專(zhuān)利名稱(chēng)：采用兩端非同步測(cè)量的串聯(lián)補(bǔ)償輸電線(xiàn)上的故障定位方法
專(zhuān)利說(shuō)明采用兩端非同步測(cè)量的串聯(lián)補(bǔ)償輸電線(xiàn)上的故障定位方法 本發(fā)明涉及一種采用兩端非同步測(cè)量的串聯(lián)補(bǔ)償輸電線(xiàn)上的故障定位方法，在電力行業(yè)以及無(wú)補(bǔ)償和具有串聯(lián)補(bǔ)償?shù)母呒軅鬏斁€(xiàn)方面得到應(yīng)用。
從EP1051632B1了解串聯(lián)補(bǔ)償輸電線(xiàn)上的定位故障技術(shù)。在這種解決方案中，已經(jīng)提出通過(guò)利用從設(shè)置了故障定位器的串聯(lián)補(bǔ)償傳輸線(xiàn)的一個(gè)端子的局部測(cè)量來(lái)計(jì)算到故障的距離。這種方法利用以下步驟將串聯(lián)電容器和金屬氧化物變阻器(MOV)的并聯(lián)連接變換成電阻和電抗的串聯(lián)連接形式的模型等效阻抗，二者均為基波電流幅值相關(guān)的。這個(gè)等效阻抗用于計(jì)算到故障的距離。這種方法也要求了解串聯(lián)電容器組和MOV元件的參數(shù)。
從美國(guó)專(zhuān)利6336059 B1了解一種用于串聯(lián)補(bǔ)償傳輸線(xiàn)的距離繼電器和故障定位器的范圍測(cè)量的方法。在按照那個(gè)發(fā)明的方法中，故障定位估計(jì)通過(guò)僅使用局部信息來(lái)進(jìn)行。在該方法中，測(cè)量多個(gè)線(xiàn)路電流樣本，其中這類(lèi)樣本表示在連續(xù)時(shí)刻在串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)路上的線(xiàn)路電流波形的值。電容器電壓值根據(jù)所測(cè)量的電流、按照考慮了與已安裝串聯(lián)電容器并聯(lián)的非線(xiàn)性保護(hù)裝置-金屬氧化物變阻器的等式來(lái)計(jì)算。到故障的距離通過(guò)考慮所計(jì)算的早期電容器電壓值來(lái)計(jì)算。
在美國(guó)專(zhuān)利2006/0142964A1中，提供通過(guò)使用兩端電流和電壓測(cè)量的故障定位方法。該發(fā)明的特征在于，在確定線(xiàn)路A的第一端A或者第二端B的電流互感器飽和度之后，通過(guò)使用來(lái)自線(xiàn)路兩端的電壓以及僅來(lái)自線(xiàn)路中電流互感器未飽和的這一側(cè)的電流來(lái)計(jì)算到故障的距離。到故障的距離的計(jì)算根據(jù)一般化故障環(huán)路模型來(lái)進(jìn)行。在這種方法中，通過(guò)使用集總線(xiàn)路模型以及一端電流信號(hào)和兩端電壓信號(hào)來(lái)確定總故障電流。但是，按照所引述發(fā)明的方法沒(méi)有設(shè)計(jì)用于定位串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)路上的故障。
從Chi-Shan Yu、Chih-Wen Liu、Sun-Li Yu和Joe-Air Jiang的文章“A New PMU-Based Fault Location Algorithm for Series CompensatedLines”(IEEE Transactions on Power Delivery，VOL.17，NO.1，JANUARY 2002，pp.33-46)了解另一種通過(guò)使用兩端測(cè)量的串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)路上的故障定位的方法，這種方法使用在單串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)路的兩端同步測(cè)量的電壓和電流信號(hào)。因此，與本發(fā)明方法在測(cè)量種類(lèi)(同步測(cè)量)和線(xiàn)路類(lèi)型(單串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)路)方面有差別，本發(fā)明方法設(shè)計(jì)用于使用異步測(cè)量的更一般情況以及在單和雙電路無(wú)補(bǔ)償和串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)路的應(yīng)用。此外，所引述的方式?jīng)]有提供用于到故障的尋找距離的分析公式，而是基于沿整個(gè)線(xiàn)路段進(jìn)行掃描以查找所確定的故障電壓和總故障電流是同相的故障位置(情況是這樣，因?yàn)楣收贤肪哂须娮杼匦?。對(duì)于線(xiàn)路上的各檢查點(diǎn)，故障電壓和總故障電流必須從電流和電壓的對(duì)稱(chēng)分量來(lái)確定。這施加執(zhí)行故障定位所需的高計(jì)算負(fù)荷。相比之下，本發(fā)明方法提供緊湊公式用于到故障的尋找距離，其通過(guò)嚴(yán)格考慮線(xiàn)路的分布參數(shù)模型得出。
從Claude Fecteau的文章“Accurate Fault Location Algorithm forSeries Compensated Lines Using Two-Terminal UnsynchronizedMeasurements and Hydro-Quebec’sField Experience”(提交給33-rdAnnual Western Protective Relay Conference，Spokane，Washington，October 17-10，2006，Conference)了解一種在某種程度上與本發(fā)明方法相關(guān)的解決方案?？梢灾赋觯岢龅姆椒ǜ鼮橐话?單和雙電路線(xiàn)路，無(wú)補(bǔ)償和串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)路)。所引述的方法沒(méi)有提供用于到故障的尋找距離的分析公式。而是通過(guò)使故障阻抗的電抗的目標(biāo)函數(shù)為最小而迭代地確定到故障的距離。這施加比本發(fā)明方法更高的計(jì)算負(fù)荷。
此外，本發(fā)明方法還提供在單相-地故障(single phase-to-groundfault)和相-相故障(phase-to-phase fault)(實(shí)際故障的大多數(shù))的情況下通過(guò)使用故障后的量(post-fault quantities)來(lái)確定同步角。從確保準(zhǔn)確同步的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，這是有利的。
通過(guò)兩端非同步測(cè)量的串聯(lián)補(bǔ)償輸電線(xiàn)中的故障定位的本發(fā)明方法的本質(zhì)由以下步驟組成，其中到故障的距離以及故障電阻通過(guò)在故障發(fā)生之前和之后在站A和B中的電壓和電流值測(cè)量來(lái)確定 -如果故障在站A與串聯(lián)電容器和金屬氧化物變阻器裝置SC&MOV之間的線(xiàn)路段LA中發(fā)生，則故障定位的距離dA通過(guò)以下步驟來(lái)確定 -確定是相-地故障或相-相故障或者不是相-地故障或相-相故障的已知故障類(lèi)型的項(xiàng)

