耦合雙回輸電線故障測距方法研究
1 引言
同塔架設的平行雙回線具有出線走廊窄、占地少、建設速度快等優點。在我國220kV系統中雙回線占有一定比例，云南昆明電網中雙回線約占1/3。雙回線的選相和測距有其特殊性，眾多學者做了卓有成就的研究［1～4］，文獻［3，4］報道了雙回線路跨線故障測距的單側工頻量方法，雙回線的選相和測距原理和方法已基本形成。
理論和實踐表明，利用單側工頻量定位雙端電源的長輸電線短路點的故障測距算法，當故障位于半線長以遠后，其測距精度無法保證。其主要原因為：①過渡電阻；②線路分布電容；③對側系統運行阻抗變化等。隨著電力通信技術的發展，利用兩端信息的測距算法相繼提出［5～7］，這類測距算法主要有兩種，一種是利用近端電壓電流和對端電流工頻量［5］，另一種是利用兩測電壓電流工頻量［6，7］，其中兩側數據不必采樣同步或采樣同步化處理［7］的測距算法將更具應用前景。本文研究同塔雙回線準確故障測距的兩側工頻量方法。
2 雙回線波參數及其相序變換
對稱耦合雙回線路采用下列變換矩陣
?。?a）
?。?b）
?。?c）
其中，式（1b）可將對稱雙回線去耦，式（1a）可將雙回線的Ⅰ回線和Ⅱ回線的正負序上去耦而零序間仍相耦合。由式（1a）和（1b）進行電學量的相序變換記為
col［E（p），p=a，b，c，a′，b′，c′］
col［E（s），s=0，1，2，0′，1′，2′］ ?。?a）
和
col［E（p），p=a，b，c，a′，b′，c′］
col［E（s），s=T0，T1，T2，F0，F1，F2］ （2b）
其中，abc和a′b′c′分別表示Ⅰ回線和Ⅱ回線的各相，012和0′1′2′分別為Ⅰ回線和Ⅱ回線所對應的零、正、負序，在線路參數上Ⅰ回線和Ⅱ 回線的零序間仍相耦合而正、負序上相互獨立。T012和F012分別表示同序量和反序量的零正負序，對稱六相的同序、反序各量間相互獨立。
設消去避雷線后對稱六相兩個單回的自、互阻抗和導納分別為zs,m和ys,m，兩個單回之間的互阻抗和導納分別為z′m和y′s,m，則各序量上傳播常數和特征阻抗分別為
γs=［（zs-zm）（ys-ym）］1/2
s=1,2,1′,2′，T1，T2，F1，F2 ?。?a）
γT0=［（zs+2zm+3z′m）（ys+2ym+3y′m）］1/2 ?。?b）
γF0=［（zs+2zm-3z′m）（ys+2ym-3y′m）］1/2 ?。?c）
和 Zcs=［（zs-zm）/（ys-ym）］1/2
s=1,2,1′,2′，T1，T2，F1，F2 ?。?a）
ZCT0=［（zs+2zm+3z′m）（ys+2ym+3y′m）］1/2 ?。?b）
ZCF0=［（zs+2zm-3z′m）（ys+2ym-3y′m）］1/2 ?。?c）
3 反序電流非零的故障測距
先以式（1b）引入正序（T012）和反序（F012）的變換，用以判別故障類型。本文將雙回線上可能的120種短路分為反序電流為零和非零兩類故障。故障分析和計算表明，反序電流為零的故障為如下同名相跨線故障：①象AA′型故障不但反序電流為零，而且與負荷狀態相同，電氣上無法區分；②象AA′ -G型、BCB′C′型、ABCA′B′C′和ABCA′B′C′-G故障，單同名相上所掛過渡阻抗等時，反序電流為零。反序電流非零的故障為：①單回上的任意短路；②非同名相跨線故障，如AA′B′-G等；③同名相跨線但同名相上過渡阻抗非對稱的跨線故障。利用式（1b）計算T012和F012六序電流，如果
max［｜Is｜，s=F0,F1,F2］≤Iε
則為反序電流為零的同名且過渡阻抗對稱的跨線故障，其中，Iε為浮動門限（大電源側）或固定門限（饋線）。
以下介紹反序電流非零故障測距三種算法，雙回線及其故障同、反序分布參數網絡如圖1，由故障分析知，任何反序電流非零的故障均有F1序分量，下列三種算法均利用F1序分量。
圖1 耦合雙回線及其同反序網絡
