特高压混合输电线路雷击故障定位方法研究

特高压混合输电线路雷击故障定位方法研究

支宇

国网山西省电力公司输电检修分公司 山西太原 030001

摘要：以1000kV特高压输电线路工程为例，采用PSCAD建立特高压交流输电线路故障仿真模型，应用输电线路故障诊断与定位系统对仿真产生的波形进行分析得到故障位置，分析研究故障电阻、并联电抗和串补电容对故障诊断与定位系统精度的影响。仿真结果验证了该系统具有较高的测距精度，可适用于特高压交流输电系统。

关键词：交流特高压输电；仿真模型；故障定位

0引言

特高压输电线路具有长距离、大容量、跨越范围广的特点，因此特高压输电线路在输电方面具有明显的优势。随着特高压被纳人国家大气污染防治计划、能源规划“十二五”规划，我国特高压建设进入快速发展阶段。某省1000kV特高压交流工程“外电入鲁”战略实施，特高压成为国内外学者研究的热点。由于特高压输电线路较长，因地形和环境因素的影响输电线路经常发生故障，实时准确的故障定位对及时修复故障线路、恢复供电、减少经济损失和提高供电可靠性具有十分重要的意义。

目前，国内外针对特高压输电线路的故障定位问题开展了部分研究。提出了一种基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路神经网络双端故障测距方法。同时分析了基于分布参数模型的故障测距的方法。并且提出了含串补电容的特高压输电线路的故障定位算法并介绍了大电网特高压直流系统建模与仿真技术，讨论了大电网最新进展及方向。利用输电线路自动故障诊断和故障定位系统对特高压交流输电故障定位进行分析。选取该线1000kV特高压线路，根据线路的输电线路信息建立PSCAD模型，设置仿真故障点产生对应的录波文件来验证系统特高压输电线路的故障定位系统是否准确，仿真模型考虑了故障电阻、串补电容、并联电抗器对系统计算结果的影响。

1输电线路故障诊断与定位系统

本研究采用输电线路故障诊断与定位系统对特高压交流输电系统进行故障测距分析。该系统包括故障诊断、故障定位、故障通报、历史查询、短信通知、故障可视化6个模块。通过实时监测EMS采集的保护、重合闸、开关状态，当保护、重合闸、开关状态发生动作时系统通过与故障信息系统的接口，实时调用相关保护或录波文件将其存储于该系统的SQL数据库中，自动选取特高压输电线路模型和算法进行故障诊断和故障定位计算，并将计算结果存人该系统的SQL数据库中，分析结果实时发布给调度人员通过短信发送给联系人来实现特高压故障实时诊断和定位的目的。该系统采用双端电压匹配法为依据计算故障点位置，算法中充分考虑了串补电容和并联电抗的影响。可自动匹配长线模型来描述特高压线路，线路参

数包括串联电阻、并联导纳，对所有参数的正序(负序)、零序值进行分析计算。故障位置确定后利用故障点的电流电压判断故障类型，同时根据故障点的电压和从线路流入故障点电流计算出各种故障类型下故障阻抗。系统中的故障定位模块支持IEEEcomtrade标准录波文件的存储和分析。故障信息多元化，包括故障距离、故障类型、故障阻抗信息等；故障波形图界面图形包括电压、电流、无功功率、有功功率，支持放大功能。整个系统可以自动计算出特高压输电线路的故障位置、故障类型并实时通告给操作人员。

2某特高压输电线路仿真模型

2．1某1000KV特高压输电工程介绍

该交流特高压输电线路全长约2×746km，线路起于内蒙古锡盟站，途经承德站、北京东站，止于山东济南站，其中承德站为串补站。输电线路采用8~JL／GIA一630／45钢芯铝绞线，分裂间距为400mm；地线一根采用JLB20A一185铝包钢绞线，另一根采用OPGW一185。1000kV变电站主变采用单相、自耦和中性点无励磁调压方式。额定容量3000／3000／1000MVA(单相1000／1000／334NVA)，额定电压1050／525／110kV。主变阻抗值1_2％：18％，Uk1％=62％，％=40％。

2．2系统仿真模型

计算分析采用PSCAD电力系统软件工具建立特高压交流工程故障仿真模型，主变、线路、高抗和串补等设备参数均采用设计参数。仿真模型中特高压输电线路采用分布式参数模型，系统等值容量按照出口断路器开断电流进行计算，建立的仿真模型如图1所示。

图
1 仿真模型

3系统仿真试验方案

该特高压输电线路的仿真主要目的是研究故障电阻、故障类型、串补电容、并联电抗等对故障定位与诊断系统算法精确度的影响。在进行仿真研究时，针对不同试验项目，选择不同线路进行测试。对故障电阻、故障类型进行分析时，选择北京东至济南站交流特高压线路为研究对象。设置4类故障，分别为单相接地(AG、BG、CG)、两相接地(ABG、ACG、BCG)、两相相间(AB、CA、BC)和三相相间ABC)、3种故障电阻(分别为0Q、10Q、50Q)、6处故障位置，设计的模型故障测量点从并联电抗器内部测量，故障设置位置如表2所示。

串补电容可以有效提高特高压输电线路的有功输送能力，但串补电容器的使用将使线路上的电压电流关系变得复杂化，为考虑串补电容对视在阻抗的影响，在相邻线路输电线路承德一北京东线路距北京东站0km处，30％补偿度。

4仿真结果

如测试方案所描述，该输电线路无串补电容的仿真在每个模型取线路总长度0、20％、40％、60％、80％、100％处设置故障点，故障类型取10种，故障电阻设置3种，共进行180组故障仿真。利用PSCAD模拟180种故障。利用输电线路自动故障诊断和故障定位系统文件分析PSCAD产生的波形，从而计算故障信息。为对比本文模型计算精度，同时给出了利用单端故障量计算得到的故障定位结果。结果表明系统的精确度较高，偏差率基本在1％以内．双端的计算结果准确度高于单端的结算结果。

为了更好地检验串补电容对算法准确性的影响。在相邻线路中加入了串补电容。该输电线路含串补电容的仿真模型在相邻线路承德一北京段取其长度0、30％、50％、100％处设置故障点；另外一段的故障点设置位置不变。设计系统特高压输电线路的算法时充分考虑了串补电容的影响，计算结果满意度较高，吻合实际特高压输电线路的故障诊断和故障定位的要求。仿真结果表明，特高压输电线路故障定位与故障诊断系统精度控制在1％以内达到要求，故障类型全部判断准确。考虑故障电阻、并联电抗、线路参数、串补电容在内的系统计算精确度也达到要求。特高压输电线路双端算法依据线路两端的电压测量值进行分析计算．利用稳态分量并采用电压匹配法来求解准确的故障位置，克服了基于相量故障定位的弊端，准确度高，来自双端的数据不需要同步采样，引人同步相角差和故障定位可以同时解决。

5结语

特高压输电线路故障诊断和故障定位系统能够对特高压输电线路的故障实现准确定位，特别是采用双端自动匹配算法提高了系统定位的精确性该系统能够准确地判断出故障类型和故障位置。并且通过仿真验证了系统的准确性，为特高压输电线路的检修提供了有效分析。

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