一種風電場集電線路單相接地故障測距方法與流程

本發明屬于電力系統故障檢測與保護領域，特別涉及一種風電場集電線路單相接地故障測距方法。

背景技術：

風電已成為我國第三大電源，風電場內故障的快速定位與修復，對于并網電力系統的安全運行具有重要意義。然而風電場主要分布在走向和主風向平行的隘口和峽谷，高原和臺地，比較突出的山脊和山峰，海岸以及島嶼的迎風和側風角等較高平均風速的地理位置，受自然環境等因素影響，集電線路故障概率高，特別是集電線路上各風機支路t接接入，故障后多電源饋出短路電流，而可供利用的量測信息僅能從集電線路出口處量測獲得，受信息量不足的局限，發生故障后定位非常困難。截止目前，關于風電場場內集電線路故障測距的研究幾乎處于空白狀態。

單端故障測距算法從原理上來講，分為兩類：阻抗法和行波法。行波法通過測量行波波頭在觀測點和故障點之間來回往返的時間實現故障測距，但是集電線路多風電支路t接，導致了觀測點與故障點之間的不連續點眾多，因此難以準確識別來自故障點的反射波頭，導致了單端行波法無法在集電線路上應用。阻抗法通過描述觀測點至故障點之間的集電線路方程，利用集電線路出口量測電壓、電流量，計算觀測點至故障點之間的等值阻抗，從而實現故障定位；該方法應用到風電場集電線路，主要面臨的困難是故障后集電線路所連接的各風機支路均為電源支路，均向故障點注入故障電流，且各支路故障電流無法量測，使得直接應用阻抗法測距精度不可信。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種風電場集電線路單相接地故障測距方法，測量風電場集電線路保護安裝處的故障相電壓、相電流以及零序電流作為輸入量；基于均分原則近似求解出每臺風機故障后的支路電流；基于集電線路上各風機的實際接線拓撲結構，寫出保護安裝處至故障點之間的線路描述方程，然后將量測量依次代入該方程，假設故障區段初值并逐步搜索計算故障距離，當計算得到的故障距離值測距結果恰好位于假設的故障區段時，搜索結束，此時的故障距離值即為測距結果。

為了達到上述目的，本發明的技術方案為：

一種風電場集電線路單相接地故障測距方法，包括以下步驟：

(1)測量風電場集電線路出口保護安裝處的故障相電壓相量故障相電流相量零序電流相量作為輸入量，其中φ為故障相別：a相、b相或c相；

(2)基于均分原則計算故障后每臺風機的支路電流

其中n為該集電線路上所連接的風機數量；

(3)將連有n臺風機的集電線路以風機支路并網節點作為分界點，分成n段，每一段的長度分別為l1、l2……ln，從m＝1開始對l1進行搜索，m值依次增加，對應搜索的區段也相應增加，直到求出的測距結果l在所搜索的區段為止，最后一次得到的l值則為測距結果；

m＝(1,2,3,4…n-1,n)

z1、z2、z0為集電線路單位長度的正、負、零序阻抗；

k為零序電流補償系數，k＝(z0-z1)/3z1；

rf為過渡電阻。

本發明的特點及技術效果：

本發明充分利用風機箱式變壓器高壓側采用三角形接法導致零序電流無法通過的特點，僅利用集電線路出口電流量測量即可近似得到每臺風機支路的電流，無需安裝新量測設備，成本低，算法計算量小；本發明方法是一種搜索式測距方法，不存在解方程法的偽根問題和迭代法的不收斂問題，具有很高的實用價值。

附圖說明

圖1為應用本發明方法的風電場結構示意圖。

圖2為風機支路接線示意圖。

圖3為風電場集電線路單相接地故障后零序等值網絡圖。

具體實施方式：

本發明提出的一種風電場集電線路單相接地故障測距方法，實施例詳細說明如下：

應用本發明方法的雙饋風電場模型如圖1所示，集電線路長度為15km，線路參數值如表1所示。集電線路上一共連接了5臺1.5mw的雙饋風機，集電線路上每兩臺風機之間的間距為3km，因此將風電場集電線路分成5個區段，每個區段長度3km。圖2給出了集電線路上任一風機支路的詳細拓撲結構，可見，風機箱變的35kv高壓側為三角形接線方式，使得集電線路發生單相接地故障后，零序電流無法流向風機支路；因此可以得到圖1所示系統對應的零序等值網絡圖，如圖3所示。應用本發明方法的故障測距裝置分別通過電壓互感器(pt)、電流互感器(ct)量測母線電壓和集電線路電流值。假設圖1中d點發生單相接地故障，實際故障距離為9km，過渡電阻為10ω。

表1風電場集電線路主要參數

1)測量線路在保護安裝處故障相電壓相量、相電流相量、零序電流相量、作為輸入量，即(故障相為a相)：

a相電壓

a相電流

零序電流

2)基于均分原則計算故障后每臺風機的支路電流

3)逐步分段搜索得出測距結果：

假設故障點位于第1區段，將步驟1)得到的量測量帶入

計算得到l＝9.293km，故障距離與故障區段不符，因此判定為不在此區段，繼續搜索。

進一步假設故障點位于第2區段，將步驟1)得到的量測量帶入如下公式：

計算得到l＝9.175km，故障距離與故障區段不符，因此判定為不在此區段，繼續搜索。

再假設故障點位于第3區段，將步驟1)得到的量測量帶入如下公式：

計算得到得l＝8.968km，故障距離與故障區段相符，搜索完畢，得出測距結果為8.968km。

表2風電場集電線路上不同故障點的測距結果與誤差