中的同步角δA， -然后考慮分布參數(shù)線(xiàn)路模型，并且求解公式 dA＝pSCdLA 其中 PSC-表示補(bǔ)償組SC&MOV遠(yuǎn)離站A安裝的每單位總線(xiàn)路長(zhǎng)度l的距離(p.u.)， dLA-表示假想的到故障的距離，其表達(dá)成與長(zhǎng)度PSCl相關(guān)，其值使用已知迭代法通過(guò)求解故障環(huán)路公式來(lái)接收 對(duì)于單線(xiàn)路的 對(duì)于雙電路線(xiàn)路的 其中 RFA-表示未知故障電阻， a1，a2，a0，am0-表示與故障類(lèi)型相關(guān)的加權(quán)系數(shù)， Mi-表示正和負(fù)序的數(shù)值分量， aF1，aF2-表示與故障類(lèi)型相關(guān)的分?jǐn)傁禂?shù)， Z0m-零序的互耦阻抗， IAparal_0-表示在健康并聯(lián)線(xiàn)路所測(cè)量的來(lái)自站A的零序電流， -然后，通過(guò)使用故障后的測(cè)量電壓和電流來(lái)計(jì)算故障階段的補(bǔ)償組的等效阻抗(ZSC1_phSUB_A)，并且計(jì)算故障前的補(bǔ)償組的等效阻抗(ZSC1_pre)，以便確定最終結(jié)果dA，它通過(guò)以下步驟來(lái)選擇 -首先，檢查故障電阻RFA是否具有正值，以及如果沒(méi)有，則拒絕這個(gè)子例程， -隨后，檢查補(bǔ)償組SC&MOV的所估計(jì)等效電路的特征“real”和“imag”，以及如果它的每個(gè)滿(mǎn)足下列相關(guān)性 和 則故障在站A與SC&MOV組之間發(fā)生，并且結(jié)果dA為有效結(jié)果。
通過(guò)兩端非同步測(cè)量的串聯(lián)補(bǔ)償輸電線(xiàn)中的故障定位的本發(fā)明方法的本質(zhì)由以下步驟組成，其中到故障的距離以及故障電阻通過(guò)在故障發(fā)生之前和之后在站A和B中的電壓和電流值測(cè)量來(lái)確定-如果故障在站B與串聯(lián)電容器和金屬氧化物變阻器裝置SC&MOV之間的線(xiàn)路段LB中發(fā)生，則故障定位的距離dB通過(guò)以下步驟來(lái)確定 -確定是相-地故障或相-相故障或者不是相-地故障或相-相故障的已知故障類(lèi)型的項(xiàng)

中的同步角δB， -然后考慮分布參數(shù)線(xiàn)路模型，并且求解公式 dB＝(1-pSC)dLB 其中 (1-PSC)-表示補(bǔ)償組SC&MOV遠(yuǎn)離站B安裝的每單位總線(xiàn)路長(zhǎng)度l的距離(p.u.)， -dLB-表示假想的到故障的距離，其表達(dá)成與長(zhǎng)度(1-PSCl)相關(guān)，其值使用已知迭代法通過(guò)求解故障環(huán)路公式來(lái)接收 對(duì)于單線(xiàn)路的 對(duì)于雙電路線(xiàn)路的 其中 RFB-表示未知故障電阻， Mi-表示正和負(fù)序的數(shù)值系數(shù)， a1，a2，a0，am0-表示與故障類(lèi)型相關(guān)的加權(quán)系數(shù)， aF1，aF2-表示與故障類(lèi)型相關(guān)的分?jǐn)傁禂?shù)， Z0m-零序的互耦阻抗， Iparal_0-表示在健康并聯(lián)線(xiàn)路所測(cè)量的來(lái)自站B的零序電流， -然后，通過(guò)使用故障后的測(cè)量電壓和電流來(lái)計(jì)算故障階段的補(bǔ)償組的等效阻抗(ZSC1_pbSUB_B)，并且計(jì)算故障前的補(bǔ)償組的等效阻抗(ZSC1_pre)，以便確定最終結(jié)果dB，它通過(guò)以下步驟來(lái)選擇 -首先，檢查故障電阻RFB是否具有正值，以及如果沒(méi)有，則拒絕這個(gè)子例程， -隨后，檢查補(bǔ)償組SC&MOV的所估計(jì)等效電路的特征“real”和“imag”，以及如果滿(mǎn)足下列相關(guān)性 和 則故障在站B與SC&MOV組之間發(fā)生，并且結(jié)果dB為有效結(jié)果。
優(yōu)選地，由下列公式確定相-地故障或相-相故障的項(xiàng)

中的同步角δA 其中 下標(biāo)ph-g表示相-地故障a-g、b-g、c-g，而下標(biāo)ph-ph表示相-相故障a-b、b-c、c-a， aF2I-SET，aF1II-SET-表示與故障類(lèi)型相關(guān)的系數(shù)， ISC1_B-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來(lái)自站B的正序電流， ISC2_B-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來(lái)自站B的負(fù)序電流。
NA1，NA2-表示與在站A分別所取的正和負(fù)序電流和電壓以及線(xiàn)路的參數(shù)相關(guān)的系數(shù)。
優(yōu)選地，由下列公式來(lái)確定不是相-地故障也不是相-相故障的故障的項(xiàng)

