基于分布式參數的雙端測距優化算法

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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

隨著工業的不斷發展，電能作為一種清潔的二次能源在現在能源應用中的比例越來越高，成為人類正常生活、生產的重要保證。而輸電線路擔負著傳送電能的重任，是電力系統安全運行的大動脈。當輸電線路發生永久性故障時，系統正常工作狀態遭到破壞，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，對整個系統穩定運行的危害越大。由此提出了故障測距的研究課題，利用自動程序進行運算，快速地發現人工難以發現的隱秘故障，幫助系統工作人員及時地找到并排除故障，具有巨大的實際應用價值[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行測距計算，在理論上無法避免過渡電阻、系統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允許方式假定為前提，各參數大多取線路參數近似值，方程計算精度低，導致故障測距的結果不準確。由于通信技術發展，目前線路差動保護應用越來越廣泛，利用差動保護實現雙端故障定位成為可能。基于線路差動保護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、差動保護同步精度的改進和線路參數的對稱度等方面對算法進行了改進，最終完成了測距算法在差動保護裝置中的集成實現，具有較強實用性和精確度。EMTP仿真結果及RTDS動模實驗結果表明，算法的測距結果具有較高的精度。

1 算法基本理論

圖1是一個長線路的均勻分布參數模型，考慮了導納和阻抗的分布情況，將均勻傳輸導線設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。

圖1 集中參數的輸電線路等值電路

其中單位長度的阻抗和導納分別為

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、電納，即有

若線路發生單相接地故障，系統示意圖如圖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側母線測量點電壓，結合阻抗分析有

(1)

對于不能忽略線路電導、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%，產率39.37%；次精鐵品位44.16%，產率18.63%；尾礦鐵品位8.49%。次精礦產率高，接近精礦產率的一半，增加了進一步處理(反浮選或離心機重選提質降硅)的難度及強度。

圖3 長線路等值模型

結合圖3對式(1)進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0≤α≤1去掉一個偽解)即為測距結果。

2 測距算法的驗證

2.1 EMTDC仿真驗證

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

測試結果見表1～表4。

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

2.2 RTDS仿真驗證

在長園深瑞的光纖分相縱差成套保護裝置PRS-753S上實現了雙端測距優化算法，實現了分布參數的雙端測距方案。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，基于光纖差動保護裝置的雙端測距優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 兩側電源相角差的影響分析

表5 參數對稱傳輸情況下的簡單金屬性瞬時短路故障

表6 參數不對稱傳輸情況下的簡單金屬性瞬時短路故障

表7 參數對稱傳輸情況下的高阻接地故障

圖5 試驗模型

3 結 語

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

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

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