Matlab在输电线路故障测距中的应用(2)

Matlab在输电线路故障测距中的应用

1绪论

1.1 引言

电力行业是国民经济发展的基本动力，是实现现代化的物质基础，电能作为清洁的二次能源，它的合理分配及运用随着电力系统的发展显得格外重要，可靠的电力供应也将是现今社会稳定发展的重要前提保证[1]。安全性、可靠性、快速性更是保证电力系统运行的重要条件，其中输电线路肩负着输送电能的重要任务，是电力系统运行的大动脉。电力行业的任何一个环节发生故障都将是电网崩溃和供电中断的罪魁祸首，而其中发生故障最多的环节就是输电线路故障。

随着我国电力行业的快速发展，对输电线路的输送功率及电压等级的要求在不断地提高，远距离输电线路也在逐渐增多，这就使得输电线路在在电力系统运行当中扮演着重要角色。一旦输电线路发生故障，它将对整个电网，人民日常生活及工厂生产造成巨大危害，因此，在线路故障后，如果能及时、准确、可靠地找出故障点的位置，不仅对修复电路使其正常运行，而且对整个经济运行及整个电力系统安全稳定都起着非常大的作用[2]。

电力系统输电线路经常发生各种故障，特别是高压输电线路距离长，而且大多线路要穿山越岭，长期暴露在恶劣的自然环境下，使得故障更加容易发生，如果能够及时准确的进行故障测距，就可以及时采取措施排除故障，尽快恢复送电，从而使得因故障停电带来的损失降到最小[3]。所以，传输线路故障测距的研究一直是电力行业的热点，特别是快速准确的故障测距方法的研究更是具有重大的意义。 1.2本课题的研究目的及意义

对于输电线路故障测距的研究，需要解决的主要问题是怎样快速、准确、及时的查找出故障点的位置，从而能够尽快恢复电力系统的正常运行，减少因线路故障带来的经济损失。简单概括起来可以从以下几方面来说明输电线路故障测距的意义：对于瞬时性线路故障来说，准确及时的故障测距有助于发现故障原因和绝缘隐患，从而可以提前采取有效的防范措施，也避免了它向永久性故障发展；对于永久性线路故障来说，由于永久性线路故障需要人工排除，准确及时的找出故障点可以帮助巡查线路的

1

Matlab在输电线路故障测距中的应用

员工快速排除故障，快速恢复供电，能够使得因故障带来的经济损失降低到最小；另外一方面，如果故障测距足够准确的话，它本身也可以作为距离保护使用；总之快速准确的故障测距可以保证电力系统的安全运行，有利于促进社会经济效益的稳定发展。

输电线路故障点的查找及定位问题一直是国内外研究的热点，本课题也将围绕这一问题展开一系列的分析，针对目前的测距方法的可靠性，实用性及经济性进行研究分析。在现有的测距方法中选择一个综合性能强的测距方案，并对其进行建模分析，仿真分析，最终验证所选择的方案的可靠性。 1.3输电线路故障测距方法的研究现状

故障测距又称为故障定位，针对于输电线路，指的就是在输电线路发生故障时，依据不同的故障特征，能够准确、迅速、及时的查找出故障点的位置。按工作原理来分的话，现有的故障测距的算法可以分为三种，它们分别是行波测距法、故障分析法、智能化测距法。 1.3.1行波测距法

行波测距法[4]是在考虑输电线路的分布参数的情况下，利用线路故障时产生的行波信号并且对其进行分析，后对其进行相关计算的一种方法，它是通过对故障后线路中产生的暂态行波进行实时跟踪并记录其在故障点与母线之间来回运动一趟所需要的时间，或是通过对故障行波到达母线两端的时间差与行波波速的乘积进行计算并得到故障位置的[5]。经过几十年的发展，现已发展到有A、B、C、D、E、F六种类型,其中A、C、E、F型为单端行波测距法，B、D型为双端行波测距法[6]。

单端行波测距法的关键技术就是准确测出初始行波到达母线测量端的时刻和其从故障点反射回来到达测量母线端的时刻，或是准确测出初始行波到达母线测量端的时刻和从对端母线反射回测量端的时刻[7,8]。双端行波测距法的关键技术就是通过两端母线处安装的测距装置记录故障行波分别到达两端母线的初始时刻，利用这两个初始时刻值的差值来计算得出故障位置[9-11]。