中的同步角δA 其中 VA1pre，VB1pre-表示分別在端A和B所測(cè)量的電壓的故障前正序量(上標(biāo)‘pre’和下標(biāo)‘1’)， IA1pre，IB1pre-表示分別在端A和B對(duì)故障線(xiàn)路所測(cè)量的電流的故障前正序量(上標(biāo)‘pre’和下標(biāo)‘1’)， Z1A，Y1A-表示線(xiàn)路段LA的阻抗和導(dǎo)納， Z1B，Y1B-表示線(xiàn)路段LB的阻抗和導(dǎo)納， LA-是線(xiàn)路站A與串聯(lián)電容器組之間的線(xiàn)路部分 LB-是線(xiàn)路站B與串聯(lián)電容器組之間的線(xiàn)路部分。
優(yōu)選地，由下列公式確定相-地故障或相-相故障的項(xiàng)

中的同步角δB 其中 aF2I-SET，aF1II-SET-表示與故障類(lèi)型相關(guān)的系數(shù)， ISC1_A-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來(lái)自站A的正序電流， ISC2_A-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來(lái)自站A的負(fù)序電流， NB1，NB2-表示與在站B分別所取的正和負(fù)序電流和電壓以及線(xiàn)路的參數(shù)相關(guān)的系數(shù)。
優(yōu)選地，由下列公式確定不是相-地故障也不是相-相故障的故障的項(xiàng)

中的同步角δB 其中 VA1pre，VB1pre-表示分別在端A和B所測(cè)量的電壓的故障前正序量(上標(biāo)‘pre’和下標(biāo)‘1’)， IA1pre，IB1pre-表示分別在端A和B對(duì)故障線(xiàn)路所測(cè)量的電流的故障前正序量(上標(biāo)‘pre’和下標(biāo)‘1’)， Z1A，Y1A-表示線(xiàn)路段LA的阻抗和導(dǎo)納， Z1B，Y1B-表示線(xiàn)路段LB的阻抗和導(dǎo)納， LA-是線(xiàn)路站A與串聯(lián)電容器組之間的線(xiàn)路部分 LB-是線(xiàn)路站B與串聯(lián)電容器組之間的線(xiàn)路部分。
一種保護(hù)繼電器，其配備有故障定位器(FL)，所述故障定位器(FL)包括用于執(zhí)行如權(quán)利要求1至8中的至少任一項(xiàng)所述的步驟的部件。
一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括計(jì)算機(jī)程序代碼，它在運(yùn)行于計(jì)算裝置上時(shí)執(zhí)行如權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的方法的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)是克服已知方法的所有限制和缺點(diǎn)，這意味著，不要求串聯(lián)電容器組的參數(shù)和狀態(tài)為已知，因?yàn)闆](méi)有使用它們來(lái)確定到故障的距離以及故障電阻，即，僅必須了解安裝補(bǔ)償組的位置。另外，串聯(lián)電容器的電抗使用故障前測(cè)量來(lái)進(jìn)行測(cè)量。使用故障前測(cè)量、或者備選地對(duì)于最常見(jiàn)故障的單相-地故障和相-相故障使用故障后測(cè)量、并且通過(guò)嚴(yán)格考慮分布參數(shù)線(xiàn)路模型來(lái)確定同步角，這實(shí)現(xiàn)了異步獲取的測(cè)量的準(zhǔn)確分析同步化。然后，通過(guò)引入線(xiàn)路的旁路電容的補(bǔ)償且使用分布參數(shù)線(xiàn)路模型來(lái)計(jì)算到故障的距離。有效子例程的選擇根據(jù)多判據(jù)過(guò)程來(lái)進(jìn)行，它允許非常廣泛的范圍的故障情況中的可靠有效結(jié)果識(shí)別，甚至用于非常高的故障電阻。
在附圖所示的一個(gè)實(shí)施例中說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，

