专利名称：判断串补线路单相接地故障时故障点位置的方法
技术领域：
本发明涉及电学领域，尤其涉及一种高压串补线路距离保护中故障点定位的方法，及通过故障点的定位从而配合距离保护，解决距离保护在串补线路中超越的实现方案。
背景技术：
传统距离保护应用于串补线路存在超越动作问题，距离I段在串补线路中必须考虑串补电容容抗(ZC)，按线路阻抗(ZL)与串补电容容抗之和(ZL-j|ZC|)进行整定，当串补容量较大时保护灵敏度可能很低，距离I段的保护范围大大缩小，从而无法满足线路保护的要求。
鉴于以上原因，串补线路故障的定位已被广泛关注，同时也有相应的方案。一种方案是利用串补及MOV的等效阻抗来估计串补电容上的电压用于故障定位，该方法仅适用于工频分量，而不能反映串补线路故障时丰富的谐波分量。另一种方案是使用两个子程序来分别计算串补前后的故障点，然后选择正确的结果，属于单端故障定位，原理上很难克服对侧系统运行方式对测距精度的影响。还有是一种方案是基于双端量的故障定位，但是它的信号需要双端同步。上述各种串补线路的定位方法要用于实际的保护还有许多实际的问题需要考虑。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提出了用于判断串补线路单相接地故障时故障点相对于串补电容位置的模型识别方法，和传统距离保护配合解决传统距离保护在串补线路中的超越问题。
为实现上述任务，本发明的技术方案是一种判断串补线路单相接地故障时故障点位置的方法，该方法包括如下步骤 ①利用故障后MOV导通之前的暂态量数据，避开MOV非线性特性的影响，根据串补电容前后故障不同的电流电压关系，建立起两个标准模型，即串补电容前故障模型和串补电容后故障模型 串补电容前故障(F1)模型 串补电容后故障(F2)模型 其中待求量是线路参数R，L，过渡电阻R′F，电容初始电压u(t0)，另外C为串补容量，uAm，iAm，im0为采样数据，kL，kR是已知值； ②将故障后对故障电流、电压的一组采样数据分别代入两个标准模型，形成两个方程组进行线路参数的估计计算，然后比较用两个模型分别计算出来线路的电感值的离散度； ③分别采用两个故障模型来计算，若选择模型正确即模型与实际的故障情况相吻合，计算所得的电感曲线为水平光滑直线，电感计算值离散度较小，若选择模型不正确即模型与实际的故障情况不吻合，计算所得的电感曲线为非水平光滑直线，电感计算值离散度较大，电感计算值离散度相对较小的那个故障模型所代表的位置即为故障位置。
所述计算中 微分采用两点微分公式 积分采用梯形积分公式 Δt为采样时间间隔。
故障点位置判据如下 若E≤kE′，则故障点在串补电容前， 若E′≤kE，则故障点在串补电容后； 其中 E和E′分别用来度量串补电容前故障模型和串补电容后故障模型计算所得电感值的离散度， k为可靠系数，小于1， lmax和lmin分别为用串补电容前故障模型计算出来的电感的最大值和最小值 l′max和l′min分别为用串补电容后故障模型计算出来的电感的最大值和最小值 L为线路全长总的电感值。
与本发明所提方法配合，串补线路中距离I段可按全线阻抗整定，而不必考虑串补电容的容抗。若故障判为串补电容前故障，则直接将测量阻抗ZJ与整定值Zzd相比较；若故障判为串补电容后故障，则将测量阻抗加上串补电容容抗的绝对值(ZJ+j|ZC|)与整定值比较，判断保护是否应该动作。距离I段不需要考虑串补电容容抗按全线阻抗整定，大大提高了灵敏度。故障点位置的识别过程仅利用故障后到MOV导通前数毫秒时间的暂态量数据，不受MOV非线性特性的影响，避开了MOV导通后串补电容上电压难以获得的问题。
图1为单相接地故障模型线路示意图； 图2为单相接地故障零序网络示意图。
具体实施例方式 下面具体叙述本发明的详细内容 本发明通过利用故障后MOV导通之前的暂态量数据，避开MOV非线性特性的影响，根据串补电容前后故障不同的电流电压关系，建立起两个标准模型(串补电容前故障模型和串补电容后故障模型)。将故障后对故障电流，电压的采样数据分别代入两个标准模型进行线路参数的估计计算。然后比较用两个模型分别计算出来线路的电感值的离散度识别故障位置。具体步骤和方法如下。
1建立标准模型 模型识别就是将需要识别的对象与已知的标准模型进行比较，从而归类，识别。此处的标准模型是根据线路故障点相对于串补电容的位置建立起来的，分为两种，其一是串补电容前故障，其二就是串补电容背后故障。根据两种故障情况各自特点分别建立起电压电流之间的关系。对于如图1所示的单相(A相)接地故障有 串补电容前故障(F1)模型 串补电容后故障(F2)模型 uAm和iAm分别为M端A相的电压和电流； im0为流过M端的零序电流； u(t0)为故障发生时刻电容电压值； iF为流过过渡电阻的电流； ic(t)为流过串补电容的电流，在MOV导通之前就是线路电流，即ic(t)＝iAm(t)； kL＝(L0-L1)/L1，kR＝(R0-R1)/R1(L0，R0为线路单位长度的零序电感和电阻值，L1，R1为线路单位长度正序电感和电阻值)。
对应于图1的单相接地故障零序网络如图2所示，由于系统阻抗的存在，即使串补线路中故障点两边的阻抗角相差一般也在10度以内。可近似认为故障处所流零序电流和保护安装处流过的零序电流同相位即im0＝Cm0iF0，其中Cm0为分布系数，此处为实数。而单相接地时流过故障点的正负零序电流相等，iF＝3iF0。因此有 RFiF＝3RFim0/Cm0＝R′Fim0 (3) 其中 R′F＝3RF/Cm0 (4) 式(1)和(2)演变成如下形式 电容前故障(F1)模型 电容后故障(F2)模型 分析式(5)和(6)可见其中待求量就是线路参数R，L，过渡电阻R′F，电容初始电压u(t0)。另外C为串补容量，uAm，iAm，im0为采样数据，kL，kR如前所述，这些量都是已知值。
