【正文】 ................................................. 35 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒論 故障測(cè)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(dān)負(fù)著傳遞電能的重任，同時(shí)，它又是系統(tǒng)中發(fā)生故障最多的地方，并且極難查找。然而，電力系統(tǒng)本身是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，基于經(jīng)濟(jì)因素考慮，長(zhǎng)距離、重負(fù)荷的輸電系統(tǒng)常常運(yùn)行在臨界穩(wěn)定的狀態(tài)下，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)、故障等情況時(shí)會(huì)不可避免地存在各種復(fù)雜多樣的動(dòng)態(tài)過(guò)程。 關(guān)鍵詞： 輸電線路；故障測(cè)距方法 ；雙端測(cè)距算法； MATLAB/simulink 仿真 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II TRANSMISSION LINE OF SINGLEPHASE GROUNDING FAULT LOCATION ALGORITHMS Abstract As an important elements of power system, transmission line is the lifeblood of the power system. So, precise fault location method for transmission line plays a very important role in ensuring security, stability and economic operation of power system. Yet, it is a plex and dynamic system for power system itself, and long and heavy transmission line systems are often running in the critical stable state based on some economic benefits. When some disturbances or faults occured, a variety of plex and dynamic process will inevitably exist in transmission line system. The article first introduces the basic principles of a variety of methods ranging and ranging method is divided into various existing traveling wave, singleended and doubleended ranging ranging three categories, then the various algorithms by category theory and application conditions were analyzed, pared and discussed. Then focused on a singleloop algorithm for twoterminal electrical quantities ranging study, pared to the conventional algorithm the algorithm proposed real part equal solutions for fault ponent reuse distance calculations, so that the load can be eliminated currents, and the ranging precision is almost free from transition resistance, fault type and other factors. Finally, the simulation of the fullwave and fullwave Fourier algorithm differential Fourier algorithm are pared, and finally e to a fullwave Fourier algorithm differential filtering effect is better, ranging results more precise. And correspond to different transition resistance, the actual measured fault distance less, indicating that the transition resistance ranging little impact. Keywords: Transmission line。永久性故障排除時(shí)間的長(zhǎng)短會(huì)直接影響到輸電線路的供電和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，排除的時(shí)間越長(zhǎng)，則停電所造成的損失會(huì)越大，對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響也越大。 輸電線路故障 輸電線路故障 類型 輸電線路的故障大致分為兩類：橫向故障和縱向故障。輸電線路故障不外乎是絕緣擊穿和雷擊造成的。但對(duì)輸電線路對(duì)外物放電的小電流電弧故障，則過(guò)渡電阻將很大，有幾十歐姆甚至幾百歐姆。相對(duì)誤差以被測(cè)線路的全長(zhǎng)的百分比表示，例如 2%， %等。一些算法要涉及到線路兩端系統(tǒng)的綜合阻抗，但是電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行方式在不斷變化，所以給定的系統(tǒng)阻抗很難和故障時(shí)的實(shí)際情況一致，這就會(huì)給測(cè)距裝置帶來(lái)誤差。另 一方面，如果測(cè)距誤差太大，也可以說(shuō)測(cè)距結(jié)果不可靠。 輸電線路故障測(cè)距技術(shù)的發(fā)展 長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)于故障定位也就是故障測(cè)距問(wèn)題的研究一直受到學(xué)術(shù)界和電力工業(yè)部門的重視。七十年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在我國(guó)電力行業(yè)中的應(yīng)用，特別是微機(jī)保護(hù)裝置的開(kāi)發(fā)和大量投運(yùn) ，為高壓輸電線路故障測(cè)距的研究注入了新的活力，加速了故障測(cè)距的實(shí)用化進(jìn)程。早期需要故障錄波裝，人們用都是機(jī)械型的光線故障錄波器。電網(wǎng)故障信息系統(tǒng)的建立，不僅可以大大地提高整個(gè)電網(wǎng)的自動(dòng)化水平，更能加強(qiáng)對(duì)事故的分析處 理能力。 2） 分析輸電線路模型和數(shù)字濾波算法，從各種濾波算法中得出適合于工頻雙端電氣量測(cè)距的濾波算法。 