基于分段補償原理的電纜架空線混合線路雙端行波故障測距算法
【專利摘要】本發明公開了一種基于分段補償原理的電纜架空線混合線路雙端行波故障測距算法。該法提出比較故障初始行波浪涌到達線路兩側測量點的時間差與混合線路各個連接點處行波傳播到線路兩側測量點的時間差確定故障區段，再通過時間和距離補償，將故障距離表示為故障區段端點到測量點的距離與故障點到該端點的矢量距離之和。相比于現有混合線路行波測距方法，本文方法適應性更強、概念更清晰、實現更簡單，且實現了和傳統均勻傳輸線雙端測距算法的形式與物理含義的統一。
【專利說明】基于分段補償原理的電纜架空線混合線路雙端行波故障測距算法
【技術領域】
[0001]本發明涉及配電網的保護與控制【技術領域】和線路故障檢測【技術領域】，尤其涉及架空線電纜混合線路行波故障測距方法。
【背景技術】
[0002]行波故障測距技術主要利用了故障時產生的電壓、電流行波信號，根據行波在測量點與故障點往返一次的時間差(單端法)或者初始行波到達線路兩端的時間差(雙端法)測量故障距離。其不受故障類型、故障點過渡電阻、電壓互感器(TV)和電流互感器(TA)傳變誤差等因素影響，也能適應T接、部分同桿并架、帶串補電容等線路，具有較為明顯的技術優勢。經過近十多年的發展，行波故障測距技術已經成熟并被成功應用于電力線路故障測距，特別是在IlOkV及以上電壓等級的交流和直流架空輸電線路中更是廣泛應用。
[0003]行波在不同介質中傳播速度不同。在架空線中的波速度接近光速，實際應用中一般取290-292πι/μ S。而不同型號的電纜之間由于絕緣介質不同致使波速度存在較大差異，如在油浸紙絕緣電纜中約為160m/μ S，塑料電纜約為170-200πι/μ S，橡膠電纜約為220m/μ S。傳統行波測距算法主要針對波速度恒定的均勻傳輸線，如單一的架空線路或電纜線路。
[0004]由于越來越多的110kV、220kV輸電線路深入到城市核心區域，為了節約城市線路走廊，出現了城市外為架空線路、城市內為電纜的二元結構混合輸電線路。而對于特殊群島地理環境，如舟山群島 ，島嶼與大陸或島嶼間輸電線路多采用海底電纜，而島嶼上多采用架空線路，因此電網中常出現由多段架空線和電纜(陸纜或海纜)混合而成的輸電線路。由于混合線路各段行波速度不相同，傳統算法不再適用，混合輸電線路的出現給行波故障測距技術帶來了新的挑戰。
[0005]針對架空電纜混合線路，已提出的測距方法有很多，如基于波速度歸一原理的雙端行波測距算法，以架空線的波速度為基準將電纜長度進行折算，使線路中行波傳播速度為架空線的波速度，利用傳統行波測距算法可得到故障點在歸一化后的線路中的位置，再折算到原來的實際線路，可消除波速不連續帶來的影響；基于雙端行波到達時間中點的逐段搜索算法，先確定線路的時間中點，根據故障后行波到達線路兩側測量點的時間差At的大小確定故障搜索方向，行波從時間中點沿故障搜索方向運動△ t/2時間到達的點即為故障點；基于行波到達時間比較的雙端故障定位方法，針對兩段混合線路，首先通過將混合線路故障產生的初始行波浪涌到達線路兩端的時間差與整定值進行比較來確定故障區段；然后根據不同的故障區段推導出相應的混合線路雙端行波故障測距算法；還有利用故障附加負序網絡下線路兩端工頻電氣量推導線纜接頭處的分布電流來判斷故障區段，再根據電流線模與零模行波模極大值的極性規律確定故障點反射波來進行故障測距等。上述方法理論上可以解決混合線路行波故障測距問題，但有些算法物理意義不明確、不易理解，有些算法過于復雜、不利于現場實用，有些算法對兩段以上混合線路沒有詳解。同時，這些算法的推導和表達均與傳統算法不同，沒有實現混合線路與均勻傳輸線中測距算法含義及形式的統一。所以需要提出一種適應性更強、概念更清晰、實現更簡單，且適合多段混合線路故障測距的新方法。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于克服多段混合線路行波故障測距算法復雜且誤差較大的缺點，提供一種基于分段補償原理的電纜架空線混合線路雙端行波故障測距算法。本發明首先通過比較故障初始行波浪涌到達線路兩側測量點的時間差與混合線路各個連接點處行波傳播到線路兩側測量點的時間差確定故障區段，再通過時間和距離補償，將故障距離表示為故障區段端點到測量點的距離與故障點到該端點的矢量距離之和。本發明是通過以下技術方案實現的:
[0007]設一段長為L的均勻傳輸線路如附圖1所示，S、R分別為測量點(一般為線路兩側端點)，F、M和P分別為故障點、線路中間點和線路上任意一點，Lsf為故障點F到S端的距離，LSP、Lkp分別為任意點P到兩測量點S和R的距離。
[0008]根據雙端行波故障測距原理，Lsf可以表示為
【權利要求】
1.基于分段補償原理的電纜架空線混合線路雙端行波故障測距算法，其特征是，比較故障初始行波浪涌到達線路兩側測量點的時間差與混合線路各個連接點處行波傳播到線路兩側測量點的時間差確定故障區段，再通過時間和距離補償，將故障距離表示為故障區段端點到測量點的距離與故障點到該端點的矢量距離之和。對于結構較為普遍的包含η(η>1)段電纜和架空線的混合線路，具體步驟如下: ①故障前，根據線路的具體參數，計算行波穿越混合線路中各段線路時的傳播時間和行波從混合線路第i和i+l(i = 1,2,……，n-l)段線路的連接點或線路端點(第一段線路的端點編號為O，第η段線路的端點編號為η)處傳播到線路兩側測量點的時間差Msm (?=0,1,2,......,?)； ②當線路發生故障后，記錄兩側測量點接收到故障初始行波的絕對時刻ts和tK，計算時間差AtSK,并與
【文檔編號】G01R31/08GK103969553SQ201410222008
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月23日 優先權日:2014年5月23日
【發明者】薛永端, 李樂, 徐丙垠 申請人:中國石油大學(華東)