一種配電網混合線路中故障點的定位方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電力領域，尤其涉及一種配電網混合線路中故障點的定位方法。
【背景技術】
[0002] 隨著電力系統的發展，架空-電纜混合線路在電網中尤其是配電網中獲得越來越 廣泛的應用。配電網結構復雜，分支較多，故障電流小，利用電氣量實現故障定位困難較大， 同時混合線路對故障點定位要求較高，尤其對于地下電纜區段的高精度定位對于減小檢修 工作量具有重要意義。目前行波故障測距技術在輸電網中已獲得成功應用，研究在配電網 中實現行波故障測距技術將是一個重要的研究方向。
[0003]目前國內外已有部分學者針對混合線路故障行波測距技術展開了研究。傳統的方 法包括單一化方法、基于時間中點或時間差進行搜索確定故障點的方法、利用小波分解理 論對波速度進行提取分析以及利用脈沖電流的改進方法。
[0004] 但是以上方法均利用固定的架空線路及電纜線路的波速度或利用信號處理方 式提取波速度，但研究表明，架空線中波速相對穩定，隨著電壓等級的不同，故障行波的 傳播速度約在光速的97% -99%范圍內變化，而故障行波在電纜線路中的波速為106m/ us-220m/us，穩定性相對較差。電纜線路中故障行波波速度波動較大，波速度取值的準確度 對測距結果具有重要影響，混合線路故障行波測距中電纜線路波速不穩定性是引入測距誤 差的主要因素之一。
【發明內容】
[0005] 為了解決現有技術的缺點，本發明提供一種配電網混合線路中故障點的定位方 法，該方法利用區外故障實現電纜線路波速在線測量，根據實測波速度與各及節點時間差 的對應關系可準確判定線路故障區間，進一步根據實測時間差的變化量與波速的正比關 系，可精確實現故障點定位。
[0006] 為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：
[0007] -種配電網混合線路中故障點的定位方法，所述混合線路包括架空線路和電纜線 路這兩種類型，按照線路類型將混合線路劃分為若干個線路區間，兩個相鄰的同一類型線 路為同一線路區間；測量每一線路區間的長度及故障行波在架空線路中傳播的速度；混合 線路兩端均設有測量端；包括：
[0008] 步驟（1):采用監測區外故障的方法，在線測量故障行波在電纜線路中的傳播速 度；
[0009] 步驟（2):設任一線路區間的一個端點處發生故障，根據每一線路區間的長度及 故障行波在線路區間的傳播速度，計算初始故障行波到達混合線路兩測量端的時間差；該 時間差設為節點時間差，建立線路區間端點與節點時間差的一一對應關系，存儲至數據 庫；
[0010] 步驟（3):在混合線路實際發生故障時，測量初始故障行波到達混合線路兩測量 端的實測時間差；該實測時間差依次與數據庫中的節點時間差相比較，獲取與實測時間差 最接近的兩個相鄰的節點時間差，確定這兩個相鄰的節點時間差對應的線路區間為故障線 路區間；
[0011] 步驟（4):根據實際故障點到故障線路區間一端點的距離等于實測時間差與故障 線路區間的該端點所對應的節點時間差的差值乘以故障行波在故障線路區間中傳播速度 數值的一半，計算實際故障點的位置。
[0012] 所述步驟（1)的具體過程為：
[0013] 步驟（I. 1):設發生區外故障，分別測量故障行波達到混合線路兩測量端的時刻；
[0014] 步驟（1. 2):根據每一線路區間的長度、故障行波在架空線路中傳播的速度及故 障行波達到混合線路兩測量端的時刻，求取故障行波在電纜線路中的傳播速度。
[0015] 所述步驟（1. 2)中，故障行波在電纜線路中的傳播速度為：
[0016]
[0017] 式中，Ia表示電纜線路的總長度；表示架空線路的總長度；Va為故障行波在架 空線路中傳播速度；t' M、t' N表示發生區外故障時，初始故障行波分別到達混合線路的M 測量端和N測量端的時刻。
[0018] 所述步驟（3)中，在混合線路兩測量端分別安裝行波故障測距裝置，利用行波故 障測距裝置分別測量初始故障行波分別到達混合線路兩測量端的時刻，進而測量出初始故 障行波分別到達混合線路兩測量端的實測時間差。
