Analysis of the harmful effects to buried oil pipeline from power line short-circuit fault

Based on the transmission line theory of the buried metallic structures, the concerned harmful effects to the buried oil and natural gas pipelines caused by the power line short-circuit fault are further discussed. A closed-form expression of the induced voltage caused by the short-circuit fault of the ultra-high voltage power （UHVAC） transmission line is given. The transmission line model of the buried pipeline is set up and a set of formulas for calculating induced voltage on the pipeline and the parameters of the buried pipeline in actual environment condition are given. At last, the characteristic of the harm^hl effects on the buried pipeline from the power line short-circuit fault are discussed.

基于双层阻抗模型的三相单芯电缆自恢复故障定位

地下电缆的失效过程伴随着周期性发生的自恢复故障。快速准确地定位这类故障能够在电缆发生永久性击穿之前发现电缆潜在故障位置,为电缆的运维检修提供依据。计及电缆金属护层的影响,提出一种基于双层阻抗模型的三相单芯电缆自恢复故障定位方法。推导了双层阻抗模型下,三相单芯电缆导芯-护套自恢复接地故障和导芯-护套自恢复短路故障下的故障回路方程。利用电缆首端监测的电流电压波形,在较短故障时间下得到故障位置信息,最后通过最小二乘回归法实现了三相单芯电缆自恢复故障定位。大量仿真表明,计及电缆护套行为的故障定位算法能够准确识别电缆自恢复故障位置。该算法相对于只考虑导芯阻抗的算法更符合电缆实际模型,能够反映三相单芯金属护层的电气行为。

计及金属护层结构的电缆单端故障测距方法

单芯电缆大部分故障均与金属护层相关,仅考虑导芯电气结构参数的模型无法实现护层的相关故障测距。基于双π模型,提出了计及电缆金属护层的单端故障测距方法。利用导芯及护层首端电气量得到线路沿线的电流值,根据非故障相对应故障点处前后电流故障分量相等的特征,可迭代搜索得到故障距离。该方法只需利用导芯及护层首端故障分量的相量值,能够实现护层对地故障、芯–护层故障以及芯–护层对地故障的准确测距。大量仿真结果表明,该方法测距精度高,且不受故障距离、故障类型、故障电阻、故障初相角以及电缆护层接地方式的影响。

考虑金属护层耦合的高压电缆单相接地故障定位方法

针对电缆导芯和金属护层之间存在电磁耦合影响故障定位准确精度的问题,提出一种考虑金属护层耦合的高压电缆故障定位方法。该方法通过双τ分布参数模型建立电缆导芯和金属护层耦合关系,利用首末端的电气量,进而确定电缆导芯分布电压的表达式。然后以首末端分别计算的故障点导芯电压瞬时值差值来构造定位判据,同时对不良数据进行有效剔除,采用混沌粒子群搜索法求解故障精确位置。利用PSCAD/EMTDC仿真模型所得数据进行计算,结果表明在不同故障距离、故障电阻下所提故障定位算法都具有较高的精度。

基于双端电气量的串补输电线路故障测距算法

装设串补装置的输电线路,由于与串联电容并联的保护元件金属氧化物可变电阻(metal oxide varistor,MOV)的非线性,使得一般线路的故障测距方法不能直接用于串补线路的故障测距。为此,在贝瑞隆(Bergeron)线路模型下推导了利用本端电压和对端电流计算本端电流的公式,并将推导公式运用于故障测距,提出一种串补线路故障测距算法,该算法利用双端电压电流进行测距,采用分布参数时域模型,理论上不依赖串补装置的模型,不受MOV非线性的影响。利用PSCAD和Matlab进行仿真,结果表明,该算法测距精度高,且不受故障类型、故障位置和过渡电阻的影响。

基于行波固有频率的串补线路故障测距方法

串联电容及其非线性保护装置给串联补偿线路的故障测距带来了困难。在考虑串联电容及其保护装置对频率提取及边界条件影响的基础上,研究了基于行波固有频率的串补输电线路故障测距算法。该算法首先利用单端电流频率信息判断故障发生在串联电容前或串联电容后,对于发生在串联电容后的故障,需要考虑串联电容处的折反射对测距算法的影响,然后依据故障距离与固有频率、边界条件间的数学关系进行精确测距。大量仿真结果表明该算法不受故障距离、故障类型和过渡电阻的影响,具有良好的测距精度和适应性。

