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长距离输配电线路故障区间定位方法研究

2020-11-30邓绍敏

中国电气工程学报 2020年17期
关键词:线路故障输配电线路

邓绍敏

摘要:为实现长距离输配电线路故障区间的准确定位,及时解决长距离输配电线路的故障,本文对其定位方法进行研究。希望通过本次的研究,可以为长距离输配电线路故障的定位和解决提供相应参考。

关键词:输配电线路;长距离输电;线路故障;故障区间;定位方法

引言:在长距离输配电线路的运行过程中,故障区间的科学定位是保障检修效率和检修质量的关键[1]。因此在具体的线路检修过程中,一定要注重区间定位方法的研究和应用,以此来做到故障的准确定位和及时有效维修。

一、通过电流相角差值来定位故障区间

(一)区间电流相角差值定义

把一个长距离输配电线路按照很多双端、没有分支的区间段进行划分,然后将每一个区间段两端节点进行编号,假设某区间段两端节点分别是P和Q,且P和系统电源距离更近,所以P相当于Q的上游节点,在该线路中,将上游指向下游的方向定义为正方向,也就是P指向Q的方向是正方向。P节点位置的电流是IP,Q节点位置的电流是IQ,IP的相位角是θP,IQ的相位角是θQ。由此可以对这一区间段之内的电流相角差值进行定义,即:

(二)区间故障之前和故障之后电流相角差值特征分析

在故障区间两端的节点位置,可能同时存在接入电源现象,也可能是一端和电源连接,一端和负载连接,这就需要对线路中某一区间故障发生之前和发生之后各个相的电流相角差值变化来进行特征分析。具体分析中,假设一个区间段两端节点分别是P和Q,其故障发生之前的分析模型如下图所示:

在上图中,P节点电压是UP,Q节点电压是UQ;P节点电流是IP,Q节点电流是IQ,该区间内串联电阻的阻抗是Z,并联导纳是Y。通过分析发现,因为线路中有对地电容存在,所以并联导纳受到了相应影响,导致该区间线路和大地之间有电容电流存在,IP和IQ幅值和相位也都存在不同,具体情况如下图所示:

在上图中,IPF是故障发生之后的P节点电流,IQF是故障发生之后的Q节点电流,从图中可以看出,在区间故障发生之后,IP和IQ之间出现了一个夹角θ,θ的角度值也就是这一线路区间发生故障之前电力相角差值的绝对值。通常情况下,在线路区间发生故障时,如果两端都接入了电源,IPF和IQF会趋近于反向,IPF和IQF之间的夹角θF会是一个钝角,而这个钝角就是故障发生之后这一区间电流相角差的绝对值。通过研究发现,如果这个区间仅仅有一端和电源连接,也会出现这样的情况。

(三)通过电流相角差值来定位故障区间的方法

在对某一区间进行故障判断的过程中,如果该区间内的电流相角差值绝对值I△θ在N个连续采样点位置都出现I△θ>的情况(其中,N为大于1的正整数,为判定阈值),则表明这一区间内发生了故障,如果不满足这一条件,则表明这一区间内没有发生故障。

二、通过节点零序電流来定位故障区间

(一)节点零序电流定义

在长距离输配电线路中,可以通过各个区间两端节点位置的零序电流来进行区间故障识别和定位。假设节点位置的三相电流相量分别是IA、IB和IC,则该节点的零序电流的定义为:

(二)区间故障发生前后节点零序电流特征分析

在长距离输配电线路中,可能存在并网运行,也可能存在孤岛运行,且区间两端节点都可以进行电源连接。在并网运行状态下,可以将主变系统作为上游,所以区间之内的上游就可以等效成一个电源,下游可能和很多个负载、DG连接,也可能仅仅和负载连接[2]。在这样的情况下,可以将所有的DG都等效成一个电源,将所有的负载都等效成一个三相负载[3]。在孤岛运行状态下,因为DG通常为从主控制模式,所以可将主电源作为孤岛上游,分别进行区间上下游的等效和简化,这样就可以获得到这个区间两端节点位置的零序电流分析模型图:

应用以上的分析模型,可以对系统三相平衡和不平衡状态下的线路区间故障发生之前和发生之后零序电流变化的特征进行分析。

(三)通过节点零序电流进行故障类型判断的方法

1、三相平衡状态下的故障区间定位

在电力系统正常运行的情况下,长距离输配电线路各个区间两端节点电流关系式为:

IA+IB+IC=0

在此情况下,每一个区间两端节点位置零序电流的有效值都等于零。

如果某一区间出现了两相短路故障,则该区间两端节点位置的电流都可以满足以上的公式,因此在该故障区间两端的节点位置,零序电流有效值也为0.

但是如果某一区间出现了两相接地短路故障,这个故障区间两端节点位置的电流至少会有一个和以上的公式不相符,所以在这个故障区间内,两端节点位置的零序电压也至少有一项超过0[4]。

2、三相不平衡状态下的故障区间定位

在电力系统正常运行的情况下,通常会出现单相复杂和三相负载并存的情况,具体的负载容量以及用电时间的差异性将会导致系统出现三相不平衡情况[5]。由于这种情况会对输配电系统的运行质量造成不利影响,所以再具体的运营维护中,应根据我国的相关规定来对各项参数进行控制。具体控制参数如下:

而在三相不平衡状态下的故障区间定位过程中,主要可按照以下的方法来进行定位:

1)在三相不平衡状态下,系统正常运行过程中每一个区间节点位置的零序电流都会处在这个区间最大相电流有效值的5%以下。

2)如果某一区间出现了两相相同短路故障,在这个故障区间中,两端节点位置的零序电流通常会在故障发生之前的1-2倍之间,但不会大于其2倍。

3)如果某一区间出现了两相接地短路故障,在这个故障区间,两个节点中至少会有一个节点出现零序电流显著上升的情况,其零序电流会达到故障发生之前的3-5倍,甚至会超过故障发生之前的5倍。

结束语:

综上所述,在长距离输配电线路的运维过程中,只有对其故障区间做出准确定位,才可以让故障得到及时有效的维修,进而有效保障电力系统的运行效果,满足用户的用电需求。所以在具体的运维过程中,运维人员应注重故障区间定位方法的合理应用,这样才可以让故障得到精准定位,避免由于定位精准度不足对线路检修效率和质量的不利影响。

参考文献

[1]徐文佳, 项祖涛, 杨大业. 基于电流互感器的长距离GIL短路故障在线定位方法研究[J]. 电测与仪表, 2018, 56(21).

[2]田栋文. 高压输电线路单端行波故障测距方法研究[J]. 山东工业技术, 2018, 000(015):178-179.

[3]叶荣波, 徐涛. 配电网输电线路故障定位的快速提取方法[J]. 计算技术与自动化, 2019.

[4]于龙, 张金, 沙思旭,等. 新型10kV配电线路综合故障定位方法[J]. 电子测试, 2018, No.392(11):98+100.

[5]丛志鹏, 牟欣玮, 王邦惠,等. 10kV配电线路断线故障检测与定位技术研究[J]. 电力系统装备, 2018.

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