圖1提供本發(fā)明方法的實(shí)現(xiàn)的電力網(wǎng)的總圖，圖2是對(duì)于確定同步角所考慮的故障前正序的串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)路的等效電路圖，圖3是對(duì)于故障FA的正序的串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)路的等效電路圖-該部分包含SC&MOV以及SC&MOV與站B之間的段，圖4是對(duì)于故障FA的正序的串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)路的等效電路圖-該部分包含SC&MOV以及SC&MOV與站A之間的段，圖5是對(duì)于故障FA的負(fù)序的串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)路的等效電路圖-該部分包含SC&MOV以及SC&MOV與站B之間的段，圖6是對(duì)于故障FA的負(fù)序的串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)路的等效電路圖-該部分包含SC&MOV以及SC&MOV與站A之間的段，圖7是對(duì)于故障FB的正序的串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)路的等效電路圖-該部分包含SC&MOV以及SC&MOV與站A之間的段，圖8是對(duì)于故障FB的正序的串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)路的等效電路圖-該部分包含SC&MOV以及SC&MOV與站B之間的段，圖9是對(duì)于故障FB的負(fù)序的串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)路的等效電路圖-該部分包含SC&MOV以及SC&MOV與站A之間的段，圖10是對(duì)于故障FB的負(fù)序的串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)路的等效電路圖-該部分包含SC&MOV以及SC&MOV與站B之間的段，圖11是對(duì)于測(cè)量補(bǔ)償組阻抗所考慮的故障前正序的串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)路的等效電路圖，圖12是根據(jù)本發(fā)明的故障定位算法的示例的流程圖。
圖1所示的輸電系統(tǒng)由連接兩個(gè)電力站A和B的串聯(lián)補(bǔ)償傳輸線(xiàn)組成。已安裝的串聯(lián)電容器(SC串聯(lián)電容器)包括并聯(lián)的金屬氧化物變阻器(MOV-金屬氧化物變阻器)(SC&MOV)，它以預(yù)定方式限制電容器兩端的電壓。站A位于線(xiàn)路的開(kāi)始，站B位于這個(gè)線(xiàn)路的末端。在站A，存在故障定位器FL。故障定位器也可位于站B或者獨(dú)立位置，這在圖1中未示出。使用分布參數(shù)線(xiàn)路模型、故障模型和對(duì)稱(chēng)分量正、負(fù)和零的故障環(huán)路以及故障的不同類(lèi)型、通過(guò)應(yīng)用適當(dāng)分?jǐn)傁禂?shù)(當(dāng)估計(jì)故障電阻兩端的電壓降時(shí)確定總故障電流的對(duì)稱(chēng)分量之間的關(guān)系，其定義為aF1、aF2、aF0)以及定義故障環(huán)路的總模型中的各個(gè)分量的分?jǐn)偟募訖?quán)系數(shù)a1、a2、a0、am0，來(lái)進(jìn)行故障定位。
向故障定位器FL提供來(lái)自站A和B的三相電流和來(lái)自站A、B的三相電壓的不同步測(cè)量。故障定位器提供有關(guān)于故障的類(lèi)型及其發(fā)生時(shí)間的信息。然后，假定兩個(gè)假想故障點(diǎn)，并且計(jì)算給定線(xiàn)路段A和B的開(kāi)始與故障點(diǎn)(FA，F(xiàn)B)之間的距離dA、dB，以便對(duì)下列假設(shè)確定有效結(jié)果、即與實(shí)際故障情況一致的有效結(jié)果 -假定故障在線(xiàn)路段LA中發(fā)生，則計(jì)算同步角δA、從線(xiàn)路在站A的開(kāi)始到故障點(diǎn)FA的距離dA、故障電阻RFA和在故障狀態(tài)的補(bǔ)償組的阻抗ZSC1_pbSUB_A、在故障前狀態(tài)的補(bǔ)償組的阻抗ZSC1_pre，-步驟103a、104a、105a、106a，其中LA是線(xiàn)路中在站A與電容器組之間發(fā)生故障的部分， -假定故障在線(xiàn)路段LB中發(fā)生，則計(jì)算同步角δB、從線(xiàn)路在站B的開(kāi)始到故障點(diǎn)FB的距離dB、故障電阻RFG和在故障階段的補(bǔ)償組的阻抗ZSC1_phSUB_B、在故障前狀態(tài)的補(bǔ)償組的阻抗ZSC1_pre，其中LB是線(xiàn)路中在站B與電容器組之間發(fā)生故障的部分，-步驟103b、104b、105b、106b。
然后，在那兩個(gè)到故障的距離dA和dB之中選擇有效結(jié)果-步驟107。
步驟101。在站A和B，測(cè)量對(duì)于故障狀況的來(lái)自各相的電流和電壓輸入信號(hào)IA_a、IA_b、IA_c、VA_a、VA_b、VA_c、IB_a、IB_b、IB_c、VB_a、VB_b、VB_c和對(duì)于故障前狀況的IA_pre_a、IA_pre_b、IA_pre_c、VA_pre_a、VA_pre_b、VA_pre_c、IB_pre_a、IB_pre_b、IB_pre_c、VB_pre_a、VB_pre_b、VB_pre_c以及在雙電路線(xiàn)路電流的情況下來(lái)自健康并聯(lián)線(xiàn)路的IAparal_a、IAparal_b、IAparal_c、IBparal_a、IBparal_b、IBparal_c或者僅零序電流IAparal_0、IBparal_0。
步驟102。在這個(gè)步驟，計(jì)算對(duì)于故障前狀況和故障狀況的在站A、B所測(cè)量的相電流以及在站A、B所測(cè)量的相電壓的對(duì)稱(chēng)分量。這種計(jì)算的細(xì)節(jié)是本領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的。
步驟103a。在這個(gè)步驟，按照如下方式計(jì)算同步角δA -如果存在相-地故障或相-相故障，則通過(guò)根據(jù)關(guān)于故障在站A與串聯(lián)電容器和金屬氧化物變阻器裝置SC&MOV之間的線(xiàn)路段發(fā)生的假設(shè)來(lái)分析圖3、圖4、圖5、圖6的總故障電流，通過(guò)下列公式確定項(xiàng)

中的同步角δA 其中 下標(biāo)ph-g表示相-地故障a-g、b-g、c-g，而下標(biāo)ph-ph表示相-相故障a-b、b-c、c-a。
aF2I-SET，aF1II-SET-表示與表1中收集的故障類(lèi)型相關(guān)的系數(shù)， ISC1_B-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來(lái)自站B的正序電流， ISC2_B-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來(lái)自站B的負(fù)序電流， 其中 l-表示總線(xiàn)路長(zhǎng)度， PSC-表示補(bǔ)償組(SC&MOV)遠(yuǎn)離圖中未示出的站A安裝處的每單位長(zhǎng)度的距離(p.u.)，

