带串补或高抗的输电线路故障测距补偿算法研究

游昊，解良，孔德志，杨远航，石恒初，赵明，李银银，卢佳

（1.云南电力调度控制中心，昆明 650011；2. 云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217）

0 前言

为提高输电线路输送能力和系统稳定性，减少电压降落，需要在输电线路中加入串联电容补偿装置（串补），另外，为了改善超高压输电线路沿线电压分布和无功分布，限制系统过电压，会在高压输电线路端部安装高压并联电抗器（高抗）[1-2]，串补和高抗的使用会破坏原输电线路阻抗分布的均匀性，给双端故障测距方法的应用带来困难。近年来，国内外学者提出了不少关于带串补或高抗线路的故障测距方法。文献[3]利用单端量法进行故障测距，但是无法克服过渡电阻和对侧系统阻抗变化的影响。文献[4-6]提出针对串补线路的双端量故障测距算法，但它们需要通过搜索或迭代方法来求解非线性方程，计算十分复杂。文献[7-8]的输电线路故障测距算法都考虑了线路高抗的影响，但这些算法把实际线路参数作为已知量代入测距方程，测距结果依然存在较大误差。随着主站端功能实用化技术[9-12]对调度决策精益化支撑力度要求的提高，研究带串补或高抗输电线路的故障测距方法意义重大。

本文分析了高抗和串补对输电线路测距的影响，对含串补和含高抗的高压输电线路提出了对应的双端故障测距方法。

1 串补对双端故障测距方法的影响

双端测距算法使用故障录波提供的线路两侧电压、电流进行计算，串补自身压降将对线路电压测量产生“分压”效率，从而对线路故障测距结果产生影响。因此，线路双端故障测距方法能否应用于串补线路主要取决于串补装置相对于线路电压互感器的位置。

图1（a）所示，M侧安装串补且线路电压互感器较串补靠近线路，此接线方式下M侧线路故障录波装置采集的电压不受串补压降影响，因此可直接应用线路双端故障测距方法进行测距。

图1（b）所示，M侧安装串补且串补较线路电压互感器靠近线路，此接线方式下M侧线路故障录波装置采集的电压将受串补压降影响，无法直接利用线路两侧故障电压电流开展双端测距。

图1（c）所示，串补位于线路中间，M侧、N侧线路故障录波所测得电压均受串补分压影响，同样无法直接利用线路两侧故障电压电流开展双端测距。

图1 串补位置图

2 带串补线路的故障测距方法

2.1 串补位于线路端部的故障测距方法

如图2，线路MN的M端装有串补，线路长度为l，单位公里长度线路的正序、负序和零序阻抗分别为Z1、Z2和Z0，M端和N端的电压分别为和串补靠近线路侧的电压为M侧的故障相电流和正序、负序、零序电流分别为和N侧故障相电流和和正序、负序、零序电流分别为和。假设故障点距M端的距离为lk，根据线路双端测距原理，有：

联立式（1）和式（2），可得：

图2 串补位于线路端部示意图

2.2 串补位于线路中部的故障测距方法

如图3，假设线路MN中部装设有串补，串补距M端的距离为lMC，串补距N端的距离为lNC，串补的工频阻抗为ZC，单位公里长度线路的正序、负序和零序阻抗分别为Z1、Z2和Z0。

图3 串补位于线路中部示意图

仅根据线路两侧故障信息无法提前判断故障区段，则需假设故障位于串补不同侧分别进行计算，并根据计算结果筛选故障距离。

首先假设故障位于M端与串补之间，故障点距M端的距离为lkm，串补靠近M侧的电压为则有：

联立式（4）、（5）、（6），可得：

假设故障位于N端与串补之间，故障点距N端的距离为lkN，串补靠近N侧的电压为与故障位于M端和串补之间类似，有：

根据式（7）和式（8），可获得2个计算结果，但仅有一个值为真值。判断依据如下：lkm∈[0，lMC]，且lkN[0，lNC]，选择lkm作为故障测距结果；如lkm[0，lMC]，且lkN∈[0，lNC]，则选择lkN作为故障测距结果。

3 含高抗线路故障测距方法

通常线路高抗安装在线路单侧或两侧站内，下文以两侧均安装高抗的线路为例，介绍含高抗线路测距算法。如图4所示，线路MN的M端装有高抗LM，N端装有高抗LN，线路长度为l，单位长度线路的正序、负序和零序阻抗分别为Z1、Z2和Z0。

图4 带高抗线路示意图

联立式（9）-（13），即可得到带高抗线路的故障测距结果。

以3条500 kV线路实际故障案例，进行故障测距方法验证，从测距结果来看，本文所提方法测距结果误差在2 km以内，优于线路保护及故障录波提供测距结果。

4 结束语

综上所述，分析了串补和高抗对高压输电线路双端故障测距算法的影响，对于含串补的高压输电线路，研究了串补位于线路不同位置时对测距算法的影响差异。对于带串补或带高抗的高压输电线路提出了相应的双端故障测距方法，该方法仅需线路参数、线路两端的电流及电压、串补参数和高抗参数即可进行故障测距。