[0019] 所述步驟（1. 1)中，在混合線路兩測量端分別安裝行波故障測距裝置，利用行波 故障測距裝置分別到達混合線路兩測量端的時刻。
[0020] 所述步驟（4)中，實際故障點到靠近M測量端的故障線路區間的端點的距離Γ " 為：
[0021]
[0022] 式中，tn為故障線路區間靠近M測量端的節點時間差，V為故障行波在故障線路區 間中的傳播速度；η表示靠近M測量端的故障線路區間的端點標號，η為自然數；t MN表示實 際發生故障時，初始故障行波到達混合線路M測量端和N測量端的實測時間差。
[0023] 所述步驟⑷中，當n = 0時，實際故障點到混合線路M測量端的的距離1"為：
[0024] Im= 1' m
[0025] 當η多1時，實際故障點到混合線路M測量端的的距離1"為：
[0026]
[0027] 式中，i表示線路區間的端點標號；與M測量端重合的線路區間的端點的標號為0， 從M測量端到N測量端線路區間的端點標號依次增加 I ;li(i+1)表示線路區間端點標號為i 到 i+Ι的線路區間的長度。
[0028] 所述步驟（3)中的故障線路區間為架空線路區間或電纜線路區間。
[0029] 本發明的有益效果為：
[0030] (1)本發明根據混合線路的行波傳播特征，采用實測初始行波到達測量端時間差 與節點時間差相比較來確定故障線路區段，結合在線實測電纜波速誤差情況下精確判定巡 線點的位置，可通過該方法校正常規故障測距結果與實際巡線位置的誤差，提高巡線及故 障排除的高效性和精確性；
[0031] (2)本發明考慮混合線路故障行波測距中電纜線路波速不穩定性因素，利用區外 故障實現測量區段電纜波速在線測量，在故障區段準確識別的基礎上，利用波速在線計算 模式可精確確定故障巡線點位置；
[0032] (3)本發明有效地消除了波速誤差對故障測距及計算巡線點確定帶來的影響，計 算結果更加精確有效。
【附圖說明】
[0033] 圖1是架空一電纜混合線路示意圖；
[0034] 圖2a)是實施例一的M端電流行波；
[0035] 圖2b)是實施例一的M端電流行波對應的小波變換系數；
[0036] 圖2c)是實施例一的N端電流行波；
[0037] 圖2d)是實施例一的N端電流行波對應的小波變換系數；
[0038] 圖3a)是實施例二的M端電流行波；
[0039] 圖3b)是實施例二的M端電流行波對應的小波變換系數；
[0040] 圖3c)是實施例二的N端電流行波；
[0041 ]圖3d)是實施例二的N端電流行波對應的小波變換系數；
[0042] 圖4a)是實施例二的M端電流行波；
[0043] 圖4b)是實施例三的M端電流行波對應的小波變換系數；
[0044] 圖4c)是實施例二的N端電流彳丁波；
[0045] 圖4d)是實施例三的N端電流行波對應的小波變換系數。
【具體實施方式】
[0046] 下面結合附圖與實施例對本發明做進一步說明：
[0047] 架空-電纜混合線路結構，如圖1所示，以標號0-4將混合線路分為四個線路區 間。一般而言，架空線路的波阻抗為300 Ω-500 Ω，而電纜線路波阻抗為10 Ω-100 Ω，故障 行波將在混合線路的連接點處發生復雜的折反射現象。
[0048] 當線路F點發生故障時，將有故障電流行波i產生并沿線路向兩個母線測量端傳 播，如圖1所示。設故障行波i到達2標號處時為τ i時刻，則測量端N處測得的反向電流 行波、為：
[0049]
(1)
[0050] 式中，τ2, τ3分別為故障行波經過2-3,3_4線路區間所用時間；γ p，^分別為故 障電流行波由架空線路入射電纜電路和由電纜電路入射架空線路的折射系數；βρ，Pq架 空線路入射電纜電路和由電纜電路入射架空線路的反射系數；β 故障電流行波在測量 端N處的反射系數。
[0051] 式（1)中第一項為測量端N初始反向行波波頭分量，后續為測量端N正向行波在 區間3-4, 2-4間的折反射行波分量。由此可見，架空線-電纜混合線路里面折反射行波相當 復雜，若逐個識別波頭性質將相當困難。同時上式反向行波表達式中，忽略了透射過測量端 M并經相鄰線路折反射回故障線路的行波對測量端N的影響以及測量端N正向行波在0-4 區間各區段及故障點處的折反射行波分量。因此，故障行波在混合線路中的折反射情況相 當復雜，故障初始行波后的后續行波波頭的性質不易識別，在混合線路中適合使用