适用于高压架空线-电缆混合线路的行波故障定位方法

摘要

本发明公开了一种适用于高压架空线-电缆混合线路的行波故障定位方法，其通过在受测混合线路的两端分别安装行波采集装置，并利用该两台行波采集装置分别采集并计算注入行波时间差、合闸行波时间差、故障行波时间差，利用行波信号在架空线区段或电缆区段波速恒定这一特点，通过判断故障行波时间差与各个注入行波时间差是否满足判定条件以及满足判定条件的次序来准确、快速的确定受测混合线路的故障点所在的线路段，再通过计算来精确定位受测混合线路的故障点位置。本发明有效解决了目前混合线路故障定位难的问题，无需整定波速，大大降低了定位误差，具有故障定位速度快、故障点定位精度高的优点，实现了高压架空线-电缆混合线路的故障精确定位。

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于高压架空线-电缆混合线路的行波故障定位方法。

背景技术

国内外对于纯架空线路的故障定位研究较多，提出了多种在线故障定位方 法，其中双端行波定位法因其具有不受过渡电阻的影响、定位精度高等优点，已 经在220kV及以上电压等级的交流和直流架空输电线路中获得了广泛应用。但 由于双端行波定位法需要整定行波波速，而电缆和架空线上的行波波速又不同， 导致双端行波定位法无法直接用于高压架空线―电缆混合线路的故障定位上。因 此，迫切需要研究适用于高压架空线―电缆混合线路故障定位新方法，实现故障 快速定位缩短供电恢复时间，提高供电可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种适用于高压架空线-电缆混合线路 的行波故障定位方法，以克服现有技术中高压架空线-电缆混合线路难以实现快 速、准确的故障定位的问题。

解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种适用于高压架空线-电缆混合线路的行波故障定位方法，适用于由至少一 段电缆段和至少一段架空线串联组成的受测混合线路，所述电缆段和架空线在受 测混合线路中交替设置，设定：受测混合线路全部的电缆段和架空线的总数量为 n段，n≥2，它们由受测混合线路的M端至N端依次表示为线路段D₁,D₂,···, D_n，受测混合线路中相邻电缆段与架空线的连接点由M端至N端依次表示为L₁, L₂,···,L_n-1，M端和N端分别为受测混合线路的首端和末端或者M端和N端 分别为受测混合线路的末端和首端；

所述的行波故障定位方法包括：

步骤一，在受测混合线路的M端和N端分别安装行波采集装置，其中，该 两台行波采集装置之间时间同步；

步骤二，利用行波信号发生器分别在受测混合线路的连接点L₁,L₂,···,L_n-1 注入行波信号，使得注入的行波信号从注入位置向受测混合线路的M端和N端 传输，并利用所述两台行波采集装置分别记录每个注入行波信号达到受测混合线 路M端和N端的时间，从而计算出当行波信号发生器在受测混合线路的连接点 L_i注入行波信号时，注入行波信号分别达到受测混合线路M端和N端的注入行 波时间差为Δt_1i，i＝1,…,n-1；

步骤三，对受测混合线路的M端断路器进行合闸送电，以此在受测混合线路 中产生合闸行波信号，使得该合闸行波信号从受测混合线路的M端向N端传输， 并利用所述两台行波采集装置分别记录该合闸行波信号达到受测混合线路M端 和N端的时间，从而计算出该合闸行波信号分别达到受测混合线路M端和N端 的合闸行波时间差Δt₂；

步骤四，分别计算行波信号在受测混合线路位于M端至连接点L_i之间的区段 上的传输时间以及，分别计算行波信号在受测混合线路位于连接 点L_i至N端之间的区段上的传输时间其中，i＝1,…,n-1；

步骤五，在受测混合线路发生故障时，用所述两台行波采集装置分别记录故 障行波信号到达受测混合线路M端和N端的时间，从而计算出故障行波信号分 别达到受测混合线路M端和N端的故障行波时间差Δt_f；