Fig.1 Coupled double-circuit line and superimposed
T012 and F012 sequence circuit
算法1
由圖1c可建構反序電流非零故障定位函數和定位方程分別為
MF（x）=｜I（s）Mshγsx｜-｜I（s）Nshγs（l-x）｜
s=F1 ?。?a）
和
MF（x）=0 （5b）
其中，｜＊｜為取模算子。利用MF（x）=0定位AB′故障時，其定位函數曲線如圖2所示，其中，為了將諸曲線置同一坐標上，業已將縱軸上的值作線形處理。其余反序電流非零故障的曲線與圖2類似。觀察式（5）可知，MF（x）函數關于x的非線性較弱，可以證明，對于實際長輸電線路MF（x）=0無偽根問題。因為建構測距方程時，對故障點兩側電壓取模運算，輸入MF（x）=0方程的兩側電流則不必采樣同步或采樣同步化處理。
圖2 MF（x）定位函數曲線
Fig.2 Curve of fault location MF（x）
算法2
將shγsx≈γsx和shγs（l-x）≈γs（l-x）近似關系代入式（5），因為F012序量上Z（F012）M,N的恒為零，所以這種近似處理等價于不考慮線路分布電容，此時MF（x）=0方程簡化為測距公式
x=l/（1+｜IM（s）｜/｜IN（s）｜） s=F1 ?。?）
由故障定位近似公式（6）計算AB′故障時，故障點xf從x=0移至x=l，全線長范圍之內的定位絕對誤差曲線如圖3所示（Δx=x＊f- xf,x＊f為定位結果）。因為式（6）中，IM，N（F1）可以分別表示為I（F1）M=I（F1）f f1（x,p）和 I（F1）N=I（F1）f f2（x,p），其中，F1序上線路參數集合，p=｛γF1，ZCF1,l｝，所以電流比值｜IM（F1）｜/｜IN（F1）｜只是故障距離x和線路參數p的函數，而與故障邊界電流無關。
分析和計算表明，式（1b）近似差曲線形狀如圖3所示，在線路確定的前提下，近似測距公式（6）定位任意反序電流非零故障的誤差沿線各點是確定的，而且線路越長，近似公式（6）定位誤差幅值越大（圖3）。算法2可歸納為：①由式（6）近似計算xf＊′值；②補償，即以（xf＊′-Δx）作為定位結論。對于xf＊′靠近線路兩側或在0.5l附近的故障以及中等長度線路，亦可不必作補償。
圖3 未考慮橫向電容時的定位絕對誤差
Fig.3 Error setting in shunt capacitance current of transmission line
算法3
定義線路兩側F1序電流幅值之比為
ki（x）=｜IM（F1）｜/｜IN（F1）=｜shγF1（l-x）｜/
｜shγF1x｜ ?。?）
正如前述，對于確定的線路，兩側電流F1序分量比值ki（x）僅是故障位置x的函數，與故障邊界電流無關。當xf在［0，l］上變化時，ki（x）是單調的，圖4僅僅展示了［0.05l,0.1l］區間和［0.2l，l］區間上電流比值ki（x）的變化規律，因為ki（x）與兩側系統阻抗和故障邊界電流無關，線路確定之后，ki（x）變化規律便唯一確定，且ki（x）在［0,l］上單調，因此可利用故障后線路兩側F1序電流幅值之比ki的具體量值，在 ki（x）曲線上找到對應的故障位置。對于實際線路，線路極可能不是嚴格對稱的，利用數次短路故障錄波數據，便可擬合如圖4類似的曲線，做到準確的故障定位。
圖4 ki（x）曲線
Fig.4 Curve of ki（x）
4 故障測距數字仿真
略去兩側系統及其線路參數，于xf=0.2l=80.0km處?發?生｛Rf｝=（1，5，2，4，10）Ω的ABA′B′-G跨線故障時，M端a,b 相電壓波形如圖5所示，兩側之間數據不必同步采樣，數據取之故障后第2周波，采樣頻率600Hz，數字濾波算法為一階差分與全波傅里葉算法級聯的綜合濾波算法。為了考察方法對具有非對稱同名跨線故障適應性，僅列舉算法1（記為AⅠ）和算法2（記為AⅡ）定位具有不對稱過濾電阻的同名相跨線故障的部分結果見表1，其過渡電阻如表2。