表示正序的線(xiàn)路的特性阻抗，

表示正序的線(xiàn)路的傳播常數(shù)， Z′1L，Y′1L-表示每個(gè)單位長(zhǎng)度的線(xiàn)路正序阻抗和導(dǎo)納。
考慮按照等式(3)和(5)確定負(fù)序量，其正和負(fù)序線(xiàn)路參數(shù)實(shí)際上是相同的。對(duì)于兩種序列，使用正序的線(xiàn)路參數(shù)(下標(biāo)1)。這也適用于以下考慮因素。
不同類(lèi)型的故障的邊界條件的分析表明，當(dāng)確定在估計(jì)故障電阻兩端的電壓降時(shí)確定總故障電流的對(duì)稱(chēng)分量之間的關(guān)系的分?jǐn)傁禂?shù)時(shí)，存在一定自由度。它們的選擇取決于所采用的依靠故障類(lèi)型的各個(gè)序列分量的使用偏好。在本發(fā)明實(shí)施例的所提供示例中，為了確保故障定位的高準(zhǔn)確度，故障電阻兩端的電壓降使用正和負(fù)序分量來(lái)估計(jì)。
存在相-地a-g、b-g、c-g和相-相故障a-b、b-c、c-a的分?jǐn)傁禂?shù)的兩個(gè)特性備選集合(以及其它可能集合)，如表1所示。
表1.相-地故障和相-相故障 -兩個(gè)備選的分?jǐn)傁禂?shù)集合
與上述故障類(lèi)型對(duì)照，其它情形針對(duì)其余故障類(lèi)型(相-相-地和三相對(duì)稱(chēng)故障)。情況是這樣，因?yàn)閷?duì)于這些其余故障，不存在正和負(fù)序的分?jǐn)傁禂?shù)的備選集合-如表2所示。
表2.相-相-地故障和三相故障的分?jǐn)傁禂?shù)集合。
故障類(lèi)型由下列符號(hào)表示a-g、b-g、c-g、a-b、b-c、c-a、a-b-g、a-b-c、a-b-c-g、b-c-g、c-a-g，其中字母a、b、c表示各個(gè)相，而字母g表示接地(地)，指數(shù)1表示正序分量，指數(shù)2表示負(fù)分量。
如果不存在相-地故障并且不存在相-相故障，則使用分布參數(shù)線(xiàn)路模型、從故障前狀況的電流的分析(圖2)的項(xiàng)

中的同步角δA通過(guò)以下公式來(lái)計(jì)算 其中 Z1A＝pSClA1sh_pZ′1L Y1A＝0.5pSClA1th_pY′1L Z1B＝(1-pSC)lA1sh_1-pZ′1L Y1B＝0.5(1-pSC)lA1th_1-pY′1L VA1pre，VB1pre-表示分別在端A和B所測(cè)量的電壓的故障前正序量(上標(biāo)‘pre’和下標(biāo)‘1’)， IA1pre，IB1pre-表示分別在端A和B對(duì)故障線(xiàn)路測(cè)量的電流的故障前正序量(上標(biāo)‘pre’和下標(biāo)‘1’)。
步驟104a。由于確定了同步角δA并且因此確定了同步算子

把來(lái)自站A的信號(hào)的相量與這個(gè)算子相乘。這確保在兩個(gè)線(xiàn)路端異步獲取的信號(hào)的相量的共同基準(zhǔn)。
考慮分布參數(shù)線(xiàn)路模型，應(yīng)用下列一般化故障環(huán)路模型，從而包含不同故障類(lèi)型，它通過(guò)使用適當(dāng)加權(quán)系數(shù)ai和分?jǐn)傁禂?shù)aFi來(lái)反映，它們均與故障類(lèi)型相關(guān)，其中i＝0、1、2，并且表示第i個(gè)對(duì)稱(chēng)分量，其中a1、a2、a0、am0-表3中收集的加權(quán)系數(shù)，以及aF1、aF2-表4中收集的分?jǐn)傁禂?shù)。
對(duì)于單線(xiàn)路的 對(duì)于雙電路線(xiàn)路的 其中 dLA-表示未知的假想的到故障的距離，單位為[p.u.]，其表達(dá)成與站A與串聯(lián)電容器組之間的線(xiàn)路段的長(zhǎng)度(PSCl)相關(guān)， RFA-表示未知故障電阻， a1，a2，a0，am0-表示與表3中收集的故障類(lèi)型相關(guān)的加權(quán)系數(shù)， aF1，aF2-表示與表4中收集的故障類(lèi)型相關(guān)的分?jǐn)傁禂?shù)， Z0m-零序的互耦阻抗， IAparal_0-表示在健康并聯(lián)線(xiàn)路所測(cè)量的來(lái)自站A的零序電流。
表3.組成的故障環(huán)路電壓和電流的加權(quán)系數(shù)
表4.用于計(jì)算總故障電流的分?jǐn)傁禂?shù)
將等式(7)或(8)分解為實(shí)部/虛部允許對(duì)它求出未知數(shù)dLA和RFA。例如，迭代Newton-Raphson方法可適用于其中。這種方法要求設(shè)置尋求值的起始值。這些值可設(shè)置為對(duì)于dLA為0.5[p.u.]以及對(duì)于RFA為0。
完成(7)或(8)的求解之后，與站A與B之間的整個(gè)線(xiàn)路長(zhǎng)度l相關(guān)的到故障的距離dA[p.u.]計(jì)算為 dA＝pSCdLA (9) 其中，dLA是來(lái)自等式(7)或(8)的最后一次迭代求解的結(jié)果。
步驟105a。在這個(gè)步驟，在故障階段的補(bǔ)償組的等效阻抗通過(guò)使用故障后的測(cè)量電壓和電流的值來(lái)計(jì)算。
其中 △VSC_phSUB_A，ISC_phSUB_A-表示從電壓降的第i個(gè)對(duì)稱(chēng)分量和進(jìn)入SC&MOV組的電流的第i個(gè)對(duì)稱(chēng)分量所計(jì)算的電壓和電流的相位量，其中忽略線(xiàn)路的旁路電容 -在單相-地故障的情況下出故障的相 -在相間故障的情況下出故障的相的任一相，

表示SC&MOV兩端的電壓降的第i個(gè)對(duì)稱(chēng)分量，

表示進(jìn)入SC&MOV組的電流的第i個(gè)對(duì)稱(chēng)分量，其中忽略線(xiàn)路的旁路電容， a1_，a2_，a0_-與故障類(lèi)型相關(guān)的復(fù)數(shù)系數(shù)，它們通過(guò)這樣一種方式來(lái)選取，使得在下列情況中 -單相-地故障-出故障的相，例如對(duì)于a-g故障，確定相‘a(chǎn)’中的SC&MOV的等效阻抗， -相間故障-出故障相的任一相，例如對(duì)于a-b故障，確定相‘a(chǎn)’中的SC&MOV的等效阻抗。
步驟106a。在這一階段，計(jì)算在故障前階段的補(bǔ)償組的等效阻抗 其中 步驟103b。在這個(gè)步驟，按照如下方式計(jì)算同步角 如果存在相-地故障或相-相故障，則通過(guò)根據(jù)關(guān)于故障在站B與串聯(lián)電容器和金屬氧化物變阻器裝置SC&MOV之間的線(xiàn)路段發(fā)生的假設(shè)來(lái)分析總故障電流(圖7、圖8、圖9、圖10)，通過(guò)下列公式確定項(xiàng)

