[发明专利]一种110kV线缆混合线路操作过电压水平预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及电气工程应用技术领域，具体地说是一种110kV线缆混合线路操作过电压水平预测方法。

背景技术

随着现代城市的高速发展必将对电力供应提出更大的需求和更高的要求，铺设电缆在提高线路输送容量和降低变电站出现规模的同时，更能提高输电通道利用率，简化网络接线。因而现有架空线路逐步入地，城市电网中电缆线路的比例上升，线缆混合线路不断增多。《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB/T 50062-2008）中规定：“3~110kV电力网中的架空线路和线缆混合线路，当用电设备允许且无备用电源投入时，应装设自动重合闸装置。”由于电缆线路容升效应严重，加之线缆混合线路中行波的传播更复杂且线缆连接处存在行波折反射，从而使线缆混合输电线路的操作过电压处在较高的水平，危及线路及设备的绝缘安全。目前，对线缆混合线路中投入自动重合闸造成的操作过电压进行预测评估，在理论和实践上还没有进行过专门的研究。

操作过电压对电气设备绝缘的影响主要取决于其幅值、波形和持续时间。影响操作过电压的线路运行状态主要包括故障点、故障角、故障类型和性质、线路残压、以及合闸分闸角。在线缆混合输电系统中影响重合闸过电压的因素主要有线路残余电压的极性、大小以及重合闸时电源电压的相位角。电缆愈长，容升效应愈明显，末端重合闸过电压也愈高，母线上其他出线数和线路上所带负载对电缆系统重合闸过电压也有一定的限制作用。

发明内容

本发明的目是提供一种基于多层前馈型神经网络的110kV线缆混合线路操作过电压水平预测方法。

本发明利用误差反向传播神经网络构造输入特征与过电压最大值等反应线路过电压水平的输出量之间的映射关系，建立线路操作过电压预测的智能神经网络，实现操作过电压的预测与评估。具体实现按以下步骤进行：

（1）构造110kV线缆混合输电系统的精细电磁暂态仿真模型，选取线缆接头处及断路器触头作为线路操作过电压的监测点。

（2）监测架空线路侧发生短路故障后由继电保护控制跳闸，经短暂延时后再投入重合闸全过程中线缆接头处及断路器触头的过电压，构建过电压预测的样本集。选取样本时考虑故障距离、故障分闸角、合闸角等因素对线路过电压的影响。当断路器合闸于空载输电线路时有如下方程：

                                                                                                    （1）

解上述微分方程即得线路合闸过电压如下：

                                  （2）

其中，为单位长度输电线路的电感和电容；、为电源电压峰值及角频率；为自由分量角频率；为合闸角；、为积分常数，由合闸起始条件决定；

（3）借助人工神经网络对训练样本进行训练，得到线缆混合线路的过电压预测网络，具体步骤如下：

对（2）中所得的样本集进行归一化处理，使其变化范围大致均匀分布在区间（0,1），并按一定的比例随机选取训练样本和测试样本；

确定神经网络的隐含层数及隐含层节点数，设定各层传递函数、训练函数、学习率、目标误差等网络训练参数，用训练样本对神经网络进行训练，直到输出误差达到预设范围即停止训练，保存网络；

取测试样本对训练好的神经网络进行验证，得到线路操作过电压预测网络；

（4）利用（3）中训练得到的过电压预测网络对线缆混合线路故障跳闸及重合闸过电压进行预测，分析故障位置、故障角、分闸角和合闸角对线路操作过电压的影响，预测110kV线缆混合线路的操作过电压水平，找出导致线路产生最严重操作过电压的重合闸边界条件。

以下是本发明的设计原理：

1、线缆混合线路重合闸过电压

输电线路的重合闸过电压可分为断路器重合于故障线路和重合于带残压的断开线路两种。合闸于永久性故障线路时，线路残压很小，当断路器重合后线路两端电压为感抗电压，不产生过点，但会产生很大的故障电流。当断路器在线路瞬时性故障消除后重合时，线路上存在残压，将产生重合闸过电压。如附图1，断路器K在线路单相接地瞬时性故障消除后重合时，计及线路电阻对自由振荡的衰减作用，合闸时线路末端过电压为：