法等。全波傅氏算法假定被采樣信號是周期性的，此時可準確地求出基頻分量。 設系統(tǒng)故障時的電壓電流信號為： ? ?? ?? ??? ?????? Nk Nk nnTkmT tkatkbAetkkfAetf 1 1 s i nc os)s i n()()( 11 ???? ?? （ 314） 其中 : ?1TAe? 為信號衰減直流分量， )(kfm 、 k? 為 k次諧波的幅值和初相位。其缺點是 :計算量因每點均要計算差值而增加許多，且增加了算法對高頻分量的敏感度。選用海明窗作為窗口函數(shù)。最小二乘濾波算法的出發(fā)點是假定輸入信號的有效信息符合某一確定的數(shù)字模型，使輸入信息最大限度的擬合于這一模型，并將擬合過程中剩余的部分作為誤差量，使其均方誤差值達到最小。 對于衰減直流分量，通常將它展開為如下形式 : tKIeI t 100 ?????????? （ 325） 然后通過曲線擬合，求出它的幅值和相角，從而確定其數(shù)學模型對于整次諧波分量，可以包括到數(shù)學模型中，諧波次數(shù)受采樣頻率的限制該方法的 運算量特別大。同時由于在發(fā)生故障后，電壓和電流信號發(fā)生嚴重畸變，所以要選擇一種合適的濾波算法，本章主要介紹了幾種常用的濾波方法。 算法原理 ME? NE?MZ NZM NMI? NI?fI?R ML MR ML MCMC 41 單回線三相輸電線路發(fā)生 單相接地 故障原理圖 系統(tǒng)原理圖如圖 41所示，其中，兩端系統(tǒng)電源為 ?ME 、 ?NE ，系統(tǒng)阻抗為 MZ 、 NZ ，線路采用分布參數(shù)，總長度為 L，單位長度電阻、電感、電容為 MR 、 ML 、 MC ，過渡電阻為 fZ ，兩端母線電壓為 ?MU 、 ?NU ，兩端線路側(cè)電流為 ?MI 、 ?NI ,流經(jīng)故障點過渡電阻處的電流為 ?fI 。 從理論分析可知，此方法不受故障類型，過渡電阻，系統(tǒng)阻抗和不同步角的影響。 ， 近似 LCj?? ? ， 所以隨著 x 增大， xMcM eIZU ?2?????? ? ??的相位在不停地變大，向量 ?????? ???????? ? ???? McMxMcM IZUeIZU ?2的變化軌跡即 OD 的變化軌跡。 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 24 圖 42 FU?變化向量示意圖 為了剔除偽根，可以采用實部相等的方法，令式（ ）