中的同步角δB 其中 aF21-SET，aF1II-SET-表示與表1中收集的故障類(lèi)型相關(guān)的系數(shù)， ISC1_A-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來(lái)自站A的正序電流， ISC2_A-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來(lái)自站A的負(fù)序電流， 其中 l-表示總線(xiàn)路長(zhǎng)度， PSC-表示補(bǔ)償組(SC&MOV)遠(yuǎn)離站A安裝處的距離(p.u.)，

表示正序的線(xiàn)路的特性阻抗，

表示正序的線(xiàn)路的傳播常數(shù)， Z′1L，Y′1L-表示每個(gè)單位長(zhǎng)度的線(xiàn)路正序阻抗和導(dǎo)納。
考慮按照等式(14)和(16)確定負(fù)序量，其正和負(fù)序線(xiàn)路參數(shù)實(shí)際上是相同的。對(duì)于兩種序列，使用正序的線(xiàn)路參數(shù)(下標(biāo)1)。這也適用于以下考慮因素 -如果不存在相-地故障并且不存在相-相故障，則通過(guò)公式(6)確定項(xiàng)

中的相-地故障和相-相故障的同步角δB。
步驟104b。確定了同步角δB并且因此確定了同步算子

把來(lái)自端B的信號(hào)的相量與這個(gè)算子相乘。這確保在兩個(gè)線(xiàn)路端異步獲取的信號(hào)的相量的共同基準(zhǔn)。
考慮分布參數(shù)線(xiàn)路模型，應(yīng)用下列一般化故障環(huán)路模型，從而包含不同故障類(lèi)型，它通過(guò)使用適當(dāng)加權(quán)系數(shù)ai和分?jǐn)傁禂?shù)aFi來(lái)反映，它們均與故障類(lèi)型相關(guān)，其中a1、a2、a0、am0-表3中收集的加權(quán)系數(shù)，以及aF1、aF2-表4中收集的分?jǐn)傁禂?shù)。
對(duì)于單線(xiàn)路的 對(duì)于雙電路線(xiàn)路的 其中 dLB-表示未知的假想的到故障的距離，單位為[p.u.]，其表達(dá)成與站B與串聯(lián)電容器組之間的線(xiàn)路段的長(zhǎng)度(1-(PSC)l)相關(guān)， RFB-表示未知故障電阻， a1，a2，a0，am0-表示表3中收集的與故障類(lèi)型相關(guān)的加權(quán)系數(shù)， aF1，aF2-表示表4中收集的與故障類(lèi)型相關(guān)的分?jǐn)傁禂?shù)， Z0m-零序的互耦阻抗， IBparal_0-表示在并聯(lián)線(xiàn)路所測(cè)量的來(lái)自站B的零序電流， 將等式(17)或(18)分解為實(shí)部/虛部允許對(duì)它求出未知數(shù)dLB、RFB。例如，迭代Newton-Raphson方法可適用于那種情況。這種方法要求設(shè)置尋求值的起始值。這些值可設(shè)置為對(duì)于dLB為0.5[p.u.]以及對(duì)于RFB為0。
完成(17)或(18)的求解之后，與站A與B之間的整個(gè)線(xiàn)路長(zhǎng)度l相關(guān)的到故障的距離dB[p.u.]計(jì)算為 dB＝(1-pSC)dLB (19) 其中，dLB是來(lái)自(17)或(18)的最后一次迭代求解的結(jié)果。
步驟105B。在故障階段的補(bǔ)償組的等效阻抗通過(guò)使用故障后的測(cè)量電壓和電流的值來(lái)計(jì)算 其中 ΔVSC_phSUB_B，ISC_phSUB_A-表示從電壓降的第i個(gè)對(duì)稱(chēng)分量和進(jìn)入SC&MOV組的電流的第i個(gè)對(duì)稱(chēng)分量所計(jì)算的電壓和電流的相位量，其中忽略線(xiàn)路的旁路電容 -在單相-地故障的情況下出故障相， -在相間故障的情況下出故障相的任一相， a1_，a2_，a0_-表示與故障類(lèi)型相關(guān)的復(fù)數(shù)系數(shù)，它們通過(guò)這樣一種方式來(lái)選取，使得在下列情況中 -單相-地故障出故障的相，例如對(duì)于a-g故障，確定相‘a(chǎn)’中的SC&MOV的等效阻抗， -相間故障出故障相的任一相，例如對(duì)于a-b故障，確定相‘a(chǎn)’中的SC&MOV的等效阻抗，

