500kV输电线路故障定位与故障综合分析

复旦大学500kV输电线路故障定位与故障综合分析答辩人：指导教师：高厚磊教授山东大学电气工程学院2016.5目录背景简介基于故障录波数据的故障起始点检测算法基于故障录波数据的故障测距实用方法故障综合分析软件开发结论与展望

背景简介500kV电网构成电力系统基本骨架，故障发生后保护正确的动作及快速准确的故障定位，有着重要的经济意义及社会价值；故障定位算法分为单端及双端故障定位，单端法测距精度有限，双端故障定位测距精度更高；双端故障定位算法准确定位的基础之一是获取误差较低的电气信息量，无GPS同步时钟装置时，准确的故障起始点检测算法可提供近似的同步电气信息量。

一、传统相电流突变量检测原理图1某线路A相接地故障故障相电流波形仿真图

基本原理：稍作改动：判别依据：连续三个点超过门槛值基于故障录波数据的故障起始点检测算法二、改进的相电流突变量检测算法图2益都站B相电流放大波形图

现状：山东电网故障录波器故障录波时采样频率3.2kHz，检测误差一个点，电角度偏差5.625°。影响因素：故障发生时刻不同，故障发生之后的一个或几个点具有随机性。解决方法:提出基于相电流突变量的故障起始点七点检测法。基于故障录波数据的故障起始点检测算法二、改进的相电流突变量检测算法

AB(0，1，0)或（0,1,1）满足（0,0，1）满足（0,0,0）（0,1,1,1）（1，X,X,X）当B中至少有三个点满足条件时，此时认为故障起始点位于对应的采样点处或之前，否则认为在其之后。当组合B满足条件时，如表1。基于故障录波数据的故障起始点检测算法表1改进的故障起始点检测算法三、改进的相电流突变量检测算法与传统算法的结果对比

基于故障录波数据的故障起始点检测算法表2

相电流突变量检测法运行结果表

线路名称变电站名传统改进人工查找益川I线益都站375372372淄川站362361361维泽线潍坊站371371371大泽站650649649聊长II线聊城站381380380长清站357357357陵滨线陵县站703702702滨州站679679679济淄II线济南站368368368淄博站650650650结论：改进的相电流突变量检测算法检测故障起始点效果良好。

一、双端非同步测距算法基于故障录波数据的故障测距实用方法如图2，输电线路采用分布参数且给定，假设M、N两端电气量数据不同步角度为，线路误差归算系数为。将误差归算系数带入到上述方程（1）中，可以求得不同步角度为：图2

双端供电系统稳态运行示意图采用电压、电流正序量，根据传输线方程，则：基于故障录波数据的故障测距实用方法如图3，当线路F处发生故障时，采用电压电流正序量，根据传输线方程，则：在F处，带入上述方程，则有如下等式：图3

双端供电系统故障工况示意图基于故障录波数据的故障测距实用方法式（5）中，m、n均为实数，则由此可得：式（5）中，等式左右两侧相角相等可以得到则可以求得故障距离计算公式为：二、双端非同步故障定位结果汇总线路名称长度故障录波器巡线双端非同步δ维泽线62.24926.1525.95126.42-2.37陵滨线129.97239.1245.47548.875.90益川I线80.75374.0468.4469.06

-3.15济淄II线72.39048.5652.1251.00-3.50聊长II线74.26135.4340.3641.210.92基于故障录波数据的故障测距实用方法线路名称故障录波器双端非同步维泽线0.3200.753陵滨线4.8902.612益川I线6.9350.991济淄II线4.9181.547聊长II线6.6391.145表3

