[发明专利]基于参数辨识的消弧线圈接地系统单相接地故障测距方法

摘要

本发明公开了一种基于参数辨识的消弧线圈接地系统单相接地故障测距方法，首先建立消弧线圈接地系统单相接地故障时零序全波等效电路，然后将系统参数、故障后的电气量带入由零序全波等效电路推导的关系式中，得到故障点到母线的距离；所述的系统参数包括消弧线圈的电感和等效并联电阻，线路的单位长度正序、负序和零序阻抗；所述故障后的电气量包括母线零序电压、故障线路故障相负荷电流、故障线路零序电流和变电站二次侧故障相绕组电压。本发明考虑了系统运行时对地零序电容随时变化等客观情况，对不同过渡电阻、故障初相角、故障距离的单相接地故障都有较好的测距适用性，具有灵活性强，准确度较高的特点。

主权项

一种基于参数辨识的消弧线圈接地系统单相接地故障测距方法，首先建立消弧线圈接地系统单相接地故障时的零序全波等效电路，然后将系统参数、故障后的电气量带入由零序全波等效电路推导的关系式中，得到故障点到母线的距离；所述的系统参数包括消弧线圈的电感和等效并联电阻，线路的单位长度正序、负序和零序阻抗；所述故障后的电气量包括母线零序电压、故障线路故障相负荷电流、故障线路零序电流和变电站二次侧故障相绕组电压；其特征是其内容包括如下步骤：1)建立单相接地故障时零序全波等效电路；该电路的电源由3部分组成，即故障线路故障相负荷电流在故障点上游自阻抗上产生的电压e1(t)、所有线路故障相负荷电流在系统电源内阻抗上产生的电压e2(t)和变压器二次侧故障相绕组在故障前的电压Vf(t)；故障点到母线端的线路自阻抗Zs_up和故障点过渡电阻Rf串联接在电路中；故障线路对地零序电容Cf、所有健全线路对地零序电容之和C1、消弧线圈电感LN和消弧线圈等效并联电阻RN并联接在电路中；2)求解故障距离；线路自阻抗Zs_up为Zs_up＝(Z1_up+Z2_up+Z0_up)/3＝Lf(rs_up+jωLs_up)   (1)式(1)中：Z1_up、Z2_up、Z0_up分别为故障点上游正序、负序、零序阻抗，Lf为故障距离，rs_up为单位长度自阻抗的电阻部分，Ls_up为单位长度自阻抗的电感部分，ω为角频率；故障线路故障相负荷电流在故障点上游自阻抗的压降e1(t)可表示为e1(t)=Lfrs_upif_p(t)+LfLs_updif_p(t)dt---(2)]]>式(2)中：if_p(t)为故障线路故障相负荷电流；在零序全波等效电路中，‑Vf(t)与e2(t)之和本质上表征故障后变压器二次侧故障相绕组电压u2(t)，即u2(t)＝‑Vf(t)+e2(t)    (3)在零序全波等效电路中，应用基尔霍夫电压定律可得e1(t)+u2(t)=Lfrs_upif(t)+LfLs_updif(t)dt+Rfif(t)+u0(t)---(4)]]>式(4)中：if(t)为故障点接地电流，u0(t)为母线零序电压；在零序全波等效电路中，故障点接地电流if(t)、故障线路零序电流i0_f(t)和Cf上的零序电流i0(t)满足if(t)=i0_f(t)-i0(t)=i0_f(t)+Cfdu0(t)dt---(5)]]>联立式(2)、式(4)和式(5)可得u2(t)=Lfrs_up[i0_f(t)+Cfdu0(t)dt]+LfLs_up[di0_f(t)dt+Cfd2u0(t)dt2]-Lfrs_upif_p(t)-LfLs_updif_p(t)dt+Rf[i0_f(t)+Cfdu0(t)dt]+u0(t)---(6)]]>将式(6)离散化得u2*(k)=Lfrs_up[i0_f(k)+Cfu0(k)-i0(k-1)T]+LfLs_up[i0_f(k)-i0_f(k-1)T+Cfu0(k)+u0(k-2)T2]-Lfrs_upif_p(k)-LfLs_upif_p(k)-if_p(k-1)T+Rf[i0_f(k)+Cfu0(k)-u0(k-1)T]+u0(k)---(7)]]>式(7)中：k为采样点，T为采样时间间隔；为变压器二次侧故障相绕组电压计算值，而u2(k)为变压器二次侧故障相绕组电压采样值，令P=Σk=1N[u2(k)-u2*(k)]2---(8)]]>式(8)中：N为故障数据点数；要使P最小，应有∂P∂Lf=0∂P∂Rf=0∂P∂Cf=0---(9)]]>即Σk=1N2[u2(k)-u2*(k)]{rs_up[i0_f(k)+Cfu0(k)-u0(k-1)T]+Ls_up[i0_f(k)-i0_f(k-1)T+Cfu0(k)+u0(k-2)T2]-rs_upif_p(k)-Ls_upif_p(k)-if_p(k-1)T}=0Σk=1N2[u2(k)-u2*(k)][i0_f(k)+Cfu0(k)-u0(k-1)T]=0Σk=1N2[u2(k)-u2*(k)][(Lfrs_up+Rf)u0(k)-u0(k-1)T+LfLs_upu0(k)+u0(k-2)T2]=0---(10)]]>方程组(10)是含未知参数Lf、Rf、Cf的三元代数方程组，求解方程即可得出故障距离Lf；方程组在求解时有时会出现多解情况，需要排除无效解；由于三个参数都具有实际物理意义，可根据Lf大于0小于故障线路总长度、Rf大于0、Cf大于0的条件排除无效解。