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一种架空线电缆混合线路双端行波故障测距方法

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本发明公开了一种架空线电缆混合线路双端故障行波测距方法，其包括步骤：将混合线路分为若干个路段，以使架空线和电缆处于不同的路段；采集故障行波传输至混合线路两端的时间，并据此得到其时间差；假设故障发生在每一路段，根据所述时间差和故障行波在各路段的传输速度计算故障发生在每一路段的故障距离xFi，所述故障距离xFi为假设故障发生点与该故障发生点对应的路段沿故障行波传输方向的首端的距离；将所述故障距离xFi与对应路段的长度Li进行比较，若满足0≤xFi≤Li，则判断故障发生在该路段；确定故障发生点与混合线路端点之间的距离。本发明所述的架空线电缆混合线路双端故障行波测距方法可简单方便、准确可靠地判断架空线-电缆混合线路故障点所在的具体位置。

著录项

公开/公告号CN103383428A

专利类型发明专利
公开/公告日2013-11-06

原文格式PDF
申请/专利权人上海驹电电气科技有限公司;
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申请/专利号CN201310285719.X
发明设计人刁慕檩;
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申请日2013-07-09
分类号G01R31/08(20060101);
代理机构上海东信专利商标事务所(普通合伙);
代理人杨丹莉;李丹
地址 200240 上海市闵行区剑川路951号5幢1层A1605室
入库时间 2024-02-19 20:21:12

法律信息

法律状态公告日

法律状态信息

法律状态
2019-02-12

专利权的转移 IPC(主分类):G01R31/08 登记生效日:20190118 变更前: 变更后: 申请日:20130709

专利申请权、专利权的转移
2016-06-01

授权

授权
2013-12-18

实质审查的生效 IPC(主分类):G01R31/08 申请日:20130709

实质审查的生效
2013-11-06

公开

公开

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力故障测量方法，尤其涉及一种确定电力故障发生位置的方法。

背景技术

输电线路发生故障后会形成沿着输电线路向两端发展的故障行波。故障行波测距的基本原理是利用所检测到的故障行波到达母线的时间差与波速的乘积来确定故障发生的位置。

由于结构装置复杂、可靠性差、投资大，早期行波法难以获得大范围的推广。在数字信号处理技术以及微机、微电子技术的发展下，现代行波法得到了高速发展。

根据测距中所使用的电气量，可以将故障测距算法分为单端测距和双端测距。单端测距算法是根据故障点产生的行波从故障点往返一次的时间和行波波速来确定故障点距离，双端测距算法则是利用故障点产生的行波到达线路两端的时间并借助通信联系来实现故障点测距。由于单端测距算法还需要判断故障行波是来自故障点的反射还是对端母线的反射，因此，其相较于双端测距算法过程更为繁琐且可靠性低。随着GPS（Global Positioning System，全球定位系统）的飞速发展，同步测量故障点所产生的行波到达线路两端的时间能够精确至±0.1μs，双端测距算法进一步得到了广泛地应用。

当输电线路发生故障时，从线路两端安装的GPS装置上可以获得故障行波波头到达的具体时间，利用以下公式可以计算出故障点距离其中一个端点的距离为：

$x_{F} = \frac{L - Δt \times v}{2}$

其中，L为输电线路全长，Δt为两端检测的行波到达时间差，v为输电线路上行波传输速度。

上述公式仅适用于单一线路，而对于混合线路，例如包括架空线-电缆的混合线路，由于架空线和电缆的波阻抗不连续、行波在架空线和电缆上的传输速度不一致，因而混合线路就不能直接采用上述公式来进行测距计算。

发明内容

本发明的目的是提供一种架空线电缆混合线路双端故障行波测距方法，其可以利用在架空线-电缆混合线路两端监测点所检测到的故障行波波头到达的时间差来确定故障发生点距混合线路两端点的距离，从而判断故障发生的具体位置。

为了达到上述目的，本发明提供了一种架空线电缆混合线路双端故障行波测距方法，其包括步骤：

将混合线路分为若干个路段，以使架空线和电缆处于不同的路段；

采集故障行波传输至混合线路两端的时间，并据此得到其时间差；

假设故障发生在每一路段，根据所述时间差和故障行波在各路段的传输速度计算故障发生在每一路段的故障距离x_Fi，所述故障距离x_Fi为假设故障发生点与该故障发生点对应的路段沿故障行波传输方向的首端的距离；