目前阻抗法有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，早期的相關(guān)設(shè)備是由機(jī)電式或靜態(tài)電子器件構(gòu)成，測(cè)距的精度較差，微處理機(jī)的出現(xiàn)為測(cè)距技術(shù)的發(fā)展提供了新的機(jī)會(huì)，使得測(cè)距的可靠性和準(zhǔn)確性有所提高。但 A 型測(cè)距要求記錄行波波形，而故障暫態(tài)信號(hào)只持續(xù)一段時(shí)間，為保證有足夠的精度，應(yīng)采用足夠高的采樣率，因此 A 型行波測(cè)距對(duì)硬件要求比較高。 縱觀現(xiàn)有的行波測(cè)距方法，雖然在理論上行波法是不受線路結(jié)構(gòu)、過(guò)渡電阻、線路長(zhǎng)度、系統(tǒng)阻抗和系統(tǒng)運(yùn)行方式等因素的影響。 3)采用某些硬件措施（如 GPS 系統(tǒng) )的成本較高 A 型和 C 型方法需采用高速采樣，采樣率至少應(yīng)達(dá)到 1MHz。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，缺點(diǎn)是早期的故障分析法不僅需要人工分析計(jì)算，而且還要求具有一定的專業(yè)知識(shí)，測(cè)距結(jié)果很難做到十分準(zhǔn)確。同理 M 端的電流也可以分解為正常負(fù)荷狀態(tài)電流和故障附加電流的疊加，如式（ 22）所示： ffMM RIxZIU ??? ???? (22) 其中 MlI? 和 MfI? 分別為 M 端的正常負(fù)荷狀態(tài)電流和故障附加電流。 近年來(lái)，工頻單端電氣量法在理論和實(shí)踐兩方面都取得了豐碩的成果。但是可以看到，在有些情況下，測(cè)距結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)很大的誤差。 1）兩端電流，一端電壓法 由圖 21 可以寫出 下列電壓方程： ffMM RIxZIU ??? ???? （ 29） 由于對(duì)端電流量 NI? 已知，因此可以得到故障點(diǎn)電流 fI? ： NMf III ??? ?? （ 210） 將式（ 210）改寫為： ffMfM RIxZIIU ???????? （ 211） 對(duì)上式兩側(cè)取虛部可得： 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 ???????? ??????????????fMfMIIZIUxImIm （ 212） 式（ 212）表明測(cè)距結(jié)果 x 不受過(guò)渡電阻的影響。許多算法還考慮了線路參數(shù)不對(duì)稱對(duì)測(cè)距精度的影響。 智能化測(cè)距方法 近年來(lái) ,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 ， 通過(guò)建立知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)；可 以使計(jì)算機(jī)模擬專家的行為，這種方法也正在逐步應(yīng)用于電力系統(tǒng)故障測(cè)距。 3）采用工頻量和利用行波的測(cè)距方法的比較 采用工頻量的測(cè)距方法與利用行波的測(cè)距方法相比，前者可以利用現(xiàn)已大量 投運(yùn)的微機(jī)保護(hù)、錄波裝置和正在迅速發(fā)展中的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，甚至與之融為一體，硬件投資小，容易實(shí)現(xiàn)；后者則需要專門設(shè)備，硬件投入大，技術(shù)較為復(fù)雜；但是在資金投入方面，前者優(yōu)于后者。從這個(gè)意義上說(shuō)，行波法和工頻單端測(cè)距法具有優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)性。 RL 模型 對(duì)于長(zhǎng)度不超過(guò) 100km 的架空電力線路，線路額定電壓為 60kV 及以下者，以及不長(zhǎng)的電纜電力線路，電納的影響不大時(shí)，可認(rèn)為是短電力線路 [19]。 MI? 、 NI? 為母線 M、母線 N 出口側(cè)的電流。 P 為 M端端到故障點(diǎn)的距離占線路全長(zhǎng)的百分比。在距末端 x 處取一微段 dx ，可做出分布參數(shù)的等值電路如圖 35 所示。 數(shù)字濾波算法 高壓輸電線路發(fā)生故障后，在最初的瞬變過(guò)程中，電壓和電流信號(hào)由于混有衰減直流分量和復(fù)雜的諧波成分而發(fā)生嚴(yán)重畸變，所以選擇一種合適的濾波算法對(duì)于故障測(cè)距具有很重要的意義。如被采樣信號(hào)中含有按指數(shù)規(guī)律衰減的成分。 ??? ? ???19 1 )/2s i n()()/s i n(212 Nk kkn NknxxnNa ?? （ 315） ??? ? ???19 1 )/2c os ()()/c os (212 Nk kkn NknxxnNb ?? （ 316） 2222 baX ?? （ 317） abtg ?? （ 318） 上述計(jì)算式子中各個(gè)字母表示的意義同上面的全波傅氏算法。它從根本上講是一種曲線擬合。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 4 單回線雙端電氣量故障測(cè)距算法 早在雙端電氣量測(cè)距之前，單端電氣量測(cè)距應(yīng)用廣泛，但是單端電氣量法存在以下三個(gè)主 要問(wèn)題： （ 1） 故障過(guò)渡電阻或?qū)Χ讼到y(tǒng)阻抗變化對(duì)測(cè)距精度的影響； （ 2） 輸電線路以及雙端系統(tǒng)阻抗的不對(duì)稱性對(duì)測(cè)距的影響； （ 3） 測(cè)距方程的偽根問(wèn)題。 這種方法的前提是兩個(gè)函數(shù)只有一個(gè)交點(diǎn)，否則計(jì)算結(jié)果可能是錯(cuò)誤的。 根據(jù)長(zhǎng)線方程可知，實(shí)際故障點(diǎn)的電壓幅值應(yīng)該是整個(gè)線路上最小的，而在故障點(diǎn)兩側(cè)的電壓都應(yīng)該大于故障點(diǎn)處的電壓幅值，根據(jù)這個(gè)原則可以求得實(shí)際距離。 式中 l 是線路全長(zhǎng)，單位為 km； x為線路 M端到故障點(diǎn)的距離，單位為 km，對(duì)式 (43)，華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 在 l?0 范圍內(nèi)進(jìn)行一維搜索，使得方程兩邊差值的絕對(duì)值最小的點(diǎn)即為故障點(diǎn)，由此可得到故障距離 x 。 本章小結(jié) 本章首先介紹了幾種輸電線路模型，對(duì)于論文所研究的高壓輸電線路，一般采用分布參數(shù)模型。 最小二乘濾波算法 最小二乘法是誤差理論中的重要方法之一，它廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理和自動(dòng)控制等領(lǐng)域中。它假設(shè) ?1TAe? 在采樣間隔 sT 期間的變化不大，因此可濾除衰減直流分量的影響。當(dāng) n=l時(shí)，得到信號(hào)中的基波分量有效值、相角，進(jìn)而根據(jù)三相信號(hào)的基波分量， 求出正序、負(fù)序、零序電壓，求出正序、負(fù)序、零序電流。 比較這三種等值電路可見(jiàn)，對(duì)于短線路可以采用 RL模型或 π型模型，這樣可以簡(jiǎn)化運(yùn)算，同樣也可采用分布參數(shù)模型，對(duì)于長(zhǎng)線路，如不考慮其分布參數(shù)特性將給計(jì)