一種架空線-高壓電纜混合線路故障定位方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種電力系統繼電保護領域的方法，具體講涉及一種架空線-高壓電 纜混合線路故障定位方法。
【背景技術】
[0002] 隨著我國城市建設發展和環境的需要，架空線-高壓電纜混合線路以其特有的優 勢在輸配電工程中的應用越來越廣泛。當超高壓輸電線路發生故障時，盡可能快地精準定 位故障并切除故障，減少故障給電力設備及系統帶來的損失，提高電力系統運行的可靠性 和安全性，具有十分重要的意義。
[0003] 對于超高壓混聯線路故障定位的研究，根據測距原理的不同，可分為行波法和故 障分析法兩類。
[0004] 行波法是根據線路故障后行波傳輸理論實現測距的方法。考慮混聯線路不同區段 波速不同的特點，目前應用的行波測距算法主要有單端法、雙端法及不同區段的波速歸一 法等，具有速度快，基本不受過渡電阻影響等優點。但當混合線路中存在多區段及多點補償 時，故障行波容易受到電纜-架空線接合處行波多次折反射的影響，存在波頭不易捕捉，測 距成功率較低等缺點。
[0005] 故障分析法是根據系統有關參數和測距點的電壓電流列出測距方程，對其進行分 析計算，求出故障點到測距點之間的距離的一種方法。目前應用的混聯線路故障分析測距 算法主要有以下幾種：（1)基于故障點電壓幅值的故障點搜索算法等，其算法原理簡單，但 應用線路分布參數計算時存在計算量大和偽根識別問題。（2)建立基于故障點電壓電流方 程的測距函數，對故障位置進行求解，這種方法對于混合線路來說一般函數比較復雜，計算 精度受電氣量采集的準確度影響較大，存在測距結果魯棒性不高的問題。
【發明內容】
[0006] 為克服上述現有技術的不足，本發明提供一種架空線-高壓電纜混合線路故障定 位方法。
[0007] 實現上述目的所采用的解決方案為：
[0008] -種架空線-高壓電纜混合線路故障定位方法，該方法包括如下具體步驟：
[0009] 測量得到線路兩側M、N端點三相電壓、電流相量，運用對稱分量法分別求出兩側 的負序電壓、負序電流、正序電壓、正序電流；
[0010] 根據負序電壓，判斷故障類型是非對稱故障還是三相對稱故障；
[0011] 針對非對稱故障，由雙端電氣量M側和N側的三相電壓、電流相量分別計算沿線各 點負序電壓幅值然后進行比較，實現故障定位；
[0012] 針對三相對稱故障，采用正序電壓變化量幅值比較的方法進行故障定位。
[0013] 測量得到線路兩側M、N端點三相電壓、電流相量，運用對稱分量法分別求出兩側 的負序電壓、負序電流、正序電壓、正序電流包括：
[0014] 線路保護裝置測量所述線路兩側M、N端點三相電壓、電流相量
[0015] 根據測量的電壓相量、電流相量，運用對稱分量法分別求出兩側的負序電壓、負序 電流、正序電壓、正序電流：
其中各參 數的下標1表示正序參數，下標2表示負序參數。
[0016] 根據負序電壓是否為零，判斷故障類型是非對稱故障還是三相對稱故障包括：
[0017]
則故障類型是三相對稱故障；
[0018]
則故障類型是非對稱故障。
[0019] 針對非對稱故障，由雙端電氣量M側和N側的三相電壓、電流相量分別計算沿線各 點負序電壓幅值然后進行比較，實現故障定位包括：
[0020] 以M端點為測量點，由故障相的負序電壓￡?_2\負序電流L2 _計算M點的負序前 行波和負序反行波Sro2的幅值和相位；
[0021] 前行波為：
為參數均勻架空線路負序波阻抗； 私為參數均勻架空線路負序電阻；L2為參數均勻架空線路負序電感；G2為參數均勻架空線 路負序電導；C2為參數均勻架空線路負序電容；ω = 2 π f，f為交流電頻率；i為虛部； [0026] 按設定步長△ X，以快速搜索算法計算故障線路中任一點X的負序行波幅值衰減 和相位延遲A2(X);
為負序衰減常數；β 2為 負序衰減常數的實部；α 2為負序衰減常數的虛部；Α2 (X)的相位延遲與計算點距離X成正 比，而其中的幅值衰減部分與故障點距離為指數關系，實際裝置中難以直接計算，一般通 過查表來實現，當搜索點很多時會占用較大存儲空間；
[0029] 為減少運算量和節省存儲空間，將幅值衰減部分采用泰勒級數展開：
[0031] 其中，|a2(x) I為負序行波幅值衰減的幅值；
[0032] 其中β值非常小，在線路不是特別長的情況下上式采用線性等效即可達到很高 的精度；
[0034]由于計算時并不知道故障點的位置，因此在故障位置之前的計算結果為混合線路 中真實的沿線負序電壓，故障位置之后的計算結果為虛假的沿線負序電壓，由負序行波幅 值衰減和相位延遲，計算沿線負序電壓
;
[0036] 由沿線負序電壓￡> 計算沿線負序電壓的幅值. Xivl 2 ，.
