一种适用于同塔双回线路的双端故障测距方法

石恒初，卢佳，杨远航，杨桥伟，游昊，赵明，解良，朱青成

（1.云南电力调度控制中心，昆明 650011；2. 云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217）

0 前言

目前输电线路故障测距算法从原理上主要分为单端测距法和双端测距法。单端测距法仅利用线路一端的电气量，虽易于实现，但是一般情况下要作一些假设或近似处理，以消除过渡电阻和系统阻抗对测距记过的影响，测距精度无法满足要求[1-3]。利用多源数据融合故障全量[4-7]的双端测距方法克服了上述弊端，具有较高的测距精度。但是，双端测距法依旧存在一些尚待解决的不足。例如，同塔双回的输电线路由于受到零序互感、故障分量中谐波的影响，会导致测距结果有误差；故障前期谐波分量、故障后期线路两侧开关动作不一致导致采取不同故障时间下的故障量求得的测距结果也不一致[8-12]。

为此，本文提出利用故障正、负序分量的测距方法。依据线路两侧同步采集得到的三相故障电压、电流采样瞬时值，依次滑动数据窗提取线路两侧三相正序电压、电流和负序电压、电流，求出不同数据窗下故障点至两侧正负阻抗值，再对求得的正、负阻抗值进行数据处理以提高测距准确性。

1 故障正、负序分量提取

由电工基本原理得到，一组不对称的三个电气量可分解为正序、负序和零序三组电气分量[9]。

1.1 对称分量法

根据对称分量法，故障后电气量分解为正序、负序、零序分量，如图1所示。

图1 对称分量法示意图

令A相为基准相时，可提取出故障正、负序电压、电流分量：

1.2 故障正、负序分量提取

基于两侧录波数据同步，根据全波傅氏算法，以一个工频周期为时长的数据采样窗进行分析计算：将故障发生时刻开始后第一个采样点作为第一个数据窗起点，利用此数据窗内M侧、N侧的三相电压、电流录波数据，通过对称分量法提取M侧、N侧的三相正序电压电流和负序电压电流：

以某线路A相接地故障后，线路两侧录波故障相电压、电流波形如图2所示。

图2 线路两侧录波故障相电压、电流波形

在第一个数据窗内，通过全波傅氏算法提取出M侧、N侧的三相电压电流相量，再通过对称分量法得到M侧、N侧的三相正序电压电流和负序电压电流。

图3 两侧故障录波数据同步后第一个数据窗内采样

2 正、负序阻抗求取及数据处理

根据电力系统分析理论可知，电力系统各元件参数可认为是线性的，故可利用叠加原理，从而形成正序网络、负序网络。

2.1 正、负序阻抗求取

利用正序和负序故障序网，计算出故障位置距M侧的第一组正、负序阻抗结果ZM1（1）、ZM2（1）：

图4 正序和负序故障序网

2.2 正、负序阻抗数据处理

由于故障前期自由分量、故障后期线路两侧开关动作时间不一致的影响，导致故障前、后期求出的ZM1、ZM2误差较大，逐一滑动采样点数据窗可求出一系列故障点至线路两侧正负阻抗值，采用处理后的正、负序分量计算故障距离不仅避免了同塔线路零序互感对测距结果的影响，并且去除了故障分量中谐波的影响，提高了故障测距的精度。

以故障发生时刻开始后第二个采样点作为第二个数据窗起点，计算出故障位置距M侧的第二组正、负序阻抗结果ZM1（2）、ZM2（2），以此类推，以故障发生时刻开始后第i个采样点作为第i个数据窗起点，计算出故障位置距M侧的第i组正、负序阻抗结果ZM1（i）、ZM2（i）；最后，以一侧开关跳开时刻前一个采样点作为最后一个数据窗终点，计该数据窗为第N个数据窗，1≤i≤N，计算出故障位置距M侧的第N组正、负序阻抗结果ZM1（N）、ZM2（N）；

用ZM1（i）、ZM2（i）虚部除以单位公里的正序电抗的x1求取分别对应的故障位置距M侧距离LM1（i）、LM2（i）：

对求得的LM1（i）、LM2（i）进行数据处理，求取距M侧故障距离LM和距N侧故障距离LN：

1）对LM1（i）、LM2（i）四舍五入求取整数，得到L’M1（i）、L’M2（i），1≤i≤N；求取所有L’M1（i）、L’M2（i）的众数L’M；

2）以众数L’M为中心，筛选出其±偏差内的所有距M侧故障距离原始数据值LM1、LM2共m个；

3）对m个距M侧故障距离LM1、LM2数据值求取平均值作故障位置距M侧距离LM；

4）计算出距N侧故障距离LN，计算公式为：LN=L-LM；其中，LN为距N侧故障距离，L为线路全长，LM为距M侧故障距离。

3 方法验证

以某线路A相接地短路故障为例，实现两侧故障录波测距，验证本文所述方法。

线路两侧录波故障相电压、电流、零序电流如图5所示。

图5 线路两侧故障相电压、电流录波

对两侧录波进行同步，同步结果如图6所示。

图6 两侧故障相电流录波同步结果

1）基于线路两侧同步采集得到的三相故障电压、电流采样瞬时值，在以一个工频周期（20 ms）为长度的一个数据窗内，利用对称分量法提取线路两侧三相正序电压电流和负序电压电流；

2）利用任一相的正序和负序故障网络，求出该数据窗下的故障点至两侧正负阻抗值，并以此类推从故障起始时刻（0 ms）至线路一侧开关断开时刻（47 ms）期间，逐一采样点滑动数据窗可求出故障点至线路M侧正负阻抗测距值共56个，结果如表1（单位：公里）：

表1 故障时间内故障点至线路M侧正负阻抗测距值（ km）

3）对这56个正负阻抗测距值进行数据处理，得到测距结果：

a．四舍五入求取整数部分得到如表2所示结果：

b．显然地，56个数据值中众数为42；

c．以众数42为中心，筛选出其±0.5公里误差内的所有距M侧故障距离原始数据值共26个，如表3：

表3 筛选后距M侧故障距离原始数据值

d．对26个距M侧故障距离数据值求取平均值作故障位置距M侧距离LM：LM=42.06（公里）。

4）本实例采用保护装置测距得到的结果为：LBM=38.5公里（距M侧）；

5）本实例最终故障线路巡线结果为：LXM=41.95公里（距M侧）。

可以看出，利用故障正负序分量的输电线路两侧故障录波测距精度较高，具有工程应用价值。

4 结束语

本文提出利用故障正负序分量的输电线路两侧故障录波测距方法。该方法首先将两侧故障录波数据进行同步，通过全波傅氏计算法提取故障正、负序电压电流相量，根据故障正序网络、负序网络图求取故障正、负序阻抗值，再对正、负阻抗值进行数据处理得到故障测距结果。实际故障录波测距案例验证了本文所提方法的有效性。