将所述故障距离x_Fi与对应路段的长度L_i进行比较，若满足0≤x_Fi≤L_i，则判断故障发生在该路段；

确定故障发生点与混合线路端点之间的距离。

由于混合线路中的架空线和电缆的波阻抗不连续而导致行波在两者上的传输速度不同，需要将混合线路进行分段处理并把每一路段i的相应长度记为L_i。利用测得的故障行波传输到线路两端的时间差⊿t，已知每一路段的传输速度v_i及每一路段的长度L_i，并逐一假设各路段i为故障点发生所在的路段，分别计算获得故障距离x_F1，x_F2，x_F3，……x_Fi，其中，故障距离x_Fi为假设故障发生点与该故障发生点对应的路段沿故障行波传输方向的首端的距离，将算得的故障距离x_Fi一一与其对应的路段长度L_i进行比较，如果满足关系式0≤x_Fi≤L_i的话，则说明故障点即发生在路段i处。

本发明所述的方法架空线电缆混合线路双端故障行波测距方法不受限于混合线路的段数，且在判断故障区段时不存在任何重合区域，因此判断结果准确，使用方便。

在某些实施方式中，本发明所述的架空线电缆混合线路双端故障行波测距方法可以采用脉冲波测量得到故障行波在各路段的传输速度。

在另外一些实施方式中，本发明所述的架空线电缆混合线路双端故障行波测距方法也可以根据已经发生的故障推算得到故障行波在各路段的传输速度。

进一步地，在本发明所述的架空线电缆混合线路双端故障行波测距方法中，在混合线路的两端设置故障行波检测装置以采集故障行波传输至混合线路两端的时间。

更进一步地，上述故障行波检测装置采用GPS装置。由于GPS装置的所测时间能精确到±0.1μs，其非常适合应用于双端测距算法。

本发明所述的架空线电缆混合线路双端故障行波测距方法较之现有技术所具有的优点如下：

1）可判断架空线-电缆混合线路故障点所在的具体位置；

2）不受混合线路路段数量的影响且判断故障区段时不存在重合区域；

3）判断简便，准确可靠，应用范围广。

附图说明

图1为本发明所述的架空线电缆混合线路双端故障行波测距方法在一种实施方式下判断混合线路中故障点具体位置的模型示意图。

图2为本发明所述的架空线电缆混合线路双端故障行波测距方法在一种实施方式下判断混合线路中故障点具体位置的流程示意图。

具体实施方式

以下将根据具体实施例及说明书附图对本发明所述的架空线电缆混合线路双端故障行波测距方法做进一步说明，但是以下说明并不构成对本发明技术方案的不当限定。

图1显示了本发明的架空线电缆混合线路双端故障行波测距方法在一种具体实施方式下判断混合线路中故障点具体位置的模型，从图1中可以看出，在该实施例中，混合线路共有4个路段，分别为间隔分布的两段架空线和两段电缆。

图2则显示了本发明的架空线电缆混合线路双端故障行波测距方法对应图1所示的路段判断混合线路中故障点具体位置的过程。

如图1和图2所示，架空线电缆混合线路双端故障行波测距方法的步骤为：

1）将混合线路分为4个路段，2段架空线和2段电缆间隔设置，其依次分别为架空线-电缆-架空线-电缆，其对应长度分别为L₁，L₂，L₃和L₄，由于故障点在每一个路段都有可能发生，因而分别用F₁，F₂，F₃和F₄来表示4种可能的故障点位置，它们分别发生在路段1（架空线I）、路段2（电缆I）、路段3（架空线II）和路段4（电缆II）上，混合线路的两端分别为端点A 和端点B。

2）在混合线路的两端设置故障行波检测装置来采集故障行波传输至混合线路两端的时间t_A和t_B，并据此得到故障行波分别传输至混合线路两端的时间差⊿t。

3）逐一假设故障发生在每一路段（即路段1至路段4），根据时间差⊿t 和故障行波在各路段的传输速度v_i分别代入公式（1）至（4）来计算故障发生在每一路段的故障距离x_F1，x_F2，x_F3和x_F4，其中，故障距离x_Fi分别为假设故障发生点与该故障发生点对应的路段沿故障行波传输方向的首端的距离，具体地，x_F1为故障点F₁到端点A的距离，x_F2为故障点F₂到路段2首端（即架空线I与电缆I的连接点处）的距离，x_F3为故障点F3到路段3首端（即电缆I与架空线II的连接点处）的距离，x_F4为故障点F₄到路段4首端（即架空线II与电缆II的连接点处）的距离，且公式（1）～（4）分别为：