计算中微分采用两点微分公式 积分采用梯形积分公式 Δt为采样时间间隔。
2模型识别 由于串补电容的存在，串补线路故障后有大量低次谐波的存在，可能使得线路参数的计算值出现振荡。为此，我们采用最小二乘的参数估计算法。
对于串补电容前故障模型(公式(5))的参数估计，对照公式(5)和公式(7)我们可以得到以下关系 p(t)＝y＝uAm(t)，g1(t)＝iAm(t)+kRim0(t) g3(t)＝im0(t)，R＝a1，L＝a2，R′F＝a3 对故障电流电压进行实时采样可以得到大量的u(ti)，iAm(ti)，im0(ti)，每一个采样点数据代入方程(5)都可得一微分方程。用多点数据代入方程(5)得到多个微分方程，组成一个微分方程组。例如取(i＝1，2，…，20)20组数据建立一个有20个方程的微分方程组，然后利用最小二乘法解出一组相应的参值(R，L)。当i取另外20个值(例如i＝2，…，20，21)我们又可以解出另一组(R，L)。如此重复解出多组(R，L)我们便可得到一条随时间变化的电阻或者电感曲线。此处需要说明的一点是因为R，L有如下关系R/L＝常数，所以下面故障点判别过程中虽然仅用了电感计算值，但电阻的计算值同样可以准确识别出故障点位置。对于串补电容后故障模型，即方程(6)处理方法同上。
3故障判据 对实际的故障，采用两个故障模型来计算，计算出的数据分别有如下特点 (1)模型正确(模型与实际的故障情况相吻合) 计算所得的电感曲线理论上来说是水平直线，电感计算值离散度较小； (2)模型不正确(模型与实际的故障情况不吻合) 电感计算值离散度较大； 利用以上特点，我们提出了如下判据 若E≤kE′，(10) 则故障点在串补电容前； 若E′≤kE，(11) 则故障点在串补电容后。
其中 E和E′分别用来度量串补电容前故障模型和串补电容后故障模型计算所得电感值的离散度，k为可靠系数，小于1，可以根据实际情况确定。lmax和lmin分别为用串补电容前故障模型计算出来的电感的最大值和最小值。l′max和l′min分别为用串补电容后故障模型计算出来的电感的最大值和最小值。L为线路全长总的电感值。
最后所应说明的是以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种判断串补线路单相接地故障时故障点位置的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤
①利用故障后MOV导通之前的暂态量数据，避开MOV非线性特性的影响，根据串补电容前后故障不同的电流电压关系，建立起两个标准模型，即串补电容前故障模型和串补电容后故障模型
串补电容前故障(F1)模型
串补电容后故障(F2)模型
其中待求量是线路参数R，L，过渡电阻RF′，电容初始电压u(t0)，另外C为串补容量，uAm，iAm，im0为采样据，kL，kR是已知值；
②将故障后对故障电流、电压的一组采样数据分别代入两个标准模型，形成两个方程组进行线路参数的估计计算，然后比较用两个模型分别计算出来线路的电感值的离散度；
③分别采用两个故障模型来计算，若选择模型正确即模型与实际的故障情况相吻合，计算所得的电感曲线为水平光滑直线，电感计算值离散度较小，若选择模型不正确即模型与实际的故障情况不吻合，计算所得的电感曲线为非水平光滑直线，电感计算值离散度较大，电感计算值离散度相对较小的那个故障模型所代表的位置即为故障位置。
2.根据权利要求1所述的判断串补线路单相接地故障时故障点位置的方法，其特征在于，所述计算中
微分采用两点微分公式
积分采用梯形积分公式
Δt为采样时间间隔。
3.根据权利要求1或2所述的判断串补线路单相接地故障时故障点位置的方法，其特征在于，故障点位置判据如下
若E≤kE′，则故障点在串补电容前，
若E′≤kE，则故障点在串补电容后；
其中
E和E′分别用来度量串补电容前故障模型和串补电容后故障模型计算所得电感值的离散度
k为可靠系数，小于1
lmax和lmin分别为用串补电容前故障模型计算出来的电感的最大值和最小值
lmax′和lmin′分别为用串补电容后故障模型计算出来的电感的最大值和最小值
L为线路全长总的电感值。
全文摘要
本发明涉及一种高压串补线路距离保护中故障点定位的方法，及通过故障点的定位从而配合距离保护，解决距离保护在串补线路中超越的实现方案。本发明的方法包括如下步骤①利用故障后MOV导通之前的暂态量数据，避开MOV非线性特性的影响，根据串补电容前后故障不同的电流电压关系，建立起两个标准模型；②将故障后对故障电流、电压的一组采样数据分别代入两个标准模型，形成两个方程组进行线路参数的估计计算，然后比较用两个模型分别计算出来线路的电感值的离散度；③分别采用两个故障模型来计算。故障点位置的识别过程仅利用故障后到MOV导通前数毫秒时间的暂态量数据，不受MOV非线性特性的影响，避开了MOV导通后串补电容上电压难以获得的问题。
文档编号G01R31/08GK101109781SQ200610048438
公开日2008年1月23日 申请日期2006年7月20日 优先权日2006年7月20日
发明者吴双惠, 李瑞生, 张克元, 樊占峰, 王向兵 申请人:许继集团有限公司, 许继电气股份有限公司