[發明專利]一種計及電纜分布電容的直流配電線路單端故障測距方法

有效

• 申請號: 201810586235.1
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108957225B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 段建東;汪鑫鑫;楊青;魏朝陽;李再男
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 李娜

本發明公開了一種計及電纜分布電容的直流配電線路單端故障測距方法，步驟1、建立計及電纜分布電容的故障測距模型，并推導在計及電纜分布電容情況下的故障測距方程以及常系數公式；步驟2、采集故障后的整流側正極電壓和整流側正極電流，代入常系數公式得到多組系數，將多組系數代入故障測距方程形成超定方程組；步驟3、應用最小二乘法解上述超定方程組，得到故障距離x和過渡電阻R_f。針對當前直流配電線路故障測距所存在的問題，推導了計及電纜分布電容的故障測距方程，并應用最小二乘法對方程進行參數識別，為直流配電系統提供低成本、高精度的故障定位方法。

技術領域

本發明屬于電力系統故障定位方法技術領域，具體涉及一種計及電纜分布電容的直流配電線路單端故障測距方法。

背景技術

直流配電網因其電能質量好、便于分布式電源接入、供電容量大等優點，引起國內外廣泛關注。與交流配電系統類似，直流配電系統所使用的電力電纜大多為直埋敷設，其故障主要是由工隊施工或絕緣老化造成。電力電纜不論是發生單極接地故障還是極間故障，由于無樹枝、電線桿等高阻性物質的存在，故障點處的過渡電阻通常不大。據統計，單極接地故障發生的概率往往較大。當直流配電線路上發生單極接地故障時，直流側出口處大電容的存在使得線路上流過迅速增大的故障電流，導致直流斷路器快速動作。為能及時排查出故障位置并恢復供電，提高供電可靠性，研究一種準確的故障測距方法顯得尤為重要。

目前直流配電網的故障測距研究還在初級階段。國內提出的直流配電電纜故障測距方法絕大多數都是基于線路的R-L模型。當直流配電線路發生故障時，直流斷路器首先動作開斷故障區段，然后將一個帶初始電壓的電容和電感投入故障回路中，利用快速傅里葉變換得出電容放電電流的特征頻率，通過數值擬合得到電容放電電流的衰減系數，再利用特征頻率和衰減系數兩個等式計算出故障距離和過渡電阻。該方法最終通過計算出的故障電感來確定故障距離，在實際運行中，電纜易受沿線環境影響，導致其電感分布不均勻的，且放電電流屬高頻信號，電纜的集膚效應也會影響定位精度。為消除電感分布不均對定位精度的影響，有學者利用雙端測量法，在故障區段的兩端都投入電容和電感，分別通過Prony算法提取特征頻率和衰減系數，聯立特征頻率和衰減系數兩個等式消去線路電感參數，然后利用兩端的測量參數計算出故障距離。注意故障線路兩端的電容不能同時投入，否則會形成高階電路。上述兩種定位方法雖然可以快速準確地實現定位，但需在故障區段額外投入含電容和電感的定位模塊，成本較高。國外也對直流配電系統的故障測距進行了一定研究，有研究提出了基于電感的故障測距方法，利用電容電壓和線路初始階段的電容放電電流計算出故障電感，從而得到故障距離。這種方法需要在測量點處安裝足夠大的電容器。在此基礎上有學者開發了一個基于阻抗的故障定位裝置，將該離線裝置的電容放電電流注入到所隔離的故障段，利用電容放電電流的頻率來實現故障定位，但是這種方法不能在線應用。隨后有學者提出了一個可在線應用的基于本地測量信息的故障檢測和定位算法，并在硬件測試平臺上在線實現了該算法。基于此，有人提出了一種考慮電纜分布電容的單端頻域故障測距方法，但該方法需投入定位模塊，成本較高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種計及電纜分布電容的直流配電線路單端故障測距方法，能夠為直流配電系統提供低成本、高精度的故障定位方法。

本發明采用的技術方案為，一種計及電纜分布電容的直流配電線路單端故障測距方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1、建立計及電纜分布電容的故障測距模型，并推導在計及電纜分布電容情況下的故障測距方程以及常系數公式；

步驟2、采集故障后的整流側正極電壓和整流側正極電流，代入常系數公式得到多組系數，將多組系數代入故障測距方程形成超定方程組；

步驟3、應用最小二乘法解上述超定方程組，得到故障距離x和過渡電阻R_f。

步驟1推導在計及電纜分布電容情況下的故障測距方程具體過程為：