步骤六，依次比较Δt_f与Δt₁₁,Δt₁₂,…,Δt_1(n-1)的大小，如果存在满足Δt_f＜Δt_1i判定 条件的Δt_1i，i＝1,…,n-1，则判断受测混合线路的故障点位于线路段D_K上，其中， Δt_1K为Δt₁₁,Δt₁₂,…,Δt_1(n-1)依次与Δt_f的大小比较中最先满足所述判定条件的注入行 波时间差，K为1至n-1中的其中一个值；如果Δt_f与Δt₁₁,Δt₁₂,…,Δt_1(n-1)的大小比 较均满足Δt_f＞Δt_1i，i＝1,…,n-1，则判断受测混合线路的故障点位于线路段D_n上；

步骤七，计算行波信号从故障点传输到线路M端的时间计 算行波信号从故障点传输到线路N端的时间

在步骤六判断出受测混合线路的故障点位于线路段D₁上时，故障点离线路M 端的距离为$l_{Mf}=\frac{t_{Mf}}{t_{M1}}{l}_1,$离线路N端的距离为$l_{Nf}=\frac{t_{Nf}-t_{N1}}{t_{M1}}{l}_1+\underset{i=2}{\overset{n}{\Sigma }}{l}_i;$

在步骤六判断出受测混合线路的故障点位于线路段D_k上且k≥2时，故障点 离线路M端的距离为离线路N端的距离为 $l_{Nf}=\frac{t_{Nf}-t_{Nk}}{t_{N(k-1)}-t_{Nk}}{l}_k+\underset{i=k+1}{\overset{n}{\Sigma }}{l}_i;$

在步骤六判断出受测混合线路的故障点位于线路段D_n上时，故障点离线路M 端的距离为$l_{Mf}=\frac{t_{Mf}-t_{M(n-1)}}{t_{N(n-1)}}{l}_n+\underset{i=1}{\overset{n-1}{\Sigma }}{l}_i,$离线路N端的距离为$l_{Nf}=\frac{t_{Nf}}{t_{N(n-1)}}{l}_n;$

其中l_i为线路段D_i的长度，i＝1,…,n。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过在受测混合线路的两端分别安装行波采集装置，并利用该两台行 波采集装置分别采集并计算注入行波时间差Δt_1i，i＝1,…,n-1、合闸行波时间差 Δt₂、故障行波时间差Δt_f，利用行波信号在架空线区段或电缆区段波速恒定这一 特点，通过判断故障行波时间差与各个注入行波时间差是否满足判定条件以及满 足判定条件的次序来准确、快速的确定受测混合线路的故障点所在的线路段，再 通过计算来精确定位受测混合线路的故障点位置；

综上所述，本发明有效的解决了目前混合线路故障定位难的问题，且无需整 定波速，大大降低了定位误差，具有故障定位速度快、故障点定位精度高的优点， 实现了高压架空线-电缆混合线路的故障精确定位。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

图1为高压架空线-电缆混合线路的线路示意图；

图2为本发明的行波故障定位方法的流程框图；

图3为本发明的行波故障定位方法的原理参考示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明适用于高压架空线-电缆混合线路的行波故障定位 方法，适用于由至少一段电缆段和至少一段架空线串联组成的受测混合线路，电 缆段和架空线在受测混合线路中交替设置，设定：受测混合线路全部的电缆段和 架空线的总数量为n段，n≥2，它们由受测混合线路的M端至N端依次表示为 线路段D₁,D₂,···,D_n，受测混合线路中相邻电缆段与架空线的连接点由M端至 N端依次表示为L₁,L₂,···,L_n-1，M端和N端分别为受测混合线路的首端和末 端或者M端和N端分别为受测混合线路的末端和首端。

本发明的行波故障定位方法包括：

步骤一，在受测混合线路的M端和N端分别安装行波采集装置，其中，该 两台行波采集装置之间时间同步。

步骤二，利用行波信号发生器分别在受测混合线路的连接点L₁,L₂,···,L_n-1注入行波信号，使得注入的行波信号从注入位置向受测混合线路的M端和N端 传输，并利用两台行波采集装置分别记录每个注入行波信号达到受测混合线路M 端和N端的时间，从而计算出当行波信号发生器在受测混合线路的连接点L_i注 入行波信号时，注入行波信号分别达到受测混合线路M端和N端的注入行波时 间差为Δt_1i，i＝1,…,n-1。

