[發(fā)明專利]一種基于湯遜理論電弧模型的故障單端測距方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610066780.9
• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN105738762A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王海港;謝民;孫月琴;黃太貴;邵慶祝;葉遠波;王同文
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)安徽省電力公司
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種故障單端測距方法，具體涉及一種基于湯遜理論的電弧模型推導(dǎo)，以及利用此模型進行故障單端測距的算法。

背景技術(shù)

根據(jù)各種故障的統(tǒng)計分析，在短路故障中，單相接地故障的次數(shù)幾乎占所有故障類型的90％左右，并且從故障錄波分析中發(fā)現(xiàn)，在相間故障中，相當一部分是由單相接地發(fā)展而來。特別是途經(jīng)山區(qū)地貌的高壓輸電線路，由于絕緣子閃絡(luò)、雷擊等原因，經(jīng)常發(fā)生因線路對周圍樹枝、毛竹放電以及火燒山火焰對線路放電造成單相高阻接地故障。單相高阻接地故障發(fā)生后，常常由于保護不能正確動作，輸電系統(tǒng)長時間非正常狀態(tài)運行，可能導(dǎo)致相間絕緣擊穿，轉(zhuǎn)化為相間甚至三相故障，使故障危害增大，嚴重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。高阻接地故障發(fā)生后，當人或牲畜靠近故障點時有接觸高電壓的危險；高阻接地故障發(fā)生大多伴隨電弧現(xiàn)象，容易引發(fā)火災(zāi)，可能導(dǎo)致生命和財產(chǎn)的重大損失。

高壓輸電系統(tǒng)中性點接地方式為直接接地，如果輸電線路發(fā)生金屬性接地故障，由于故障電流大，傳統(tǒng)繼電保護裝置能夠快速切除故障線路，防止故障蔓延。然而，如果在接地點存在數(shù)值較大的過渡電阻，例如絕緣子閃絡(luò)、雷擊、山火等原因引發(fā)的高阻接地故障，或者由于架空線經(jīng)樹枝、沙地等非金屬性導(dǎo)電介質(zhì)接地限制了故障電流大小，最終可能導(dǎo)致故障電壓和電流特征不明顯而不能被傳統(tǒng)保護裝置檢測和切除。

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)缺陷，迫切需要研制一種新型的故障單端測距方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點，提供一種基于湯遜理論電弧模型的故障單端測距方法，該故障打算測距方法使得單相接地故障易于被測算，從而降低事故的概率和損害程度。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于湯遜理論電弧模型的故障單端測距方法，其包括以下步驟：

(1)、建立湯遜理論的模型方程：

i＝I_Se^ad(1)

其中：i為電弧電流，I_s為由外電離因素引起的飽和電流，d為電弧長度，α為碰撞電離系數(shù)；

并且，碰撞電離系數(shù)α與電弧空間中電場強度E在一定電弧電壓范圍內(nèi)呈如下正比函數(shù)關(guān)系：

α/δ＝A·E/δ(2)

其中：δ為空氣相對密度，α/δ反映每次碰撞平均產(chǎn)生的電子數(shù)，E/δ反映電子在平均自由程上由電場獲得的能量，A為正比系數(shù)；

(2)、從湯遜碰撞理論中推導(dǎo)出空氣電弧中電壓與電流的對數(shù)關(guān)系，具體地：

根據(jù)理論可知，能夠假定：

i＝I_Se^ad-I_S＝I_Se^AEd-I_S(3)

u＝E·d(4)

則

i＝I_Se^Au-I_S(5)

u＝U_T·ln(i/l_S+1)(6)

其中：u為電弧電壓，i為電弧電流，U_T、I_S為常數(shù)；

通過式(6)即可從湯遜碰撞理論中推導(dǎo)出空氣電弧中電壓與電流的對數(shù)關(guān)系；

(3)、將故障點電壓u_F建立關(guān)于零序電流i₀的對數(shù)模型，具體地：由于在交流電壓下的電弧對數(shù)模型如下式所示：

u＝sgn(i)·U_Tln(|i|I_S+1)(7)

因此，故障點電壓u_F建立關(guān)于零序電流i₀的對數(shù)模型為

u_F＝sgn(i₀)·U_Tln(|i₀|/I_S+1)(8)

(4)、將式(8)中線路參數(shù)表達為單位距離線路電阻電感參數(shù)和故障距離l的乘積，并將電弧對數(shù)模型代入，得到下述公式：

令

將式(8)簡化成下述公式：

其中：a₁和i₀均可在測量端計算出；待定參數(shù)有：1為測量端到故障點的故障距離，U_T和I_S為電弧對數(shù)模型參數(shù)，R_F為故障支路除去電弧之外的電阻；