高压输电线路故障测距研究

论文摘要

高压和超高压输电线路故障测距能及时、准确的找到故障点,不仅能快速修复线路,发现绝缘隐患和保证可靠供电,而且对保证整个电力系统的安全稳定和经济运行都有十分重要的意义。针对目前高压输电线路故障测距中存在的问题,论文基于故障分析法在以下几个方面展开了深入的研究和探讨:论文以理论推导为基本的研究方法,推导了单端和双端线路故障测距的基本原理,从推导过程分析得出单端测距无法同时消除过渡电阻和对侧系统阻抗的影响。而双端测距理论上解决了单端测距的原理性误差,提高了测距精度。论文分析了双端测距带来的一些新的或者原来被忽略的影响测距精度的因素,以利于进一步提高故障测距准确性。短路计算的逆运算和故障后特征量的发掘是故障分析法测距的基础。论文基于分布参数模型,推导了均匀传输线方程,并实现了三相线路的解耦。推出了沿线任意点电压和电流的计算式。分析了短路故障后的特征量,为研究新的故障测距算法打下理论基础。当数据不同步时,目前的基于分布参数模型的双端和T型线路测距方法都是使用搜索、迭代或拟合的方法,没有得出故障距离的解析表达式,计算量较大,且测距精度和搜索步长有关。针对这个问题,论文将故障距离和不同步时间作为未知数,利用故障后网络和故障分量网络联立方程,消去了不同步时间,推出了故障距离的解析表达式,给出了伪根的识别方法,并将该方法推广至T型线路测距,与现有的同类方法相比,不仅减少了计算量,还提高了测距精度。当发生金属性短路或经小阻抗短路,尤其是在电源或变电站的线路出口附近发生短路时,很容易引起TA饱和。TA饱和使二次侧的输出电流发生严重畸变,给基于工频量的故障测距造成很大的误差。目前,该问题没有得到很好的解决。论文基于分布参数模型,利用两侧电压和未饱和侧电流,在短路序网分析的基础上,推算出沿线的正、负、零序电压电流的分布,利用对称分量反变换求出沿线各点的电压和流经过渡电阻的电流分布,根据过渡电阻纯电阻性质,得出当且仅当故障点处,电压和流经过渡电阻的电流同相位,由此定位故障点。考虑到基于分布参数模型需要搜索故障点,计算量较大,对于中短距离输电线路,提出了基于集中参数的双π模型的更为实用的测距算法,并证明了测距函数的单调性,从而可使用二分法快速查找故障点,使在满足测距精度的前提下,计算量大大减少。由于没有使用饱和侧的电流,因此该方法完全不受TA饱和的影响。随着电力系统的发展,T型线路越来越多的应用在高压电网中。目前,T型线路故障测距算法都是先判断故障支路,然后根据判断的结果,将三端线路等效成双端线路进行测距。经分析和仿真证明,在T节点附近故障,尤其是经高阻短路时,目前的方法会出现由于无法正确判断故障支路,而在T节点附近出现一个测距死区。针对这个问题,论文提出了两种不同原理的T型线路故障测距方法。方法一根据均匀传输线方程求出了沿线的电压电流分布,从而求出T型线路沿线各点电压和流经过渡电阻的电流相位差的关系,根据过渡电阻的纯电阻性质,得出仅在故障点,相位差为零,从而定位故障点。方法二分别假设故障发生在某一支路,由假定正常的两段支路端的电压电流推算求得T节点电压和注入假定故障支路的电流,从而分别求得三个故障距离。并证明了求得的三个故障距离有且仅有一个在零和对应支路总长度之间。该距离就是真实的故障距离,故障发生在对应支路上。两种方法均将故障支路判别与故障点定位融为一体,打破了传统的分两步测距模式,在全线范围内精确测距,无测距死区。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 输电线路故障测距研究的发展和现状
• 1.2.1 故障测距技术的发展和分类
• 1.2.1.1 行波法
• 1.2.1.2 故障分析法
• 1.2.1.3 智能化测距法
• 1.2.2 故障测距的基本要求
