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申请/专利权人：天津大学

摘要：本发明涉及适用于输电线路经过渡电阻单相接地故障的单端量测距方法，该方法研究了输电线路发生经过渡电阻单相接地故障时，实现单端量精确测距的必要条件；基于单端量精确测距的必要条件以及故障分量网络的等效电路结构，研究了能够在存在过渡电阻时实现单端量精确故障测距的新方法，并且考虑线路电容对测距的影响；该发明方法能够实现输电线路发生单相接地故障时的单端量精确测距，具有较强的耐过渡电阻能力。

主权项：1.一种适用于输电线路经过渡电阻单相接地故障的单端量测距方法，其特征在于：所述方法的步骤为：S1：分析单端量测距原理及故障分量图，研究双端系统中单端量精确测距的必要条件，双端系统输电线路发生单相非金属性接地故障时，输电线路两侧分别为M侧等效系统与N侧等效系统，以M侧电气量为例进行单端量测距，设定m点为电气量测量点，线路总长为lkm，在距M侧系统xkm处的线路上发生经过渡电阻Rg的A相接地故障，其中，Zs为线路每千米的单位自阻抗，线路间耦合关系以耦合波浪线表示，并设线路每千米的单位互阻抗为Zm；为消除故障状态下负荷电流的影响，采用故障分量进行故障测距方法的研究，利用故障状态分解建立在发生A相非金属接地故障时，建立故障附加状态下的故障分量网络，其中，和分别为故障后测量点的电压变化量和电流变化量，可知B相线路与C相线路的电气量满足式1和式2， 将含有过渡电阻的接地故障支路等效为一个工频恒流源其电流方向为从故障接地点流入故障分量网络，同时设为恒流源两侧的电压，将故障附加状态下的故障分量网络中的3个接地点合并为一个接地点，则可得到故障分量网络的等效电路，选取4条独立回路l1＝b1b3b6、l2＝b2b3b6、l3＝b4b6和l4＝b5b6列写回路电流方程如式3所示， 式3所示的方程组并结合式1和式2所示的B相与C相的电流电压关系，可以发现方程③与方程④是线性相关的，因此，方程组中含有5个未知数，分别为：分别是恒流源两侧的电压恒流源的电流N侧系统正序内阻抗ZN1、N侧系统中性点等效对地阻抗ZNg和故障距离x,根据数学中解方程组的理论可知，由于未知数个数多于独立方程的个数，则无法求解故障距离x，这便是在理论层面上，导致发生单相非金属性接地故障时，单端量测距方法无法实现精确测距的根本原因；由于未知数和与故障类型和故障位置有关，无法进行估算，因此，只有当N侧系统的正序内阻抗ZN1和中性点等效对地阻抗ZNg得到时，才可实现故障距离x的精确求解；S2：式3所示的方程组中的方程②③④一同构成了ABC三相的相量方程组，利用相序变换公式将相量方程组转换为正序方程和零序方程构成的序量方程组如式4所示： 由于，线路的单位正序阻抗Zl1和单位零序阻抗Zl0与线路的单位自阻抗互阻抗之间满足式5所示的关系， 将式5带入式4中，化简可得如式6所示的方程组， 由式6中的正序方程可得到的表达式如式7所示， 再将式7带入到式6中的零序方程并进行化简处理，可得故障距离x的表达式如式8所示， 其中，参数k1-k4的表达式如式9所示， 通过上述分析可知，在不同故障情况下可以得到式9中参数k1～k4为复数形式下的已知量，因此故障距离x的求解实际上是两个已知复数作除法所得到的比值，经复数除法后得到的故障距离x一般为复数形式，故将复数形式下故障距离x的模值作为最终的测距结果如式10所示： S3：采用与双端系统输电线路发生单相非金属性接地故障一致的输电系统等效模型，在考虑电缆输电线路对地电容时，采用线路的π型等效模型，则发生A相非金属性接地故障时的等效电路，定义Cl表示电缆输电线路的单位长度对地电容，则线路经π型等效后的对地电容值，其余在双端系统输电线路发生单相非金属性接地故障中出现过的物理量定义不变，电缆输电线路等效对地电容上所产生的电流如式11所示，其中ω为角频率， 根据式11所示，可知电缆输电线路经π型等效后将产生6个对地电容电流，除了N侧A相电缆输电线路上的对地电容电流以外，其余的对地电容电流均可利用线路参数和测量量通过式11计算得到，而由于对地电容电流中含有变量和x，所以无法只通过电缆线路参数和测量量得到，因此需要先利用步骤S2中的式7和式10求解出不考虑线路电容时和x的值，并将其作为近似准确值带入式11中，即可得到对地电容电流的值，经过上述求解过程，可得到6个对地电容电流值；按照步骤S1中电路等效方法，列出考虑电缆输电线路对地电容时故障分量网络的等效电路，根据步骤S1列方程组的经验，选取回路l1＝b2b3b6、l2＝b4b6和l3＝b5b6列写ABC三相相量形式下的回路电流方程如式12所示， 其中，为电缆输电线路经π型等效后所产生的6个对地电容电流之和，如式13所示， 同理，根据相序变换公式以及式5所示的线路阻抗关系式，可由式12得到正序和零序方程构成的方程组如式14所示， 其中，和分别为M侧和N侧的对地正序和零序电容电流，其表达式如式15所示， 由式15中的正序方程可得到的表达式如式16所示， 再将式16带入到式14中的零序方程并进行化简处理，可得故障距离x的表达式如式17所示， 其中，参数h1～h4的表达式如式18所示， 通过式18并结合步骤S2的分析可以看出，式中各变量均为已知量，则在不同故障情况下均可以得到参数h1～h4为复数形式下的已知量，同理，取模值后即可得到故障距离x，如式19所示，

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