$x_{F 1} = (Δ t_{F 1} + \frac{L_{1}}{v_{1}} + \frac{L_{2}}{v_{2}} + \frac{l_{3}}{v_{3}} + \frac{l_{4}}{v_{4}}) \times \frac{v_{1}}{2} . - - - (1)$

$x_{F 2} = (Δ t_{F 2} - \frac{L_{1}}{v_{1}} + \frac{L_{2}}{v_{2}} + \frac{l_{3}}{v_{3}} + \frac{l_{4}}{v_{4}}) \times \frac{v_{2}}{2} - - - (2)$

$x_{F 3} = (Δ t_{F 3} - \frac{L_{1}}{v_{1}} - \frac{L_{2}}{v_{2}} + \frac{l_{3}}{v_{3}} + \frac{l_{4}}{v_{4}}) \times \frac{v_{3}}{2} - - - (3)$

$x_{F 4} = (Δ t_{F 4} - \frac{L_{1}}{v_{1}} - \frac{L_{2}}{v_{2}} - \frac{l_{3}}{v_{3}} + \frac{l_{4}}{v_{4}}) \times \frac{v_{4}}{2} - - - (4)$

4）将故障距离x_F1，x_F2，x_F3和x_F4与对应路段的长度L₁，L₂，L₃和L₄ 进行比较，若0≤x_F1≤L₁，判断故障发生在路段1（即架空线I），若否，则进行下一故障距离x_F2的判断；若0≤x_F2≤L₂，判断故障发生在路段2（即电缆I），若否，则进行故障距离x_F3的判断；若0≤x_F3≤L₃，判断故障发生在路段3（即架空线II），若否，则进行故障距离x_F4的判断；若0≤x_F4≤L₄，判断故障发生在路段4（即电缆II）。

5）计算故障发生点与混合线路A端点之间的距离x_A，若故障点出现在路段1，则x_A就为x_F1，若故障点出现在路段2，则x_A为x_F2+L₁，若故障点出现在路段3，则x_A为x_F3+L₁+L₂，若故障点出现在路段4，则x_A为x_F4+L₁+ L₂+L₃，以确定故障点所在的具体位置从而方便工作人员作进一步排查和检修。

另外，在步骤2）中，可以采用GPS装置作为故障行波检测装置用来采集故障行波传输至混合线路两端的时间；在步骤3）中，故障行波在各路段的传输速度v_i可以通过脉冲波测量获得，也可以根据已经发生的故障推算而得。

此外，继续参阅图1，对于步骤3）中假设过程以及如何根据时间差⊿t、各路段的长度L_i以及故障行波在各路段的传输速度V_i而获得公式（1）至（4）作进一步说明：

i）假设故障点为F₁，其发生在路段1（即架空线I），设定故障发生在初始时刻t=0，则故障行波到达端点A的时间为其中，v₁为路段1 的行波传输速度；故障行波到达端点B的时间为其中，v₂、v₃和v₄分别为路段2、路段3和路段4上的故障行波传输速度；则A、B两端的时间差为 $Δ t_{F 1} = t_{A - F 1} - t_{B - F 1} = \frac{2 \cdot x_{F 1}}{v_{1}} - \frac{L_{1}}{v_{1}} - \frac{L_{2}}{v_{2}} - \frac{L_{3}}{v_{3}} - \frac{L_{4}}{v_{4}},$ 由此可以推算得出故障点F₁距离故障线路首端（即端点A）的距离为 $x_{F 1} = (Δ t_{F 1} + \frac{L_{1}}{v_{1}} + \frac{L_{2}}{v_{2}} + \frac{l_{3}}{v_{3}} + \frac{l_{4}}{v_{4}}) \times \frac{v_{1}}{2} . - - - (1) .$

ii）假设故障点为F₂，其发生在路段2（即电缆I），仍然设定故障发生在初始时刻t=0，各路段上的行波传输速度不变，则故障行波到达端点A的时间为 $t_{A - F 2} = \frac{x_{F 2}}{v_{2}} + \frac{L_{1}}{v_{1}},$ 故障行波到达端点B的时间为 $t_{B - F 2} = (\frac{L_{2} - x_{F 2}}{v_{2}}) + \frac{L_{3}}{v_{3}} + \frac{l_{4}}{v_{4}},$ 则A、B两端的时间差为 $Δ t_{F 2} = t_{A - F 2} - t_{B - F 2} = \frac{2 \cdot x_{F 2}}{v_{2}} + \frac{L_{1}}{v_{1}} - \frac{L_{2}}{v_{2}} - \frac{L_{3}}{v_{3}} - \frac{L_{4}}{v_{4}},$ 同样地，由此可以推算得出故障点F₂距离故障线路首端（路段1和路段2的交接处）的距离为 $x_{F 2} = (Δ t_{F 2} - \frac{L_{1}}{v_{1}} + \frac{L_{2}}{v_{2}} + \frac{l_{3}}{v_{3}} + \frac{l_{4}}{v_{4}}) \times \frac{v_{2}}{2} - - - (2) .$