圖5 同名相跨線ABA′B′-G故障時的M端a，b相電壓
Fig.5 A and B phase voltage waveform at end M with
the same phase inter-circuit ABA′B′-G fault
表1 具有不對稱過渡電阻的同名相跨線故障數字仿真結果
Tab.1 Results of the same phases inter-circuit fault location tested using transient data
[td=2,3]假 設 故 障 [td=3,1]xf=80km [td=3,1]xf=200km [td=3,1]xf=320km [td=3,1]｛Rf｝ [td=3,1]｛Rf｝ [td=3,1]｛Rf｝
[td=1,2]故 障 類 型 [td=3,1]｛Rf｝/Ω
5 反序電流為零的故障測距
前已論述僅當同名相上所掛過渡阻抗相同的同名跨線故障，其反序電流為零，反序電流為零的故障采用變換關系式（1a），即在雙回的單回線對應的正序分布參數線路上建構測距算法。這類故障對應的正序網示于圖6，可建構主定位函數合定位方程分別為
MP（x）=｜VMchγx-ZCIMIshγx｜-
?。黇Nchγ（l-x）-ZCINIshγ（l-x）｜ ?。?a）
和
MP（x）=0 ?。?b）
其中，已隱去了正序各量標號，同樣，由于引入取模運算，兩側數據不必采樣同步或采樣同步化處理。定位函數MP（x）曲線示于圖7，可以證明，對于實際長線路，MP（x）=0 于［0，l］上至多有兩個根，從x=0和x=l開始N-R迭代可以收斂到真、偽兩個根上，即可方便求得兩個根（若存在兩根的話）。分析和計算表明，如果MP（x）=0有兩根，則真偽兩根差別較大。如果出現兩根，則用以下介紹的近似定位公式剔除偽根。
圖6 故障線路正序網
Fig.6 Positive sequence network
圖7 MP（x）曲線
Fig.7 Curve of MP（x）
隱去正序標號，并設M、N兩側在同一測量坐標中，正序分量分別為（VM，IM）exp（jδ）和（VN，IN）， 其中δ為兩端各自測量參考系間相角，忽略線路分布電容可推求故障距離為
?。?a）
或
（9b）
式中 k1=RLRe（IM）-XLIm（IM）
k2=RLIm（IM）+XLRe（IM）
k3=lRLRe（IN）-lXLIm（IN）
k4=lRLIm（IN）+lXLRe（IN）
RL=Re（ZC）
XL=Im（ZC）
a=k4Re（VM）-k3Im（VM）-lk2Re（VN）+
lk1Im（VN）+l（k2k3-k1k4）
b=-k3Re（VM）-k4Im（VM）-lk1Re（VN）-
lk2Im（VN）+l（k1k3-k2k4）
c=lk1Im（VN）-lk2Re（VM）+k4Re（VN）-
k3Im（VN）
利用上式計算AA′-G故障，當xf從0變化到l時其計算結果的絕對誤差曲線如圖8所示。
圖8 AA′-G故障定位誤差曲線
Fig.8 Error curve of AA′-G fault location
分析和計算表明：①式（9）描述的故障定位計算公式，在兩側系統阻抗確定的前提下，線路越長，其定位計算結果的絕對誤差Δx曲線幅值越大；②Δx可表示為函數Δx=ψ（x,NP），其中，NP為系統和線路正序參數的集合，即NP=｛γ1，ZC1，l，ZM1，ZN1｝。Δx與短路類型、過渡阻抗大小和性質無關。
至此，對于長線路，以主定位方程MP（x）=0自x=0和x=l開始分別用N-R迭代求解，若有兩根則以x（δ）輔助計算并以x（δ）的值剔除 MP（x）=0的偽根保留其真根。將MP（x）=0記為算法1（A1）、x（δ）記為算法2（A2），l=400km某線路故障測距部分暫態仿真結果列于表3。
