基于分布式參數(shù)的雙端測距優(yōu)化算法

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(1.泰州供電公司，江蘇 泰州 225300；2.長園深瑞繼保自動化有限公司，廣東 深圳 518057)

0 引 言

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，電能作為一種清潔的二次能源在現(xiàn)在能源應(yīng)用中的比例越來越高，成為人類正常生活、生產(chǎn)的重要保證。而輸電線路擔(dān)負(fù)著傳送電能的重任，是電力系統(tǒng)安全運行的大動脈。當(dāng)輸電線路發(fā)生永久性故障時，系統(tǒng)正常工作狀態(tài)遭到破壞，這時需要迅速地找到并排除故障，排除永久性故障的時間越長，對整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行的危害越大。由此提出了故障測距的研究課題，利用自動程序進(jìn)行運算，快速地發(fā)現(xiàn)人工難以發(fā)現(xiàn)的隱秘故障，幫助系統(tǒng)工作人員及時地找到并排除故障，具有巨大的實際應(yīng)用價值[1]。

故障測距可簡單地分為單端算法和雙端算法。由于單端算法只采用線路一端的交流量進(jìn)行測距計算，在理論上無法避免過渡電阻、系統(tǒng)允許方式及分布電容等帶來的測距誤差，而且單端測距算法主要采用的阻抗法和故障分析法需要一定的系統(tǒng)允許方式假定為前提，各參數(shù)大多取線路參數(shù)近似值，方程計算精度低，導(dǎo)致故障測距的結(jié)果不準(zhǔn)確。由于通信技術(shù)發(fā)展，目前線路差動保護(hù)應(yīng)用越來越廣泛，利用差動保護(hù)實現(xiàn)雙端故障定位成為可能?；诰€路差動保護(hù)裝置研究了一種高精度的雙端測距算法，并從電壓電流的精確測量、差動保護(hù)同步精度的改進(jìn)和線路參數(shù)的對稱度等方面對算法進(jìn)行了改進(jìn)，最終完成了測距算法在差動保護(hù)裝置中的集成實現(xiàn)，具有較強實用性和精確度。EMTP仿真結(jié)果及RTDS動模實驗結(jié)果表明，算法的測距結(jié)果具有較高的精度。

1 算法基本理論

圖1是一個長線路的均勻分布參數(shù)模型，考慮了導(dǎo)納和阻抗的分布情況，將均勻傳輸導(dǎo)線設(shè)想為許多無窮小的長度元dx組成，每一長度元dx都具有電阻、電感、電容和電導(dǎo)。

圖1 集中參數(shù)的輸電線路等值電路

其中單位長度的阻抗和導(dǎo)納分別為

z0=r0+jwl0=r0+jx0,y0=g0+jwc0=g0+jb0

對于長線路來說，不能忽略線路電導(dǎo)、電納，即有

若線路發(fā)生單相接地故障，系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

圖2 單相接地故障

分析單相接地故障中各故障分量有M側(cè)母線測量點電壓，結(jié)合阻抗分析有

(1)

對于不能忽略線路電導(dǎo)、電納的長線路來說，等值電路如圖3所示。

從表1中可以看出，精礦鐵品位62.19%，產(chǎn)率39.37%；次精鐵品位44.16%，產(chǎn)率18.63%；尾礦鐵品位8.49%。次精礦產(chǎn)率高，接近精礦產(chǎn)率的一半，增加了進(jìn)一步處理(反浮選或離心機重選提質(zhì)降硅)的難度及強度。

圖3 長線路等值模型

結(jié)合圖3對式(1)進(jìn)行故障分量運算可得

(2)

化簡有

(3)

可得

(4)

展開方程可得

(5)

解此一元二次方程，得到一個根(根據(jù)0≤α≤1去掉一個偽解)即為測距結(jié)果。

2 測距算法的驗證

2.1 EMTDC仿真驗證

針對分布參數(shù)的測距方案，采用PSCAD/EMTDC電磁暫態(tài)仿真軟件搭建仿真模型。仿真系統(tǒng)采用長度為200 km的典型雙端220 kV系統(tǒng)模型，如圖4所示。

測試結(jié)果見表1～表4。

通過各因素條件下，雙端測距優(yōu)化算法的仿真結(jié)果分析可知，雙端測距優(yōu)化算法不受故障位置等各因素影響，具有較高的精確性，能夠方便準(zhǔn)確地應(yīng)用于差動保護(hù)裝置。

2.2 RTDS仿真驗證

在長園深瑞的光纖分相縱差成套保護(hù)裝置PRS-753S上實現(xiàn)了雙端測距優(yōu)化算法，實現(xiàn)了分布參數(shù)的雙端測距方案。搭建RTDS試驗采用的是雙回線模型，線路全長200 km，具體模型如圖5所示。

測試結(jié)果見表5～表7。

由表5～表7分析可知，針對各種影響因素，基于光纖差動保護(hù)裝置的雙端測距優(yōu)化算法都具有較高精度。

圖4 EMTDC仿真模型

表1 A相金屬性接地短路故障分析故障位置因素

表2 線路50%處發(fā)生接地短路故障分析故障類型因素

表3 50%線路處A相接地故障接地電阻影響分析

表4 兩側(cè)電源相角差的影響分析

表5 參數(shù)對稱傳輸情況下的簡單金屬性瞬時短路故障

表6 參數(shù)不對稱傳輸情況下的簡單金屬性瞬時短路故障

表7 參數(shù)對稱傳輸情況下的高阻接地故障

圖5 試驗?zāi)Ｐ?/p>

3 結(jié) 語

針對提出的雙端測距優(yōu)化算法進(jìn)行了PSCAD仿真分析，搭建長度為200 km的典型雙端220 kV系統(tǒng)模型，利用差分算法后用全波傅氏提取基波相量以進(jìn)行雙端測距優(yōu)化算法的計算。仿真結(jié)果充分地證明了雙端測距優(yōu)化算法的正確性和穩(wěn)定性，并詳細(xì)分析了可能對線路故障測距結(jié)果產(chǎn)生影響的各類因素對算法的影響情況。最后的仿真實驗結(jié)果表明，故障位置、故障類型、過渡電阻、兩側(cè)系統(tǒng)阻抗以及兩側(cè)電源相角差等因素都不會對雙端測距優(yōu)化算法的結(jié)果精度產(chǎn)生影響。在長園深瑞的光纖分相縱差成套保護(hù)裝置PRS-753S上實現(xiàn)了雙端測距優(yōu)化算法，證明了理論的正確性。

[1] 葛耀中.新型繼電保護(hù)與故障測距原理與技術(shù)[M].西安:西安交通大學(xué)出版社，1996.

[2] 朱聲石.高電壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與計數(shù)[M].北京:中國電力出版社，2005.

[3] 全玉生，楊敏中，王曉蓉，等． 雙端測距中的自適應(yīng)線路參數(shù)在線估計[J]． 電力系統(tǒng)自動化，2000，24(11):26-30．

[4] 康小寧.基于參數(shù)識別的高壓輸電線路故障測距研究[D].西安：西安交通大學(xué)，2006.

[5] T Takagi, Y Yamakosi, M Yamaura, et al. Development of a New Type Fault Locator Using the One Terminal Voltage and Current Data[J].IEEE Trans. on PAS., 1982, 101(8): 2892-2898.