一种风电场内部电缆故障定位的方法

1.一种风电场内部电缆故障定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)检测风电场内部每条串型结构中风机出口的CT测量值与变电站低压侧的CT测量值，根据测量值来判断是否为故障串；
步骤(2)检测故障串内每台风机出口处CT的测量值，得到各台风机出口处CT测量值之间的大小关系；
步骤(3)根据各台风机出口CT测量值的大小关系与距电网的电缆距离的分布情况，对电缆的故障定位；
步骤(3)所述的故障定位为：
根据风机出口CT的测量值的大小与各台风机距电网的距离分布，在故障串内，远离电网侧的风机离故障点越远电流越小，靠近电网侧的风机离故障点越远电流越小，根据电流的单调递减关系，即可判断出故障点位于哪两台风机之间。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述的判断是否为故障串的方法如下：
(1)若满足公式： 则为故障串；
(2)若满足公式： 则为非故障串；
其中：m为风电场内风机的总台数；b为风电场内故障串风机的台数； 为风电场内各台风机出口处CT测量的电流值； 为变电站低压侧每串线路CT的测量值； 为故障点处的短路电流。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)所述的故障串内各台风机出口处CT测量值之间的大小关系为：
风力发电机组阻抗>>系统侧阻抗>风机间电缆阻抗；
故障串内远离电网侧的风机离故障点越远电流越小；
故障串内靠近电网侧的风机离故障点越远电流越小；
其中：系统指风电场所接入的电网系统；故障串内不分叉的一共有a台风机，其中：
1≤a≤b；故障点位于f、f+1风机附近；I1～Ia为故障串内不分叉的各台风机出口处CT测 量的电流值；ZWT为风力发电机组的阻抗。

一种风电场内部电缆故障定位的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种风电场内部集电网络电缆的故障定位方法，尤其涉及一种在不增加额外硬件设备的情况下，对风电场内部电缆的故障进行定位。
背景技术
[0002] 目前的风电场内部电缆故障定位方法有很多种，但都存在一定的缺点，现分析如下：
[0003] 1.目前，多家公司推出了电缆故障定位仪。市场上的电缆故障定位仪通常采用的行波法，通过在电缆上发射正弦信号，与反馈回来的波形进行对比，以此来判断是否出现故障并进行定位。但是此种方法需要额外增加硬件设备，且定位精度有限。
[0004] 2.或是在电缆线路上加装方向保护，一旦发生故障，则电缆上的电流会出现反向，通过电流方向来判断是否故障，但此方法也需要额外增加线路方向保护的相关设备。
发明内容
[0005] 本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种风电场内部电缆故障定位的方法，它具有不增加额外的硬件设备即能对电缆故障进行定位的优点。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] 一种风电场内部电缆故障定位的方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤（1）检测风电场内部每条串型结构中风机出口的CT测量值与变电站低压侧的CT测量值判断故障串；
[0009] 步骤（2）检测故障串内每台风机出口处CT的测量值，得到各台风机出口处CT测量值之间的大小关系；
[0010] 步骤（3）根据各台风机出口CT测量值的大小关系与距电网的电缆距离的分布情况，对电缆的故障定位。
[0011] 所述的CT为电流互感器。
[0012] 所述的判断是否为故障串的方法如下：
[0013] （1）若满足公式： 则为故障串；
[0014] （2）若满足公式： 则为非故障串；
[0015] 其中：风电场以两路电缆线路接入升压变电站的低压侧，一路线路即为一串；
[0016] m为风电场内风机的总台数；
[0017] b为风电场内故障串风机的台数，n表示变量；
[0018] 为风电场内各台风机出口处CT测量的电流值；
[0019] 为变电站低压侧每串线路CT的测量值；
[0020] 为故障点处的短路电流。
[0021] 所述的故障串内各台风机出口处CT测量值之间的关系为：
[0022] 风力发电机组阻抗>>系统侧阻抗>风机间电缆阻抗；
[0023] 故障串内远离电网侧的风机离故障点越远电流越小；
[0024] 故障串内靠近电网侧的风机离故障点越远电流越小；
[0025] 其中：系统指风电场所接入的电网系统；故障串内不分叉的一共有a台风机(1≤a≤b)；故障点位于f、(f+1)#风机附近； 为故障串内不分叉的各台风机出口处CT测量的电流值；ZWT为风力发电机组的阻抗。
[0026] 所述的故障串内电缆的故障定位方法为：
[0027] 根据风机出口CT的测量值的大小与各台风机距电网的距离分布，在故障串内，远离电网侧的风机离故障点越远电流越小，靠近电网侧的风机离故障点越远电流越小，根据电流的单调递减关系，即可判断出故障点位于哪两台风机之间。
[0028] 本发明的有益效果：
[0029] 1.利用现有风电场风机出口CT与变电站低压侧CT的测量值来判断故障；
[0030] 2.不用增加额外的硬件设备；
[0031] 3.不用增加额外的硬件投资；
[0032] 4.实现方便。
附图说明
[0033] 图1为典型的风电场内部结构图；
[0034] 图2为故障串内每台风机出口处CT测量的电流值与电缆距离之间的关系的第一种情况。