表3 AA′-G故障定位結果
Tab.3 Results of AA′-G fault location tested using transient data
[td=1,3]假 設 故 障 [td=3,1]xf=80km [td=3,1]xf=200km [td=3,1]xf=320km [td=3,1]｛Rf｝ [td=3,1]｛Rf｝ [td=3,1]｛Rf｝
值得指出，文獻［8］所提出的利用“兩回電流之差”的定位算法實質就是利用反序電流，顯然，對于反序電流為零的跨線故障，文獻［8］的測距算法將失效。
6 結論
?。?）將雙回線上可能的短路分為反序電流為零和非零兩類故障。所用線路波參數均為空間模參數，它不同于地模參數，為準確故障定位奠定了基礎?？紤]并完全克服了線路分布電容對故障測距精度的影響。兩側數據端與端之間不必采樣同步或采樣同步化處理，不需實時通信。
（2）反序電流非零的故障測距，對于長線路可選擇其算法1或3，對于中短線路可選擇算法2或算法3。
（3）反序電流為零的故障測距，對于中短線路可直接用公式x（δ）計算故障位置，對于長線路可選用MP（x）=0主定位方程，自兩側用N-R迭代2～5次即可，如果出現兩根則以x（δ）近似估計值剔除其偽根。
參考文獻
1 索南，葛耀中.利用六序分量復合序網法分析同桿雙回線斷線故障的新方法.電力系統自動化，1992，16（3）：15～21
2 索南，葛耀中等.同桿雙回線的六序選相原理.中國電機工程學報，1991，11（6）：1～9
3 盧繼平，葉一麟.同塔架設平行雙回線的跨線故障精確測距算法.中國電機工程學報，1992，12（6）：18～24
4 索南，葛耀中.同桿雙回線路故障的準確故障定位方法.中國電機工程學報，1992，12（3）：1～9
5 董新洲，葛耀中.一種使用兩端電氣量的高壓輸電線路故障測距算法.電力系統自動化，1995，19（8）：47～53
6 Johns A T,Jumali S.Accurate fault location technique for power transmission lines.IEE Proc.,1990，137-cc6
7 Novosel D,Hart DG,et al.Unsynch ronized two-terminal fault location estimation.IEEE Trans.,1996,PWRD-11∶130～137
8 Nagaswa T,et al.Development of a new fault location algorithm for multi- terminal two parallel transimssion lines.IEEE Trans.,1992，PWRD- 7（3）:1516～1532
同塔架設的平行雙回線具有出線走廊窄、占地少、建設速度快等優點。在我國220kV系統中雙回線占有一定比例，云南昆明電網中雙回線約占1/3。雙回線的選相和測距有其特殊性，眾多學者做了卓有成就的研究［1～4］，文獻［3，4］報道了雙回線路跨線故障測距的單側工頻量方法，雙回線的選相和測距原理和方法已基本形成。
理論和實踐表明，利用單側工頻量定位雙端電源的長輸電線短路點的故障測距算法，當故障位于半線長以遠后，其測距精度無法保證。其主要原因為：①過渡電阻；②線路分布電容；③對側系統運行阻抗變化等。隨著電力通信技術的發展，利用兩端信息的測距算法相繼提出［5～7］，這類測距算法主要有兩種，一種是利用近端電壓電流和對端電流工頻量［5］，另一種是利用兩測電壓電流工頻量［6，7］，其中兩側數據不必采樣同步或采樣同步化處理［7］的測距算法將更具應用前景。本文研究同塔雙回線準確故障測距的兩側工頻量方法。
2 雙回線波參數及其相序變換
對稱耦合雙回線路采用下列變換矩陣