双端行波测距法的测距精度基本上不会因为故障位置、故障类型、接地电阻、线路长度等因素的原因而受到影响，但线路长度对波头的影响、行波波速的选择以及故

2

Matlab在输电线路故障测距中的应用

障时刻的准确提取问题仍会影响行波故障测距的精度。 1.3.2故障分析法

电力系统中，电力系统的运行方式是可知确定的，线路中的分布参数也是确定可知的，所以，一旦线路发生故障时，线路两端母线检测到的电流和电压均应为故障距离的函数。因此，故障分析法就是依据相应的特征构造相应的测距原理方程（比如用两端测到的数据计算得到的故障点电压相等、阻抗与距离成正比等）进行故障测距的。按所需要的测量数据信息来分类，故障分析法可以分为单端测距法和双端（或多端）测距法两种。

故障分析的单端测距法是利用线路一侧的电压电流值和参数来计算故障距离，从而得到故障点的位置的。常见的单端算法主要有故障电流相位修正法[12]，故障分量电流算法，解微方程算法，解一次方程法，解二次方程法，工频阻抗法[13-14]，故障电流迭代修正算法[15]。故障分析的双端测距法是根据线路两端的电气信息量来完成故障测距的。

故障分析的单端测距法仅仅使用线路一端信息，它的简单经济曾一度得到广泛的应用，但它无法消除过渡阻抗的大小和性质对测距精度的影响，从而后来制约了单端测距法的发展[16]。故障分析的双端法使用了双端信息，因此对端的系统参数不必引入,在原理上完全不必考虑过渡阻抗大小、性质和对端系统阻抗对测距精度的影响，所以双端测距法比单端测距法更能实现精确度高的故障测距[17]。 1.3.3智能化测距法

近年来，智能化理论引入故障测距的算法研究已经越来越多，智能化理论的发展对故障测距有着重大的意义[18-20]。不少相关的专家学者提出了许多新颖实用的测距方法，比如其中的神经网络和模糊理论尤为居多，还有如优化方法，模式识别技术，光纤测距方法等，但目前大部分方法处于研究阶段，还有待于各种智能技术的成熟发展。其中的小波变换理论[21]在输电线路测距当中的应用已经相当成熟，利用小波变换来检测和分析故障暂态信号的方法，可以针对行波测距法中不能对故障时刻准确提取的问题进行有效的解决。

3

Matlab在输电线路故障测距中的应用

1.4本文的主要内容

本文对故障测距方法的研究主要包括两方面的内容：测距方法和数字仿真。在测距方法上，先通过查阅大量的相关文献资料，分析目前常用的输电线路故障测距方法，最终选择行波测距法进行研究；仿真上主要是利用Matlab搭建仿真模型并进行simulink仿真分析，进行故障定位，以验证故障测距方法的可行性。具体有以下几个方面内容：

1)阅读大量的相关文献资料，分析现有的各种测距算法。

2)了解各种测距算法原理，最终选择行波测距法进行输电线路故障测距方法的设计，； 3)选择一个双端电源网络结构，建立输电线路故障测距数学模型。

4)利用Matlab仿真，验证算法的正确性，并分析不同故障类型、不同故障距离以及不同接地电阻对行波故障测距结果的影响。

4

Matlab在输电线路故障测距中的应用

2 高压输电线路的行波测距方法

2.1 故障行波的产生

如图2.1所示，当线路上F点发生故障时，我们可以采用叠加原理对其进行分析。F点短路时，F点电压变为零，这时我们可以视F点电压是由故障前正常电压Uf和故障后电压-Uf两者叠加而成，如图2.2所示。图2.2又可分解为正常状态分量和故障后分量图，分别如图2.3和图2.4所示。

图2.1 故障示意图 图2.2 叠加等效图

图2.3 正常状态分量图 图2.4 故障后附加状态图

故障后附加状态只有在故障发生后情况下出现，图2.4中-Uf与故障前正常电压大小相等，方向相反，其称为虚拟电源或是附加电源。在这一虚拟电源的作用下，将在故障F点产生向两端传输的故障行波。对故障测距的研究，我们要研究的是故障信息量，由上述分析可知，我们只要分析故障后状态分量的数据，即分析故障后分量电流电压的数据。 2.2 行波的传输特性

行波故障定位是利用故障后产生的高频暂态量包含的故障量信息来进行测距定位的。行波的频率一般在数百KHZ，所以应该采用分布参数模型对行波传输过程进行分析。图2.5就是一个长距离输电的线路的分布参数示意模型。

5

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库Matlab在输电线路故障测距中的应用(2)在线全文阅读。