双端非同步故障定位结果汇总表4

双端非同步故障定位误差（100%）结论：双端非同步故障定位较之于传统的故障录波器定位的结果误差较小，定位精度高，可靠性强。

三、双端近似同步故障定位基于故障录波数据的故障测距实用方法表5

双端近似同步故障定位结果汇总（）结论：除个别线路外故障定位准确许多，其误差也相对较小。

线路名称长度故障录波器巡线双端近似同步维泽线62.24926.1525.95130.19陵滨线129.97239.1245.47546.07益川I线80.75374.0468.4469.89济淄II线72.39048.5652.1251.99聊长II线74.26135.4340.3641.16表6

双端非同步故障定位误差（100%）线路名称故障录波器双端近似同步维泽线0.3206.810陵滨线4.8900.458益川I线6.9351.994济淄II线4.9180.180聊长II线6.6391.077一、故障选相故障综合分析图4

故障选相流程图故障综合分析表7

故障线路单端相电流差工频变化量线路名称站名幅值相角幅值相角幅值相角维泽线潍坊10.1770.3300.305-89.98810.179178.612陵滨线陵县0.13621.0816.479-172.8076.3476.897益川I线益都5.434-58.7105.361120.2030.126175.213济淄II线济南0.13621.0816.479-172.8076.3476.897聊长II线聊城6.686-116.65111.215-166.76216.33031.547表8

故障线路选相结果汇总线路名称M端N端长度（km）故障类型选相结果M端Ｎ端维泽线潍坊大泽62.249AgAgAg陵滨线陵县滨州129.972CgCgCg益川I线益都淄川80.753BgBgBg济淄II线济南淄博72.39CgCgCg聊长II线聊城长清74.261CAgCAgCAg故障综合分析图5-a

正序故障附加状态二、系统等值阻抗图5-b

负序故障附加状态图5-c

零序故障附加状态Ｍ端系统正序阻抗：Ｍ端系统负序阻抗：Ｍ端系统零序阻抗：故障综合分析表4-6

故障线路两端系统等值阻抗（欧姆）线路名称站名正序等值阻抗负序等值阻抗零序等值阻抗维泽线潍坊0.6086+13.2767i0.9152+12.0937i7.2657+25.3772i大泽1.5160+16.2092i1.5287+11.7791i2.5106+15.1662i陵滨线陵县3.0736+22.9685i1.7958+23.5535i3.0301+24.9156i滨州0.8742+9.0553i0.8192+8.8581i2.3746+16.2728i益川I线益都2.4460+23.6843i3.4837+20.8810i6.7979+27.8064i淄川0.0833+8.9123i1.5153+7.9051i5.0363+15.8248i济淄II线济南2.8237+11.6946i2.2030+11.3772i4.5607+18.6945i淄博1.6313+8.6950i1.2009+8.6762i3.1994+13.8960i聊长II线聊城3.2450+11.6372i1.4994+14.2689i2.6827+9.9931i长清5.6631+17.1867i1.5196+22.1205i5.5463+17.6000i故障综合分析三、过渡阻抗1）单相故障时：图6-a

单相故障示意图则：图6-b

两相接地故障示意图2）两相故障时：边界条件：故障综合分析表4-7

现场故障线路过渡阻抗一次值（欧姆）线路名称长度(km)故障类型过渡阻抗(欧姆）维泽线62.249Ag4.0796+0.2713i陵滨线129.972Cg0.1948-0.4988i益川I线80.753Bg0.9718+0.1427i济淄II线72.39Cg0.6390-1.3194i聊长II线74.261CAg5.4473+0.3738i分析：从过渡阻抗的计算结果来看，其过渡阻抗值普遍比较小，经反复验证，不论是理论还是求解过程均无错误，推断是由于7、8月份雨天故障所致。故障综合分析四、保护动作行为分析——距离保护圆特性相位比较判据：表4-8