[0035] 图3为故障串内每台风机出口处CT测量的电流值与电缆距离之间的关系的第二种情况。
[0036] 图4为故障串内每台风机出口处CT测量的电流值与电缆距离之间的关系的第三种情况。
[0037] 其中，1#～m#为风电场内各台风机编号， 为风电场内各台风机出口处CT测量的电流值, 为变电站低压侧每串线路CT的测量值； 为故障点处的短路电流。
具体实施方式
[0038] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0039] 一种风电场内部电缆故障定位的方法，包括以下步骤：
[0040] 步骤（1）检测风电场内部每条串型结构中风机出口的CT测量值与变电站低压侧的CT测量值判断故障串；
[0041] 步骤（2）检测故障串内每台风机出口处CT的测量值，得到各台风机出口处CT测量值之间的大小关系；
[0042] 步骤（3）根据各台风机出口CT测量值的大小关系与距电网的电缆距离的分布情况，对电缆的故障定位。
[0043] 如图1，给出了典型的风电场内部结构图，将风电场内部集电网络通常以串的形式连接，将连接串分为故障串和非故障串，非故障串即正常串可能会有多串，只要为正常串，判定结果一致，故以一串非故障串作为说明。
[0044] 根据典型的风机和变压器参数，有如下已知条件：
[0045] 风机阻抗标幺值：
[0046] 风机内箱式变压器阻抗标幺值：
[0047] 线路单位阻抗标幺值：
[0048]
电缆截面 R/km L/km Z/km
50 0.387 0.4018 0.03159+j0.010299
70 0.268 0.3865 0.02187+j0.009907
95 0.193 0.3735 0.01575+j0.009574
120 0.153 0.3637 0.01249+j0.009323
150 0.124 0.354 0.01012+j0.009074
185 0.0991 0.3456 0.00809+j0.008859
240 0.0754 0.3365 0.006155+j0.008625
300 0.0601 0.328 0.004906+j0.008408
400 0.047 0.3256 0.003837+j0.008346
[0049] 升压变压器阻抗标幺值：（主变压器（2台））
[0050]
[0051]
[0052] 电网侧，根据220kV侧40kA短路电流进行折算，折算到35kV侧阻抗标幺值：
[0053]
[0054] 可得：风力发电机组的阻抗ZWT＝5.8479+2.439≈8.25左右，风机间海缆阻抗
0.03左右，系统侧阻抗：0.08左右
[0055] 结论1：
[0056] 风力发电机组阻抗>>系统侧阻抗>风机间海缆阻抗
[0057] 根据基尔霍夫电流定理：
[0058] 故障线路：
[0059] 非故障线路：
[0060] 这里假设风电场内一共有22台风机，故障串有12台风机，故障点所在的不分叉的部分一共有8台风机，非故障串有10台风机。所有的计算都是针对故障点在4、5#风机之间进行的计算。即m=22，b=12，a=8，f=4。
[0061] 可以通过检测每条串型结构中风机出口CT与变电站低压侧CT测量值判断故障串。
[0062] 下面再分别计算故障串内每台风机出口处的电流值。
[0063]
[0064]
[0065]
[0066]
[0067]
[0068]
[0069]
[0070]
[0071]
[0072]
[0073]
[0074]
[0075]
[0076] Z4k＝0～Z45
[0077]
[0078]
[0079]
[0080]
[0081]
[0082]
[0083]
[0084]
[0085]
[0086] ZE＝ZWT+Z12
[0087] ≈ZWT
[0088]
[0089]
[0090]
[0091]
[0092]
[0093]
[0094]
[0095] 结论2：
[0096] 远离电网侧的风机离故障点越远电流越小：
[0097]
[0098]
[0099]
[0100]
[0101]
[0102]
[0103]
[0104]
[0105] ZE＝((ZS//ZL2+Z8s)//(ZE9-12)//ZWT+Z78)//ZWT+Z67
[0106] ≈((ZS+Z8s)//ZWT//ZWT+Z78)//ZWT+Z67
[0107] ≈ZS+Z6-s
[0108]
[0109]
[0110]
[0111]
[0112]
[0113]
[0114] ZE＝((ZS//ZL2+Z8s)//(ZE9-12)//ZWT+Z78)//ZWT+Z67
[0115] ≈((ZS+Z8s)//ZWT//ZWT+Z78)//ZWT+Z67
[0116] ≈ZS+Z7-s＞Z6k
[0117]
[0118] 结论3：
[0119] 靠近电网侧的风机离故障点越远电流越小：
[0120] 大结论：
[0121] 故障串：
[0122] 非故障串：
[0123] 首先通过检测风电场内部每条串型结构中风机出口CT与变电站低压侧CT测量值判断故障串。
[0124] 然后再通过故障串内每台风机出口处CT的值来判断电缆故障处（有可能出现三种情况），如图2所示。
[0125] 根据检测故障串内每台风机出口处CT的测量值与其距变电站的距离之间的关系，即可进一步判断故障点位于哪一段。若为图2中的第一种情况，则故障点位于4#风机附近；若为图2中的第二种情况，则故障点位于4#风机与5#风机之间；若为图2中的第三种情况，则故障点位于5#风机附近。