• 1.2.3 故障测距的研究现状
• 1.2.3.1 基于非同步数据的测距研究现状
• 1.2.3.2 考虑TA饱和的测距研究现状
• 1.2.3.3 T型线路测距的研究现状
• 1.3 论文的主要工作
• 第2章 故障分析法测距基本原理及其影响因素分析
• 2.1 引言
• 2.2 基于单端电气量的测距方法
• 2.2.1 单相系统测距原理
• 2.2.2 三相系统测距原理
• 2.2.3 影响单端测距的因素
• 2.2.3.1 过渡电阻
• 2.2.3.2 对侧系统阻抗
• 2.2.3.3 负荷电流的影响
• 2.2.3.4 线路分布电容的影响
• 2.3 基于双端电气量的测距方法
• 2.3.1 单相系统测距原理
• 2.3.1.1 本侧电压电流对侧电流法
• 2.3.1.2 两侧电压电流法
• 2.3.1.3 基于分布参数模型的双端测距法
• 2.3.2 三相系统测距原理
• 2.3.3 影响双端测距的因素
• 2.3.3.1 两端数据不同步
• 2.3.3.2 线路不完全换位
• 2.3.3.3 线路参数变化
• 2.3.3.4 TA饱和
• 2.3.3.5 故障暂态过程
• 2.4 本章小结
• 第3章 故障分析计算的数学方法和短路特征量分析
• 3.1 引言
• 3.2 均匀传输线方程
• 3.3 三相线路的解耦
• 3.4 反映故障点的特征量
• 3.4.1 线路的阻抗与距离成正比
• 3.4.2 从两端计算的电压相等
• 3.4.3 过渡电阻纯电阻特性
• 3.5 测距相关的滤波技术
• 3.5.1 差分滤波
• 3.5.2 全波傅式滤波
• 3.5.3 FIR低通滤波器
• 3.6 本章小结
• 第4章 无需数据同步的故障测距研究
• 4.1 引言
• 4.2 基于非同步数据的双端线路故障测距
• 4.2.1 基本原理
• 4.2.2 伪根的识别
• 4.2.3 算法对三相系统的适用性
• 4.2.4 仿真分析
• 4.2.5 结论
• 4.3 基于非同步数据的T型线路故障测距
• 4.3.1 基本原理
• 4.3.2 故障支路判别
• 4.3.3 T节点电压电流的求取
• 4.3.4 算法对三相系统的适用性
• 4.3.5 仿真分析
• 4.3.6 结论
• 4.4 本章小结
• 第5章 不受TA饱和影响的故障测距研究
• 5.1 引言
• 5.2 TA饱和的鉴别
• 5.3 基于分布参数模型的测距算法
• 5.3.1 基本原理
• 5.3.2 单相接地
• 5.3.3 两相短路和两相短路接地
• 5.3.4 三相短路
• 5.3.5 仿真分析
• 5.3.6 结论
• 5.4 基于集中参数模型的测距算法
• 5.4.1 基本原理
• 5.4.2 单相接地
• 5.4.3 两相短路和两相短路接地
• 5.4.4 三相短路
• 5.4.5 测距函数单调性
• 1（d）的单调性'>5.4.5.1 g₁（d）的单调性
• 2（d）的单调性'>5.4.5.2 g₂（d）的单调性
• 5.4.6 仿真分析
• 5.4.7 结论
• 5.5 本章小结
• 第6章 T型线路故障测距研究
• 6.1 引言
• 6.2 基于过渡电阻纯电阻特性的T型线路故障测距
• 6.2.1 基本原理
• 6.2.2 单相接地
• 6.2.3 两相短路和两相短路接地
• 6.2.4 三相短路
• 6.2.5 仿真分析
• 6.2.6 结论
• 6.3 基于故障距离与支路长度相对关系的T型线路故障测距
• 6.3.1 基本原理
• 6.3.2 仿真分析
• 6.3.3 结论
• 6.4 本章小结
• 第7章 全文总结
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