故障线路测量阻抗及整定阻抗（欧姆）线路名称站名A相测量阻抗B相测量阻抗C相测量阻抗I段整定阻抗维泽线潍坊9.2∠53.2°62.9∠-50.2°58.3∠-163.2°14.3∠81.1°大泽12.6∠55.5°45.8∠-49.7°49.3∠-162.7°14.3∠81.1°陵滨线陵县68.3∠-28.4°66.8∠-141.0°12.8∠82.5°30.7∠84.8°滨州118.0∠-21.9°123.1∠-136.8°22.6∠84.0°30.7∠84.8°益川I线益都77.6∠-147.1°19.3∠79.3°87.4∠-39.2°18.6∠83.8°淄川26.6∠-141.8°3.4∠80.9°25.1∠-35.5°18.6∠83.8°济淄II线济南55.6∠-32.2°63.5∠-147.2°12.8∠80.4°17.4∠84.7°淄博30.2∠-39.6°29.3∠-148.6°5.6∠79.4°17.4∠84.7°聊长II线聊城11.1∠89.9°72.7∠-80.8°11.3∠79.2°18.7∠86.1°长清9.0∠89.1°83.0∠-87.2°9.8∠82.5°18.7∠86.1°故障综合分析表4-9

圆特性下的相位比较判据（度）线路名称站名ABC维泽线潍坊62.81171.55-168.70大泽87.26

168.89-167.01陵滨线陵县160.66-165.993.94滨州166.95-172.063.03

益川益都-170.82117.43170.91淄川-161.453.55154.63济淄济南166.26-169.5516.00淄博160.24-160.647.80聊长聊城-9.31177.3317.18长清-5.78178.777.55说明：满足动作条件的则处于保护I段动作区间。故障综合分析四、保护动作行为分析——纵联电流差动保护

动作判据：为满足灵敏性的要求，采用带有制动的单折线特性。制动特性曲线初始平滑段（即制动系数为0）根据运行经验取为0.5倍额定电流，制动特性曲线上升段根据运行经验斜率取为0.5（即制动系数取为0.5）。图7

带制动特性的纵差保护动作特性故障综合分析线路名称类别A相B相C相分析结果维泽线差动电流4.57950.02140.0226A相满足动作条件制动电流0.2870.28590.0432陵滨线差动电流0.05770.09075.3443C相满足动作条件制动电流0.3550.4060.3937益川I线差动电流0.0359.33820.0239B相满足动作条件制动电流0.16615.18070.3092济淄II线差动电流0.0530.06149.5732C相满足动作条件制动电流0.26030.43222.5934聊长II线差动电流3.89570.02856.9923A、C相满足动作条件制动电流0.42910.29110.7269表4-10故障线路纵联电流差动数据及分析结果（A）分析：纵联电流差动数据与分析结果相互对应，其分析结果与之前选相结果也是相互对应的，进一步验证所用理论方法的正确性。故障综合分析四、保护动作行为分析——方向纵联保护假设：方向纵联保护的判别条件：1）当时，区内故障；2）当时，区外故障。其中，、分别为保护安装处测得的正序故障分量电压以及正序故障分量电流，为二者之间的相角差。根据运行经验可取30°。故障综合分析表4-9

故障线路方向纵联保护运行数据及故障方向线路名称站名故障方向维泽线潍坊46.260∠-93.140°3.480∠-0.515°267.375°正方向大泽42.737∠-93.758°2.634∠-9.206°275.449°正方向陵滨线陵县50.988∠150.423°2.128∠-111.926°262.348°正方向滨州21.757∠156.161°2.391∠-108.327°264.488°正方向益川益都42.130∠146.018°1.770∠-118.567°264.585°正方向淄川54.012∠146.266°6.060∠-123.198°269.464°正方向济淄济南36.200∠-82.711°3.009∠20.864°256.425°正方向淄博44.446∠-82.701°5.024∠17.925°259.374°正方向聊长聊城71.838∠143.967°5.946∠-110.453°254.419°正方向长清90.246∠145.669°4.987∠-106.093°251.763°正方向分析：满足正方向判别条件时与实际发生故障的位置是一致的，通过前述故障定位结