?。?a） ?。?b）?。?c）其中，式（1b）可將對稱雙回線去耦，式（1a）可將雙回線的Ⅰ回線和Ⅱ回線的正負序上去耦而零序間仍相耦合。由式（1a）和（1b）進行電學量的相序變換記為
col［E（p），p=a，b，c，a′，b′，c′］
col［E（s），s=0，1，2，0′，1′，2′］ ?。?a）
和
col［E（p），p=a，b，c，a′，b′，c′］
col［E（s），s=T0，T1，T2，F0，F1，F2］ （2b）
其中，abc和a′b′c′分別表示Ⅰ回線和Ⅱ回線的各相，012和0′1′2′分別為Ⅰ回線和Ⅱ回線所對應的零、正、負序，在線路參數上Ⅰ回線和Ⅱ 回線的零序間仍相耦合而正、負序上相互獨立。T012和F012分別表示同序量和反序量的零正負序，對稱六相的同序、反序各量間相互獨立。
設消去避雷線后對稱六相兩個單回的自、互阻抗和導納分別為zs,m和ys,m，兩個單回之間的互阻抗和導納分別為z′m和y′s,m，則各序量上傳播常數和特征阻抗分別為
γs=［（zs-zm）（ys-ym）］1/2
s=1,2,1′,2′，T1，T2，F1，F2 ?。?a）
γT0=［（zs+2zm+3z′m）（ys+2ym+3y′m）］1/2 ?。?b）
γF0=［（zs+2zm-3z′m）（ys+2ym-3y′m）］1/2 ?。?c）
和 Zcs=［（zs-zm）/（ys-ym）］1/2
s=1,2,1′,2′，T1，T2，F1，F2 ?。?a）
ZCT0=［（zs+2zm+3z′m）（ys+2ym+3y′m）］1/2 ?。?b）
ZCF0=［（zs+2zm-3z′m）（ys+2ym-3y′m）］1/2 ?。?c）
3 反序電流非零的故障測距
先以式（1b）引入正序（T012）和反序（F012）的變換，用以判別故障類型。本文將雙回線上可能的120種短路分為反序電流為零和非零兩類故障。故障分析和計算表明，反序電流為零的故障為如下同名相跨線故障：①象AA′型故障不但反序電流為零，而且與負荷狀態相同，電氣上無法區分；②象AA′ -G型、BCB′C′型、ABCA′B′C′和ABCA′B′C′-G故障，單同名相上所掛過渡阻抗等時，反序電流為零。反序電流非零的故障為：①單回上的任意短路；②非同名相跨線故障，如AA′B′-G等；③同名相跨線但同名相上過渡阻抗非對稱的跨線故障。利用式（1b）計算T012和F012六序電流，如果
max［｜Is｜，s=F0,F1,F2］≤Iε
則為反序電流為零的同名且過渡阻抗對稱的跨線故障，其中，Iε為浮動門限（大電源側）或固定門限（饋線）。
以下介紹反序電流非零故障測距三種算法，雙回線及其故障同、反序分布參數網絡如圖1，由故障分析知，任何反序電流非零的故障均有F1序分量，下列三種算法均利用F1序分量。
圖1 耦合雙回線及其同反序網絡
Fig.1 Coupled double-circuit line and superimposed
T012 and F012 sequence circuit
算法1
由圖1c可建構反序電流非零故障定位函數和定位方程分別為
MF（x）=｜I（s）Mshγsx｜-｜I（s）Nshγs（l-x）｜
s=F1 ?。?a）
和
MF（x）=0 （5b）
其中，｜＊｜為取模算子。利用MF（x）=0定位AB′故障時，其定位函數曲線如圖2所示，其中，為了將諸曲線置同一坐標上，業已將縱軸上的值作線形處理。其余反序電流非零故障的曲線與圖2類似。觀察式（5）可知，MF（x）函數關于x的非線性較弱，可以證明，對于實際長輸電線路MF（x）=0無偽根問題。因為建構測距方程時，對故障點兩側電壓取模運算，輸入MF（x）=0方程的兩側電流則不必采樣同步或采樣同步化處理。
圖2 MF（x）定位函數曲線
Fig.2 Curve of fault location MF（x）
算法2
