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輸電線路單相接地故障測距算法研究(論文)(完整版)

2025-01-23 01:45上一頁面

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【正文】 2121)s i nh ()c os h( (不改變單調性) ? ?????? ???????? ???? ??????? McMxMcMMcMF IZUeIZUxIZxUU ??? 2)s i nh ()c os h( ( 44) 為了便于分析,畫圖如 42,其中 ?? MUOC , cM ZIOB ?? , cMM ZIUBC ?? ?? ,cMM ZIUOO?? ??39。造成測距誤差的根本原因是 線路 存在故障過渡電阻,要消除其影響,就要引入對端系統(tǒng)的阻抗,那就必然要受到對端系統(tǒng)阻抗變化的影響,這是單端電氣量法長期以來一直沒有解決的一個難題。曲線擬合首要的問題是確定數(shù)學模型。 帶通濾波 用加窗法設計一個 35Hz—65Hz的前置有限沖擊響應帶通濾波器 [23]。用此法計算基波分量會有一定的誤差。在現(xiàn) 場實際中,有兩種可供選擇的方案,一種是傳統(tǒng)的模擬濾波器,一種是數(shù)字濾波器,目前大多采用數(shù)字濾波。 華北電力大學本科畢業(yè)設計(論文) 17 1I? 2I?1U? 2U?dxI d I??? I?U d U???U?() 00 j dxg b?l0 0j dxxr ? 圖 35 分布參數(shù)等值電路 根據(jù)此等值電路,可以導出輸電線路的長線方程。 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。 π型或 T 型模型 線路電壓等級為 110kV- 220kV,架空電力線路長度為 100km~ 300km,電纜電力線路長度不超過 100km 的電力線路,可視為中等長度的電力線路 [20]。短電力線路由于電壓不高,電導、電納的影響可以不計( G=0, B=0),那么,短線路的阻抗,則為 ljxlrjXRZ 11 ???? ( 31) 式( 31)中, l 為短線路的長度。 工頻雙端測距法與行波法相比,二者都不存在原理誤差,但都需要通信手段 傳遞雙端信息,都存在雙端數(shù)據(jù)同步問題;前者無死區(qū)問題,但在信息抽取方面受故障切除時間的限制,后者有死區(qū)問題,但只取故障行波到達兩端的兩個波頭,而且不受故障切除時間的制約;后者在測距精度上略高于前者。在實現(xiàn)測距所需要的信息處理時間(這里所說的時間主要是指抽取電壓電流信號的時間)方面行波法明顯優(yōu)于工頻法。這類方法一般利用數(shù)據(jù)庫進行諧波分析,并利用輔助信號輸入來準確確定故障位置。雙端電氣量法不存在原理誤差,測距算法在實現(xiàn)時間方面的要求又比保護寬松的多,因此,采用精確的分布參數(shù)模型不僅為準確測距奠定了基礎,而且對高阻故障測距也是必需的。為了得到準確的 fI? ,兩端電流量 MI?和 NI? 必須時間同步。究其原因主要是單端電氣量法在原理上難以消除對端系統(tǒng)阻抗等因素的影響?;诘ā⒔舛畏匠谭ê徒馕⒎址匠谭ǖ乳_發(fā)的微機保護和測距裝置,已在電力系統(tǒng)廣泛應用。 fiMMMf IKIII ???? ??? 1 ( 23) 其中 iK 為 M 端的電流分布系數(shù): 華北電力大學本科畢業(yè)設計(論文) 9 ZlZZ xlZZK NMNi ?? ??? )( ( 24) MZ 、 NZ 分別為輸電線兩電源端的阻抗。近年來,隨著電力系統(tǒng)調度自動化的迅速發(fā)展和微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以自動的完成,而輸電線路兩端電氣量的應用又將使故障測距的精度大為提高。 B 型方法需采用 GPS 同步的高速采樣,采樣率也至少應達到 1MHz。但是在實際應用中, 現(xiàn) 有的行波法定位方法,特別是新型測距方法,尚有幾個問題有待解決: 1)線路兩端非線性元件的動態(tài)時延 因為電流互感器是提取電流行波信號的耦合元件,其二次側的時間常數(shù)常按試驗數(shù)據(jù)估計約為百 s? ,但受鐵芯飽和及剩磁的影響,這將使得電流互感器的動態(tài)時延 具有較大分散性;而行波啟動元件 (無論有無觸點 )也有一定分散時延性。 B 型故障測距裝置是利用通信通道獲得故障點行波到達兩端的時間差與波速之積來確定故障點位置;由于這種測距裝備利用的是故障點產生的行波第一次到達兩端的信息,因此不受故障點投射波的影響,實現(xiàn)起來困 難較小。 阻抗法本身的優(yōu)點就是比較簡單可靠,但是大多數(shù)阻抗法都存在著精度問題。 3) 通過總結以往故障測距算法,主要研究一種專門針對單回線的故障測距 算法。同時,對電網(wǎng)故障信息系統(tǒng)的研究和開發(fā)也給故障測距技術提供了很好的外部條件,給故障測距技術帶來了光明的應用前景。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)安全經濟運行的要求。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。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。 c)經濟性 裝置應具有較高的性能價格比。 4)線路的分布電容。 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。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]。絕緣子表面的閃污、閃濕,絕緣內部擊穿,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。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。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)定和經濟運行有非常重要的意義 [1]。 fault location method。 I 畢 業(yè) 設 計 (論文 ) ` 院 系 電力工程系 專業(yè)班級 農業(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)定和經濟運行有著十分重要的作用。 double ended ranging algorithm。 長距離輸電線路由于輸電距離長,沿路經過的地域廣闊,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??v向故障即斷線故障,如一相斷線、兩相斷線。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。 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、經濟性以及方便性等反面應滿足一定要求。例如,對高壓架空線來說,測距的絕對誤差應在1km 以內,相對誤差應小于 1%。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。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。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]。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查和分析中發(fā)揮了重要的作用。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。此算法在全線范圍內具有良好的收斂性,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。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。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,目前難以在國內廣泛采用。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。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。因此,這種方法有著光明的發(fā)展前景。 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,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。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。 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。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,已經逐步在電力系統(tǒng)得到應用。 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。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。 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。短線路的等值電路,如圖 所示。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。 MI? 、 NI? 為母線 M、母線 N 出口側的電流。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。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。 全波差分傅氏算法 系統(tǒng)故障時,往往產生較大的衰減直流分量,為濾掉衰減直流分量的影響,又提出了全波傅氏差分算法 [22]。假設理想 帶通濾波器下邊帶截止頻率 35?lf Hz,上邊帶截止頻率 65?hf Hz。當輸入信號中含有衰減直流分量以及非整次諧波分量時,它可以寫成如下形
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