串补输电线路的精确故障定位算法

在具有串联电容器的输电系统中,由于具有非线性伏安特性的MOV(用于串补的过电压保护)的存在,使得常规的故障定位方法不能适用。文章提出了一种适用于串补输电线路的故障定位算法,计及了故障时串补及其保护装置的状态。算法利用两端不必同步的电压电流数据,分为两个子算法,分别假定故障位于串联电容器之前和串联电容器之后,最后通过比较不同序中的解,求出故障点的位置。仿真计算表明该算法对于不同的接地电阻和不同的故障类型有很高的精度。

串补高压输电线路故障位置识别新方法

基于小波分析理论,提出了一种串补高压输电线路相对于串补电容的故障点位置识别方法。通过仿真采集输电线路不同位置故障时的双端故障电流,应用小波分析对故障电流的奇异性进行分析,对比各频段小波分解系数的奇异性变化规律,寻找出一种可以用于识别相对于串补电容位置的故障点特征量。该方法仅利用MOV导通前的一段时间的电流信号,避开了MOV导通后串补电容上电压难以获得的问题。大量PSCAD/EMTDC仿真表明,该方法简单,运行速度快,准确率高,不受电压等级、串补度、故障类型、故障距离、过渡电阻、故障起始时刻等随机因素的影响。

张北柔直电网金属回线故障监测研究

±500kV张北柔直电网金属回线正常时无压,有单回、双回同杆并架2种线路形式,在单、双回线连接处波阻抗存在不连续问题,常规方法难以满足金属回线故障监测的需求。文中分析了张北柔直电网金属回线的波阻抗及行波折反射特点,提出了基于差模时域反射法的故障监测系统方案和波形比较分析方法,通过施加差模量脉冲信号实现故障监测,通过波形比较法消除线路波阻抗不连续引起的行波反射,并凸显故障点特征。仿真和现场试验表明,该系统及方法能适应张北柔直电网金属回线的工况,可以克服线路波阻抗不连续的问题,故障监测具有较高的可靠性和灵敏度,测距精度优于300m。

串补输电线路故障定位方法研究

串联补偿电容的使用使得线路的阻抗不再均匀,在具有串联补偿电容的输电线路中,由于氧化锌非线性电阻(MOV)的非线性特性,导致常规的故障测距方法不再适用。提出了一种适用于串补输电线路故障定位的改进算法,该算法采用分布参数模型,不考虑故障时串补及其保护装置的状态,利用故障后到MOV导通前线路两端的数据,并用全球定位系统(GPS)对线路两端采样数据进行同步。仿真研究表明,该算法具有较高的精度和较强的适应性。

一种配网地下电缆故障定位新方法

随着能源需求的增加,目前城市中地下电缆的使用不断增多。提出一种配网系统中地下电缆故障定位的新方法,该方法仅利用单端量测信息就可实现故障定位。首先分析了地下电缆的结构,确定了电缆各项物理参数的计算公式;然后以A相芯-护套-地故障为例,利用继电保护装置端量测的电压、电流数据,计算故障点电压和故障点电流,并将计算方法推广至芯-护套和芯-地故障。最后利用PSCAD EMTP进行仿真,对比了在不同故障阻抗、故障类型、接地方式等情况下本文故障定位方法的误差,说明了本文所提方法的有效性和适应性。

基于Teager能量谱极限学习机的GIL局部放电识别

对气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)设备进行局部放电故障诊断与定位对其内部绝缘保护具有重要意义,由于GIL呈全封闭结构,现有外置式的检测方式对内部缺陷检测不够敏感,无法实现局部放电的量化描述与定位。因此,提出一种基于Teager能量谱极限学习机的局部放电故障诊断与定位方法。以脉冲电流能量波动特征与频段为分析对象,首先,利用Teager能量算子提取不同放电故障位置的能量波动特征;其次,利用小波包变换对不同位置的放电故障能量特征频段占比进行计算;最后,结合极限学习机(ELM)对GIL设备局部放电故障进行定位与诊断。结果表明,不同位置的局部放电缺陷能量波动差别明显,利用小波包变换分析后的特殊频段能量占比可以作为故障分类的依据。通过与其他在线监测方法的对比,表明ELM可以实现GIL设备局部放电故障的有效定位与诊断。