將shγsx≈γsx和shγs（l-x）≈γs（l-x）近似關系代入式（5），因為F012序量上Z（F012）M,N的恒為零，所以這種近似處理等價于不考慮線路分布電容，此時MF（x）=0方程簡化為測距公式
x=l/（1+｜IM（s）｜/｜IN（s）｜） s=F1 ?。?）
由故障定位近似公式（6）計算AB′故障時，故障點xf從x=0移至x=l，全線長范圍之內的定位絕對誤差曲線如圖3所示（Δx=x＊f- xf,x＊f為定位結果）。因為式（6）中，IM，N（F1）可以分別表示為I（F1）M=I（F1）f f1（x,p）和 I（F1）N=I（F1）f f2（x,p），其中，F1序上線路參數集合，p=｛γF1，ZCF1,l｝，所以電流比值｜IM（F1）｜/｜IN（F1）｜只是故障距離x和線路參數p的函數，而與故障邊界電流無關。
分析和計算表明，式（1b）近似差曲線形狀如圖3所示，在線路確定的前提下，近似測距公式（6）定位任意反序電流非零故障的誤差沿線各點是確定的，而且線路越長，近似公式（6）定位誤差幅值越大（圖3）。算法2可歸納為：①由式（6）近似計算xf＊′值；②補償，即以（xf＊′-Δx）作為定位結論。對于xf＊′靠近線路兩側或在0.5l附近的故障以及中等長度線路，亦可不必作補償。
圖3 未考慮橫向電容時的定位絕對誤差
Fig.3 Error setting in shunt capacitance current of transmission line
算法3
定義線路兩側F1序電流幅值之比為
ki（x）=｜IM（F1）｜/｜IN（F1）=｜shγF1（l-x）｜/
｜shγF1x｜ ?。?）
正如前述，對于確定的線路，兩側電流F1序分量比值ki（x）僅是故障位置x的函數，與故障邊界電流無關。當xf在［0，l］上變化時，ki（x）是單調的，圖4僅僅展示了［0.05l,0.1l］區間和［0.2l，l］區間上電流比值ki（x）的變化規律，因為ki（x）與兩側系統阻抗和故障邊界電流無關，線路確定之后，ki（x）變化規律便唯一確定，且ki（x）在［0,l］上單調，因此可利用故障后線路兩側F1序電流幅值之比ki的具體量值，在 ki（x）曲線上找到對應的故障位置。對于實際線路，線路極可能不是嚴格對稱的，利用數次短路故障錄波數據，便可擬合如圖4類似的曲線，做到準確的故障定位。
圖4 ki（x）曲線
Fig.4 Curve of ki（x）
4 故障測距數字仿真
略去兩側系統及其線路參數，于xf=0.2l=80.0km處?發?生｛Rf｝=（1，5，2，4，10）Ω的ABA′B′-G跨線故障時，M端a,b 相電壓波形如圖5所示，兩側之間數據不必同步采樣，數據取之故障后第2周波，采樣頻率600Hz，數字濾波算法為一階差分與全波傅里葉算法級聯的綜合濾波算法。為了考察方法對具有非對稱同名跨線故障適應性，僅列舉算法1（記為AⅠ）和算法2（記為AⅡ）定位具有不對稱過濾電阻的同名相跨線故障的部分結果見表1，其過渡電阻如表2。
圖5 同名相跨線ABA′B′-G故障時的M端a，b相電壓
Fig.5 A and B phase voltage waveform at end M with
the same phase inter-circuit ABA′B′-G fault
表1 具有不對稱過渡電阻的同名相跨線故障數字仿真結果
Tab.1 Results of the same phases inter-circuit fault location tested using transient data
[td=2,3]假 設 故 障 [td=3,1]xf=80km [td=3,1]xf=200km [td=3,1]xf=320km [td=3,1]｛Rf｝ [td=3,1]｛Rf｝ [td=3,1]｛Rf｝
| 1# | 2# | 3# | 1# | 2# | 3# | 1# | 2# | 3# | ||
| AA′-G xf＊/km |