表示對(duì)于第i個(gè)對(duì)稱(chēng)分量的SC&MOV兩端的電壓降，

表示進(jìn)入SC&MOV組的電流的第i個(gè)對(duì)稱(chēng)分量，其中忽略線(xiàn)路的旁路電容。
步驟106b。在這一階段，如同步驟106a那樣，計(jì)算在故障前階段的補(bǔ)償組的等效阻抗 步驟107。在這個(gè)步驟，生成最終結(jié)果的選擇。
首先，檢查特定子例程I和子例程II是否產(chǎn)生段范圍之內(nèi)的到故障的距離以及故障電阻是否具有正值。如果情況不是這樣(如果所確定的到故障的距離位于段范圍之外和/或故障電阻為負(fù)值)，則拒絕這種子例程。
隨后，檢查補(bǔ)償組SC&MOV的所估計(jì)等效電路的特征“real”和“imag”。
如果滿(mǎn)足下列相關(guān)性 和 這表示在站A與SC&MOV組之間已經(jīng)發(fā)生故障，并且結(jié)果 dA-表示從站A一直數(shù)到故障點(diǎn)F(圖1)到故障的距離(p.u.)， RFA-故障電阻， 是有效結(jié)果，即，與實(shí)際故障情況一致。
如果滿(mǎn)足相反相關(guān)性 和 這表示在站B與SC&MOV組之間已經(jīng)發(fā)生故障，并且結(jié)果 dB-表示從站B一直數(shù)到故障點(diǎn)F(圖1)的到故障的距離(p.u.)， RFB-故障電阻， 是有效結(jié)果，即，與實(shí)際故障情況一致。
觀(guān)察到，dA或dB的選擇與串聯(lián)電容的狀態(tài)和/或值無(wú)關(guān)。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)兩端非同步測(cè)量的串聯(lián)補(bǔ)償輸電線(xiàn)中的故障定位的方法，其中到故障的距離以及故障電阻通過(guò)在故障發(fā)生之前和之后在站(A)和(B)中的電壓和電流值測(cè)量來(lái)確定，其特征在于，如果故障在站A與串聯(lián)電容器和金屬氧化物變阻器裝置SC&MOV之間的線(xiàn)路段LA中發(fā)生，則故障定位的距離(dA)通過(guò)以下來(lái)確定
-確定是相-地故障或相-相故障或者不是相-地故障或相-相故障的已知類(lèi)型的所述故障的項(xiàng)
中的同步角(δA)，
-然后考慮分布參數(shù)線(xiàn)路模型，并且求解公式
dA＝pSCdLA
其中
PSC-表示補(bǔ)償組(SC&MOV)遠(yuǎn)離站A安裝處的每單位總線(xiàn)路長(zhǎng)度l的距離(p.u.)，
dLA-表示假想的到故障的距離，其表達(dá)成與長(zhǎng)度PSCl相關(guān)，其值使用已知迭代法通過(guò)求解以下故障環(huán)路公式來(lái)接收
對(duì)于單線(xiàn)路的
對(duì)于雙電路線(xiàn)路的
其中
RFA-表示未知故障電阻，
a1，a2，a0，am0-表示與故障類(lèi)型相關(guān)的加權(quán)系數(shù)，
Mi-表示正和負(fù)序的數(shù)值分量，
aF1，aF2-表示與故障類(lèi)型相關(guān)的分?jǐn)傁禂?shù)，
Z0m-零序的互耦阻抗，
IAparal_0-表示在健康并聯(lián)線(xiàn)路所測(cè)量的來(lái)自所述站A的零序電流，
-然后，通過(guò)使用故障后的測(cè)量電壓和電流來(lái)計(jì)算故障階段的補(bǔ)償組的等效阻抗(ZSC1_phSUB_A)，并且計(jì)算故障前的補(bǔ)償組的等效阻抗(ZSC1_pre)，以便確定最終結(jié)果(dA)，它通過(guò)以下步驟來(lái)選擇
-首先，檢查所述故障電阻(RFA)是否具有正值，以及如果不是，則拒絕這個(gè)子例程，
-隨后，檢查補(bǔ)償組SC&MOV的所估計(jì)等效電路的特征“real”和“imag”，以及如果它的每個(gè)滿(mǎn)足下列相關(guān)性
和
則
所述故障在所述站A與所述SC&MOV組之間發(fā)生，并且所述結(jié)果(dA)為有效結(jié)果。
2.一種通過(guò)兩端非同步測(cè)量的串聯(lián)補(bǔ)償輸電線(xiàn)中的故障定位的方法，其中到故障的距離以及故障電阻通過(guò)在故障發(fā)生之前和之后在站(A)和(B)中的電壓和電流值測(cè)量來(lái)確定，其特征在于，如果故障在站B與串聯(lián)電容器和金屬氧化物變阻器裝置SC&MOV之間的線(xiàn)路段LB中發(fā)生，則故障定位的距離(dB)通過(guò)以下來(lái)確定
-確定是相-地故障或相-相故障或者不是相-地故障或相-相故障的已知類(lèi)型的所述故障的項(xiàng)
中的同步角(δB)，
-然后考慮分布參數(shù)線(xiàn)路模型，并且求解公式
dB＝(1-pSC)dLB
其中
(1-PSC)-表示所述補(bǔ)償組(SC&MOV)遠(yuǎn)離所述站B安裝處的每單位總線(xiàn)路長(zhǎng)度l的距離(p.u.)，
dLB-表示假想的到故障的距離，其表達(dá)成與長(zhǎng)度(1-PSCl)相關(guān)，其值使用已知迭代法通過(guò)求解以下故障環(huán)路公式來(lái)接收
對(duì)于單線(xiàn)路的
對(duì)于雙電路線(xiàn)路的
其中
RFB-表示未知故障電阻，
Mi-表示正和負(fù)序的數(shù)值系數(shù)，
a1，a2，a0，am0-表示與故障類(lèi)型相關(guān)的加權(quán)系數(shù)，
aF1，aF2-表示與故障類(lèi)型相關(guān)的分?jǐn)傁禂?shù)，
Z0m-零序的互耦阻抗，
IBparal_0-表示在健康并聯(lián)線(xiàn)路所測(cè)量的來(lái)自所述站B的零序電流，
-然后，通過(guò)使用故障后的測(cè)量電壓和電流來(lái)計(jì)算故障階段的補(bǔ)償組的等效阻抗(ZSC1_phSUB_B)，并且計(jì)算故障前的補(bǔ)償組的等效阻抗(ZSC1_pre)，以便確定最終結(jié)果(dB)，它通過(guò)以下來(lái)選擇
-首先，檢查故障電阻(RFB)是否具有正值，以及如果不是，則拒絕這個(gè)子例程，
-隨后，檢查補(bǔ)償組SC&MOV的所估計(jì)等效電路的特征“real”和“imag”，以及如果滿(mǎn)足下列相關(guān)性
和
則故障在站B與所述SC&MOV組之間發(fā)生，并且所述結(jié)果(dB)為有效結(jié)果。
3.如權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，由下列公式確定相-地故障或相-相故障的項(xiàng)
