基于分布式参数的双端测距优化算法

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(1.泰州供电公司，江苏 泰州 225300；2.长园深瑞继保自动化有限公司，广东 深圳 518057)

0 引 言

随着工业的不断发展，电能作为一种清洁的二次能源在现在能源应用中的比例越来越高，成为人类正常生活、生产的重要保证。而输电线路担负着传送电能的重任，是电力系统安全运行的大动脉。当输电线路发生永久性故障时，系统正常工作状态遭到破坏，这时需要迅速地找到并排除故障，排除永久性故障的时间越长，对整个系统稳定运行的危害越大。由此提出了故障测距的研究课题，利用自动程序进行运算，快速地发现人工难以发现的隐秘故障，帮助系统工作人员及时地找到并排除故障，具有巨大的实际应用价值[1]。

故障测距可简单地分为单端算法和双端算法。由于单端算法只采用线路一端的交流量进行测距计算，在理论上无法避免过渡电阻、系统允许方式及分布电容等带来的测距误差，而且单端测距算法主要采用的阻抗法和故障分析法需要一定的系统允许方式假定为前提，各参数大多取线路参数近似值，方程计算精度低，导致故障测距的结果不准确。由于通信技术发展，目前线路差动保护应用越来越广泛，利用差动保护实现双端故障定位成为可能。基于线路差动保护装置研究了一种高精度的双端测距算法，并从电压电流的精确测量、差动保护同步精度的改进和线路参数的对称度等方面对算法进行了改进，最终完成了测距算法在差动保护装置中的集成实现，具有较强实用性和精确度。EMTP仿真结果及RTDS动模实验结果表明，算法的测距结果具有较高的精度。

1 算法基本理论

图1是一个长线路的均匀分布参数模型，考虑了导纳和阻抗的分布情况，将均匀传输导线设想为许多无穷小的长度元dx组成，每一长度元dx都具有电阻、电感、电容和电导。

图1 集中参数的输电线路等值电路

其中单位长度的阻抗和导纳分别为

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

对于长线路来说，不能忽略线路电导、电纳，即有

若线路发生单相接地故障，系统示意图如图2所示。

图2 单相接地故障

分析单相接地故障中各故障分量有M侧母线测量点电压，结合阻抗分析有

(1)

对于不能忽略线路电导、电纳的长线路来说，等值电路如图3所示。

从表1中可以看出，精矿铁品位62.19%，产率39.37%；次精铁品位44.16%，产率18.63%；尾矿铁品位8.49%。次精矿产率高，接近精矿产率的一半，增加了进一步处理(反浮选或离心机重选提质降硅)的难度及强度。

图3 长线路等值模型

结合图3对式(1)进行故障分量运算可得

(2)

化简有

(3)

可得

(4)

展开方程可得

(5)

解此一元二次方程，得到一个根(根据0≤α≤1去掉一个伪解)即为测距结果。

2 测距算法的验证

2.1 EMTDC仿真验证

针对分布参数的测距方案，采用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件搭建仿真模型。仿真系统采用长度为200 km的典型双端220 kV系统模型，如图4所示。

测试结果见表1～表4。

通过各因素条件下，双端测距优化算法的仿真结果分析可知，双端测距优化算法不受故障位置等各因素影响，具有较高的精确性，能够方便准确地应用于差动保护装置。

2.2 RTDS仿真验证

在长园深瑞的光纤分相纵差成套保护装置PRS-753S上实现了双端测距优化算法，实现了分布参数的双端测距方案。搭建RTDS试验采用的是双回线模型，线路全长200 km，具体模型如图5所示。

测试结果见表5～表7。

由表5～表7分析可知，针对各种影响因素，基于光纤差动保护装置的双端测距优化算法都具有较高精度。

图4 EMTDC仿真模型

表1 A相金属性接地短路故障分析故障位置因素

表2 线路50%处发生接地短路故障分析故障类型因素

表3 50%线路处A相接地故障接地电阻影响分析

表4 两侧电源相角差的影响分析

表5 参数对称传输情况下的简单金属性瞬时短路故障

表6 参数不对称传输情况下的简单金属性瞬时短路故障

表7 参数对称传输情况下的高阻接地故障

图5 试验模型

3 结 语

针对提出的双端测距优化算法进行了PSCAD仿真分析，搭建长度为200 km的典型双端220 kV系统模型，利用差分算法后用全波傅氏提取基波相量以进行双端测距优化算法的计算。仿真结果充分地证明了双端测距优化算法的正确性和稳定性，并详细分析了可能对线路故障测距结果产生影响的各类因素对算法的影响情况。最后的仿真实验结果表明，故障位置、故障类型、过渡电阻、两侧系统阻抗以及两侧电源相角差等因素都不会对双端测距优化算法的结果精度产生影响。在长园深瑞的光纤分相纵差成套保护装置PRS-753S上实现了双端测距优化算法，证明了理论的正确性。

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