AⅠ AⅡ |
80.06 81.29 |
79.96 81.16 |
79.96 81.16 |
199.96 200.00 |
200.01 200.00 |
199.96 200.01 |
319.91 318.71 |
320.00 318.82 |
320.36 318.84 |
| ABA′B′-G xf＊/km |
AⅠ AⅡ |
79.96 80.98 |
80.16 81.32 |
80.06 81.23 |
197.96 200.01 |
199.96 200.00 |
199.96 200.00 |
320.36 318.28 |
319.71 318.52 |
319.96 318.79 |
| ABCA′B′C′-G xf＊/km |
AⅠ AⅡ |
77.96 79.08 |
77.16 77.65 |
80.36 81.52 |
199.96 200.00 |
200.36 200.00 |
200.36 200.01 |
321.26 320.04 |
320.36 319.27 |
319.96 318.76 |
| 1# | 2# | 3# | |
| AA′-G | 1，5，10 | 20，40，50 | 50，60，100 |
| ABA′B′-G | 1，5，2，4，10 | 10，5，5，10，20 | 50，60，60，50，100 |
| ABCA′B′C′-G | 1，5，10，10，5，1，10 | 10，20，30，30，20，10，50 | 50，20，60，60，20，50，100 |
前已論述僅當同名相上所掛過渡阻抗相同的同名跨線故障，其反序電流為零，反序電流為零的故障采用變換關系式（1a），即在雙回的單回線對應的正序分布參數線路上建構測距算法。這類故障對應的正序網示于圖6，可建構主定位函數合定位方程分別為
MP（x）=｜VMchγx-ZCIMIshγx｜-
?。黇Nchγ（l-x）-ZCINIshγ（l-x）｜ ?。?a）
和
MP（x）=0 ?。?b）
其中，已隱去了正序各量標號，同樣，由于引入取模運算，兩側數據不必采樣同步或采樣同步化處理。定位函數MP（x）曲線示于圖7，可以證明，對于實際長線路，MP（x）=0 于［0，l］上至多有兩個根，從x=0和x=l開始N-R迭代可以收斂到真、偽兩個根上，即可方便求得兩個根（若存在兩根的話）。分析和計算表明，如果MP（x）=0有兩根，則真偽兩根差別較大。如果出現兩根，則用以下介紹的近似定位公式剔除偽根。
圖6 故障線路正序網
Fig.6 Positive sequence network
圖7 MP（x）曲線
Fig.7 Curve of MP（x）
隱去正序標號，并設M、N兩側在同一測量坐標中，正序分量分別為（VM，IM）exp（jδ）和（VN，IN）， 其中δ為兩端各自測量參考系間相角，忽略線路分布電容可推求故障距離為
?。?a）或
（9b）式中 k1=RLRe（IM）-XLIm（IM）
k2=RLIm（IM）+XLRe（IM）
k3=lRLRe（IN）-lXLIm（IN）
k4=lRLIm（IN）+lXLRe（IN）
RL=Re（ZC）
XL=Im（ZC）
a=k4Re（VM）-k3Im（VM）-lk2Re（VN）+
lk1Im（VN）+l（k2k3-k1k4）
b=-k3Re（VM）-k4Im（VM）-lk1Re（VN）-
lk2Im（VN）+l（k1k3-k2k4）
c=lk1Im（VN）-lk2Re（VM）+k4Re（VN）-
k3Im（VN）
利用上式計算AA′-G故障，當xf從0變化到l時其計算結果的絕對誤差曲線如圖8所示。
圖8 AA′-G故障定位誤差曲線
Fig.8 Error curve of AA′-G fault location