一种计及MOV动作特性的串联补偿线路故障位置识别方法

串联补偿设备中的串联电容通常采用金属氧化物变阻器(metal oxide varistor,MOV)作为其主保护。MOV具有典型的非线性特征,故障后其会对串联补偿设备等值阻抗产生较大的影响。而传统基于模型参数的故障位置识别方法均未考虑故障后MOV动作特性对串联补偿设备等值阻抗的影响。根据Goldsworthy大量实验测试结论,提出了一种新的、基于模型参数的串联补偿线路故障位置识别方法。该方法从原理上计及了故障过程中MOV的动作特性对串联补偿线路阻抗的影响;而在实现过程中其又无需知道串联补偿装置的相关参数和具体工作状态,而仅通过采样值的数字运算就能得到准确的故障位置识别结果。与传统算法相比,该方法在整个故障过程中均能得到稳定的判断结果。通过EMTDC/PSCAD和MATLAB软件仿真计算验证了该方法的准确性和有效性。

考虑金属护层结构的电缆新型故障测距方法研究

单芯电力电缆的很多绝缘故障都和金属护层有关,只研究电缆导芯的简化结构模型不能进行护层相关故障的测距。基于分布参数模型,提出一种考虑电缆金属护层的新型故障测距方法。首先,使用分布参数理论分析计及金属护层的故障电缆等效分布参数电路,建立电压、电流方程;然后,通过边界条件求解电压、电流方程中的未知参数,得到故障点前、后的电压、电流值;最后,通过构建测距方程迭代搜索得到故障距离。该方法将复杂的相网络转化为相互独立的序列网络,使得该算法变得简单有效。大量仿真结果表明,该算法能实现护层相关故障(护层对地故障、芯—护层故障和芯—护层对地故障)的精确测距,测距误差基本不超过1.5%,且定位结果不受故障发生位置、故障类型以及过渡电阻的影响。

苏通GIL综合管廊声传播特性仿真研究

苏州-南通气体绝缘金属封闭式输电线路(Gas-Insulated metal-enclosed transmission Line,GIL)综合管廊工程是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、技术水平最高的超长距离GIL创新工程。通过分析管廊内部结构,建立了其物理模型,根据声学理论,结合管廊布置方式提出两种计算模型,采用有限元方法对苏通GIL综合管廊的声场分布进行计算,并能为管廊内的故障声波定位提供参考。研究结果表明:对于非均匀声源,管廊的平面波截止频率在15 Hz附近。若声源频率低于15 Hz,声波在传播过程中快速转化为一维平面波,可采用"到达时间差法"(Time Difference of Arrival,TDOA)进行定位;如果声源频率高于15 Hz,则需对声波信号做进一步的时域和频域分析以确定适合的定位算法。

纵向电流特征接地短路定位方法在气体绝缘金属封闭输电线路管廊工程中的应用讨论

本文介绍了气体绝缘金属封闭输电线路接地短路情况下故障点定位的几种原理,在分析了总长5.8km的气体绝缘金属封闭输电线路工程接地条件后,提出了一种全新的定位原理,详细说明了基于纵向电流特征的专利定位方式,并给出了具体的实施办法。基于纵向电流特征的定位方法主要识别工频接地电流的幅值和相位特征,定位系统采用了分布式向量采集构架,具有N冗余、高可靠、原理简单、布线和维护便捷的优点。

基于时域微分的地铁直流供电系统故障定位仿真

地铁运行过程中,金属性短路故障是最常见且最严重的故障类型之一,为了快速而准确地对地铁直流供电系统故障定位,提高城市轨道交通用直流牵引供电系统的工作可靠性,结合我国某地铁供电系统建立了直流供电系统短路故障电路拓扑结构模型。根据时域微分方程理论,计算了短路故障点与变电所的距离。运用最小二乘法对数据处理优化,提高了故障定位的准确性。研究结果表明:双端供电系统中,故障点位于两变电所中间区域时,定位准确度较高;短路点在两站中间位置的500 m范围内时,使用该方法定位误差小于6.15%。

配电电缆金属性接地故障查找方法

电缆因其运行可靠性高,敷设占地少,分布电容较大可改善电网功率因素等优点,目前已在全国大面积使用。因地下敷设,当电缆发生故障时,故障点查找难度大、时间长。文章介绍了金属性接地故障的成因,并结合实际案例,重点研究如何快速定位故障点。