iii）当假设故障点为F3，其发生在路段3时，按照i）和ii）的推算过程，其故障距离 $x_{F 3} = (Δ t_{F 3} - \frac{L_{1}}{v_{1}} - \frac{L_{2}}{v_{2}} + \frac{l_{3}}{v_{3}} + \frac{l_{4}}{v_{4}}) \times \frac{v_{3}}{2} - - - (3) .$

vi）同理，当假设故障点为F₄，其发生在路段4时，其故障距离为 $x_{F 4} = (Δ t_{F 4} - \frac{L_{1}}{v_{1}} - \frac{L_{2}}{v_{2}} - \frac{l_{3}}{v_{3}} + \frac{l_{4}}{v_{4}}) \times \frac{v_{4}}{2} - - - (4)$

通过公式（1）至（4）可以看出，只需要获知线路两端检测到故障行波波头到达的时间差⊿t，就可以根据4个路段的长度L_i及故障行波在各路段的传输速度V_i而算得故障距离x_Fi。

在本实施方式中，混合线路为2段架空线和2段电缆间隔设置的混合路线，因此将该混合路线分为4个路段，但是本发明所述的架空线电缆混合线路双端故障行波测距方法并不局限于混合路线的段数设置，无论混合线路具有多少段都可以采用本发明的技术方案进行故障测距从而确定故障点的具体位置。若混合线路具有i个路段，用于计算故障距离x_Fi的公式（1）至（i），其分别为：

$x_{F 1} = (Δ t_{F 1} + \frac{L_{1}}{v_{1}} + \frac{L_{2}}{v_{2}} + \frac{l_{3}}{v_{3}} + \frac{l_{4}}{v_{4}} . . . + \frac{L_{i}}{v_{i}}) \times \frac{v_{1}}{2},$

$x_{F 2} = (Δ t_{F 2} - \frac{L_{1}}{v_{1}} + \frac{L_{2}}{v_{2}} + \frac{l_{3}}{v_{3}} + \frac{l_{4}}{v_{4}} . . . + \frac{L_{i}}{v_{i}}) \times \frac{v_{2}}{2},$

$x_{F 3} = (Δ t_{F 3} - \frac{L_{1}}{v_{1}} - \frac{L_{2}}{v_{2}} + \frac{l_{3}}{v_{3}} + \frac{l_{4}}{v_{4}} . . . + \frac{L_{i}}{v_{i}}) \times \frac{v_{3}}{2},$

$x_{F 4} = (Δ t_{F 4} - \frac{L_{1}}{v_{1}} - \frac{L_{2}}{v_{2}} - \frac{l_{3}}{v_{3}} + \frac{l_{4}}{v_{4}} . . . + \frac{L_{i}}{v_{i}}) \times \frac{v_{4}}{2}$

……

$x_{Fi} = (Δ t_{Fi} - \frac{L_{1}}{v_{1}} - \frac{L_{2}}{v_{2}} - \frac{l_{3}}{v_{3}} - \frac{l_{4}}{v_{4}} . . . - \frac{L_{i - 1}}{v_{i - 1}} + \frac{L_{i}}{v_{i}}) \times \frac{v_{i}}{2}$

将获得的故障距离x_Fi依次分别与各自对应的对应路段的长度L₁，L₂， L₃……L_i进行比较，根据不等式0≤x_Fi≤L_i判断故障点所在路段后，计算故障发生点与混合线路端点之间的距离来准确定位故障点的位置所在。

通过本发明的技术方案可以简单方便地判断故障点所在的线路，由此则可以进一步计算故障点距端点的距离，即故障点的具体位置，其故障区段判断过程中不存在重合区域，在i条线路中只会有一条线路满足关系式 0≤x_Fi≤L_i(i＝1,2,3,4……i)，从而经判断后的故障点具有唯一性。同时，本发明的技术方案通用性强，不受混合线路的段数限制，不论混合线路分成多少个路段都可以适用，其具有广泛而良好的应用前景。

需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

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