分析和計算表明：①式（9）描述的故障定位計算公式，在兩側系統阻抗確定的前提下，線路越長，其定位計算結果的絕對誤差Δx曲線幅值越大；②Δx可表示為函數Δx=ψ（x,NP），其中，NP為系統和線路正序參數的集合，即NP=｛γ1，ZC1，l，ZM1，ZN1｝。Δx與短路類型、過渡阻抗大小和性質無關。
至此，對于長線路，以主定位方程MP（x）=0自x=0和x=l開始分別用N-R迭代求解，若有兩根則以x（δ）輔助計算并以x（δ）的值剔除 MP（x）=0的偽根保留其真根。將MP（x）=0記為算法1（A1）、x（δ）記為算法2（A2），l=400km某線路故障測距部分暫態仿真結果列于表3。
表3 AA′-G故障定位結果
Tab.3 Results of AA′-G fault location tested using transient data
[td=1,3]假 設 故 障 [td=3,1]xf=80km [td=3,1]xf=200km [td=3,1]xf=320km [td=3,1]｛Rf｝ [td=3,1]｛Rf｝ [td=3,1]｛Rf｝
| 1# | 2# | 3# | 1# | 2# | 3# | 1# | 2# | 3# | |
| A1 xf＊/km | 78.91 | 80.37 | 80.72 | 199.68 | 200.24 | 200.25 | 319.86 | 319.86 | 319.44 |
| A2 xf＊/km | 82.24 | 83.30 | 83.35 | 199.27 | 199.55 | 199.51 | 316.89 | 316.86 | 316.67 |
6 結論
?。?）將雙回線上可能的短路分為反序電流為零和非零兩類故障。所用線路波參數均為空間模參數，它不同于地模參數，為準確故障定位奠定了基礎?？紤]并完全克服了線路分布電容對故障測距精度的影響。兩側數據端與端之間不必采樣同步或采樣同步化處理，不需實時通信。
（2）反序電流非零的故障測距，對于長線路可選擇其算法1或3，對于中短線路可選擇算法2或算法3。
（3）反序電流為零的故障測距，對于中短線路可直接用公式x（δ）計算故障位置，對于長線路可選用MP（x）=0主定位方程，自兩側用N-R迭代2～5次即可，如果出現兩根則以x（δ）近似估計值剔除其偽根。
參考文獻
1 索南，葛耀中.利用六序分量復合序網法分析同桿雙回線斷線故障的新方法.電力系統自動化，1992，16（3）：15～21
2 索南，葛耀中等.同桿雙回線的六序選相原理.中國電機工程學報，1991，11（6）：1～9
3 盧繼平，葉一麟.同塔架設平行雙回線的跨線故障精確測距算法.中國電機工程學報，1992，12（6）：18～24
4 索南，葛耀中.同桿雙回線路故障的準確故障定位方法.中國電機工程學報，1992，12（3）：1～9
5 董新洲，葛耀中.一種使用兩端電氣量的高壓輸電線路故障測距算法.電力系統自動化，1995，19（8）：47～53
6 Johns A T,Jumali S.Accurate fault location technique for power transmission lines.IEE Proc.,1990，137-cc6
7 Novosel D,Hart DG,et al.Unsynch ronized two-terminal fault location estimation.IEEE Trans.,1996,PWRD-11∶130～137
8 Nagaswa T,et al.Development of a new fault location algorithm for multi- terminal two parallel transimssion lines.IEEE Trans.,1992，PWRD- 7（3）:1516～1532
文章版權歸西部工控xbgk所有，未經許可不得轉載。
服務咨詢