[0038] 當計算點到達電纜區域時，由于電纜參數與架空線參數不同，因此不能繼續采用 架空線首端電壓計算。此時已計算得到的架空線-電纜連接點處的電壓為始端電壓并采用 電纜參數繼續進行電纜區段沿線各點負序電壓幅值的計算；
[0039] 以N端點為測量點，同理可得沿線負序電壓
2為N點的負序前行波，S112為N點 負序反行波；
[0041] 以N端點為測量點詳細測量、計算過程如下：
[0042] 由故障相的負序電壓負序電流計算N點的負序前行波戶，和負序反行 波的幅值和相位；
[0043] 前行波為：
為參數均勻架空線路負序波阻抗； 私為參數均勻架空線路負序電阻；L2為參數均勻架空線路負序電感；G2為參數均勻架空線 路負序電導；C2為參數均勻架空線路負序電容；ω = 2 π f，f為交流電頻率；i為虛部； [0048]由于計算時并不知道故障點的位置，因此在故障位置之前的計算結果為混合線路 中真實的沿線負序電壓，故障位置之后的計算結果為虛假的沿線負序電壓，由負序行波幅 值衰減和相位延遲，計算沿線負序電壓CXviV2;
[0050]由沿線負序電壓9計算沿線負序電壓的幅值I ;
[0052] 混合線路中發生單相接地、兩相相間或兩相接地的不對稱故障后，線路上會產生 負序電壓。由于故障前沿線負序電壓為〇,因此故障后負序電壓幅值變化量即為當前的負序 電壓幅值；
[0053] 比較幅 若相等，則X為故障距離，若不相等，按設定步長A x 變化X，繼續計算沿線負序電壓，至幅值相等終止計算，此時X為故障距離。
[0054] 針對三相對稱故障，采用正序電壓變化量幅值比較的方法進行故障定位包括：
[0055] 以M端點為測量點，由故障相的正序電壓正序電流/,"1計算M點的正序前行 波和正序反行波的幅值和相位；
[0056] 前行波為：
丨為參數均勻架空線路正序波阻抗； 札為參數均勻架空線路正序電阻；L i為參數均勻架空線路正序電感；G i為參數均勻架空線 路正序電導W1為參數均勻架空線路正序電容；ω = 2 π f，f為交流電頻率；i為虛部； [0061] 按設定步長Δχ，以快速搜索算法計算故障線路中任一點X的正序行波幅值衰減 和相仿鉦識a, ω :
t為正序衰減常數；P1為正 序衰減常數的實部；Ct :為正序衰減常數的虛部^1(X)的相位延遲與計算點距離X成正比， 而其中的幅值衰減部分與故障點距離為指數關系，實際裝置中難以直接計算，一般通過查 表來實現，當搜索點很多時會占用較大存儲空間；
[0064] 為減少運算量和節省存儲空間，將幅值衰減部分采用泰勒級數展開：
[0066] 其中，Ia1(X) I為正序行波幅值衰減的幅值；[0067] 其中β值非常小，在線路不是特別長的情況下上式采用線性等效；
[0069] 由正序行波幅值衰減和相位延遲，計算沿線正序電壓;
[0071] 正序電壓變化量Δ? 采用故障后測量點電壓相量減去故障前電壓相量的方法 獲得，故障后和故障前相量時延相差整周波的倍數；
[0073] 其中，t為測量時刻；T為一周波的時間；R為相差周波的倍數；
[0074] 由正序電壓變化量計算沿線正序電壓變化量的幅值Δ?>γΜ1 rUI ?
[0076] 當計算點到達電纜區域時，由于電纜參數與架空線參數不同，因此不能繼續采用 架空線首端電壓計算。此時已計算得到的架空線-電纜連接點處的電壓為始端電壓并采用 電纜參數繼續進行電纜區段沿線各點正序電壓幅值變化量的計算；
[0077] 以N端點為測量點，同理可得沿線正序電壓變化量幅值|Δ?^ν1 I .，：
為以N端點為測量點的沿線正序 電壓；
[0079] 以N端點為測量點詳細測量、計算過程如下：
[0080] 由故障相的正序電壓1^1正序電流Ial計算N點的正序前行波戶1和正序反行 波的幅值和相位；
[0081] 前行波為：
為參數均勻架空線路正序波阻抗； 札為參數均勻架空線路正序電阻；L i為參數均勻架空線路正序電感；G i為參數均勻架空線 路正序電導W1為參數均勻架空線路正序電容；ω = 2 π f，f為交流電頻率；i為虛部；
[0086] 由正序行波幅值衰減和相位延遲，計算沿線正序電壓.
[0088] 正序電壓變化量采用故障后測量點電壓相量減去故障前電壓相量的方法 .Χ.Ν \. 獲得，故障后和故障前相量時延相差整周波的倍數；
[0090] 其中，t為測量時刻；T為一周波的時間；R為相差周波的倍數；
[0091] 由正序電壓變化量Δ??計算沿線正序電壓變化量的幅值
xm ：；
[0093] 比較正序電壓變化量幅值I
若相等，則X為故障距離，若不相 等，按設定步長A X變化X，繼續計算沿線正序電壓變化量，至變化量幅值相等終止計算，此 時X為故障距離。
[0094] 與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
[0095] 本發明針對架空線-電纜混聯線路的參數特性，采用頻域參數進行計算，提出了 基于沿線電壓序量變化量比較分析的新型混合線路故障定位算法，基于混合線路的雙端電 氣量，不要求雙端電氣量同步，不需要先進行故障區段判斷，不存在偽根識別問題，故障位 置搜索過程中可采用各種快速搜索算法，不受過渡電阻影響，在沿線電壓計算中不需要查 表，計算速度快。
【附圖說明】
[0096] 圖1為本發明中典型兩區段混合線路示意圖；
[0097] 圖2為本發明中輸電線