中的同步角(δA)
其中
下標(biāo)ph-g表示相-地故障a-g、b-g、c-g，而下標(biāo)ph-ph表示相-相故障a-b、b-c、c-a，
aF2I-SET，aF1II-SET-表示與故障類(lèi)型相關(guān)的系數(shù)，
ISC1_B-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來(lái)自所述站B的正序電流，
ISC2_B-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來(lái)自所述站B的負(fù)序電流。
NA1，NA2-表示與在站A分別所取的正和負(fù)序電流和電壓以及線(xiàn)路的參數(shù)相關(guān)的系數(shù)。
4.如權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，由下列公式來(lái)確定不是相-地故障也不是相-相故障的所述故障的項(xiàng)
中的同步角(δA)
其中
VA1pre，VB1pre-表示分別在端A和B所測(cè)量的電壓的故障前正序量(上標(biāo)‘pre’和下標(biāo)‘1’)，
IA1pre，IB1pre-表示分別在端A和B對(duì)出故障線(xiàn)路所測(cè)量的電流的故障前正序量(上標(biāo)‘pre’和下標(biāo)‘1’)，
Z1A，Y1A-表示線(xiàn)路段LA的阻抗和導(dǎo)納，
Z1B，Y1B-表示線(xiàn)路段LB的阻抗和導(dǎo)納，
LA-是線(xiàn)路站A與串聯(lián)電容器組之間的線(xiàn)路部分
LB-是線(xiàn)路站B與串聯(lián)電容器組之間的線(xiàn)路部分。
5.如權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，由下列公式來(lái)確定相-地故障或相-相故障的項(xiàng)
中的同步角(δB)
其中
aF2I-SET，aF1II-SET-表示與故障類(lèi)型相關(guān)的系數(shù)，
ISC1_A-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來(lái)自所述站A的正序電流，
ISC2_A-表示到串聯(lián)電容器組SC&MOV的分析轉(zhuǎn)移之后來(lái)自站A的負(fù)序電流，
NB1，NB2-表示與在站B分別所取的正和負(fù)序電流和電壓以及線(xiàn)路的參數(shù)相關(guān)的系數(shù)。
6.如權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，由下列公式來(lái)確定不是相-地故障也不是相-相故障的所述故障的項(xiàng)
中的同步角(δB)
其中
VA1pre，VB1pre-表示分別在端A和B所測(cè)量的電壓的故障前正序量(上標(biāo)‘pre’和下標(biāo)‘1’)，
IA1pre，IB1pre-表示分別在端A和B對(duì)出故障線(xiàn)路所測(cè)量的電流的故障前正序量(上標(biāo)‘pre’和下標(biāo)‘1’)，
Z1A，Y1A-表示線(xiàn)路段LA的阻抗和導(dǎo)納，
Z1B，Y1B-表示線(xiàn)路段LB的阻抗和導(dǎo)納，
LA-是線(xiàn)路站A與串聯(lián)電容器組之間的線(xiàn)路部分
LB-是線(xiàn)路站B與串聯(lián)電容器組之間的線(xiàn)路部分。
7.一種保護(hù)繼電器，其配備有故障定位器(FL)，所述故障定位器(FL)包括用于執(zhí)行如權(quán)利要求1至8中的至少任一項(xiàng)所述的步驟的部件。
8.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括計(jì)算機(jī)程序代碼，它在運(yùn)行于計(jì)算裝置上時(shí)執(zhí)行如權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的方法的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用兩端非同步測(cè)量的串聯(lián)補(bǔ)償輸電線(xiàn)上的故障定位方法，在電力行業(yè)以及無(wú)補(bǔ)償和串聯(lián)補(bǔ)償?shù)母呒軅鬏斁€(xiàn)方面得到應(yīng)用。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，到故障的距離以及故障電阻通過(guò)在故障發(fā)生之前和之后在站A和B中的電壓和電流值測(cè)量來(lái)確定(101)，包括以下步驟根據(jù)故障在站A與串聯(lián)電容器和金屬氧化物變阻器裝置SC&MOV之間的線(xiàn)路段LA中發(fā)生的假設(shè)以及根據(jù)故障在站B與串聯(lián)電容器和金屬氧化物變阻器裝置SC&MOV之間的線(xiàn)路段LB中發(fā)生的假設(shè)，在第一情況(段LA的故障)下確定(103a)項(xiàng)ejδA中的同步角δA，在第二情況(段LB的故障)下確定(103b)項(xiàng)ejδB中的同步角δB；然后考慮分布參數(shù)線(xiàn)路模型，通過(guò)下列公式來(lái)確定(104a，104b)到故障的距離(dA)或(dB)dA＝PSCdLA，dB＝(1-PSC)dLB，其中dLA、dLB-表示假想的到故障的距離，其表達(dá)成與長(zhǎng)度(PSCl)相關(guān)，其值通過(guò)已知迭代方法來(lái)接收；然后，通過(guò)使用故障后的測(cè)量電壓和電流來(lái)計(jì)算(105a，105b)故障級(jí)的補(bǔ)償組的等效阻抗(公式(I)和(II))，并且計(jì)算(106a，106b)故障前的補(bǔ)償組的等效阻抗(ZSCl_pre)，以便確定哪一個(gè)距離(dA)或(dB)是最終結(jié)果。
文檔編號(hào)G01R31/08GK101828119SQ200880113399
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2008年10月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日
發(fā)明者P·巴爾塞雷克, M·富爾齊克, E·羅索洛夫斯基, J·伊齊科夫斯基, M·薩哈 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司