步骤三，对受测混合线路的M端断路器进行合闸送电，以此在受测混合线路 中产生合闸行波信号，使得该合闸行波信号从受测混合线路的M端向N端传输， 并利用两台行波采集装置分别记录该合闸行波信号达到受测混合线路M端和N 端的时间，从而计算出该合闸行波信号分别达到受测混合线路M端和N端的合 闸行波时间差Δt₂。

步骤四，分别计算行波信号在受测混合线路位于M端至连接点L_i之间的区段 上的传输时间以及，分别计算行波信号在受测混合线路位于连接 点L_i至N端之间的区段上的传输时间其中，i＝1,…,n-1。

步骤五，在受测混合线路发生故障时，用两台行波采集装置分别记录故障行 波信号到达受测混合线路M端和N端的时间，从而计算出故障行波信号分别达 到受测混合线路M端和N端的故障行波时间差Δt_f。

步骤六，依次比较Δt_f与Δt₁₁,Δt₁₂,…,Δt_1(n-1)的大小，如果存在满足Δt_f＜Δt_1i判定 条件的Δt_1i，i＝1,…,n-1，则判断受测混合线路的故障点位于线路段D_K上，其中， Δt_1K为Δt₁₁,Δt₁₂,…,Δt_1(n-1)依次与Δt_f的大小比较中最先满足判定条件的注入行波时 间差，K为1至n-1中的其中一个值；如果Δt_f与Δt₁₁,Δt₁₂,…,Δt_1(n-1)的大小比较均 满足Δt_f＞Δt_1i，i＝1,…,n-1，则判断受测混合线路的故障点位于线路段D_n上。

步骤七，计算行波信号从故障点传输到线路M端的时间计 算行波信号从故障点传输到线路N端的时间

在步骤六判断出受测混合线路的故障点位于线路段D₁上时，故障点离线路M 端的距离为$l_{Mf}=\frac{t_{Mf}}{t_{M1}}{l}_1,$离线路N端的距离为$l_{Nf}=\frac{t_{Nf}-t_{N1}}{t_{M1}}{l}_1+\underset{i=2}{\overset{n}{\Sigma }}{l}_i.$

在步骤六判断出受测混合线路的故障点位于线路段D_k上且k≥2时，故障点 离线路M端的距离为离线路N端的距离为 $l_{Nf}=\frac{t_{Nf}-t_{Nk}}{t_{N(k-1)}-t_{Nk}}{l}_k+\underset{i=k+1}{\overset{n}{\Sigma }}{l}_i.$

在步骤六判断出受测混合线路的故障点位于线路段D_n上时，故障点离线路M 端的距离为$l_{Mf}=\frac{t_{Mf}-t_{M(n-1)}}{t_{N(n-1)}}{l}_n+\underset{i=1}{\overset{n-1}{\Sigma }}{l}_i,$离线路N端的距离为$l_{Nf}=\frac{t_{Nf}}{t_{N(n-1)}}{l}_n.$

其中，l_i为线路段D_i的长度，i＝1,…,n。

参见图3，本发明的行波故障定位方法的原理为：

首先根据线路首端断路器进行合闸时产生的行波信号到达线路两端的时间 差，计算得出行波信号从线路首端传输到末端的总时间，即行波在所有线路段 D₁,D₂,···,D_n传输的时间总和；再利用行波信号发生器在电缆和架空线的连接 处L₁,L₂,···,L_n-1注入行波信号，计算得出注入行波信号分别达到受测混合线路 M端和N端的注入行波时间差。根据时间总和以及时间差即可计算得出行波信 号在受测混合线路位于M端至连接点L_i之间的区段上的传输时间以及在行波信 号在受测混合线路位于连接点L_i至N端之间的区段上的传输时间。

线路故障时，同样利用故障时产生的行波信号到达线路两端的时间，计算得 出故障行波信号从故障点传输到首端的时间与从故障点传输到末端的时间两者 之差。再结合行波信号从线路首端传输到末端的总时间，即可计算出故障行波信 号从故障点传输到首端的时间，以及故障行波信号从故障点传输到末端的时间。

若故障点在线路段D₁上时，行波信号行波信号从故障点传输到线路M端的 时间肯定小于行波信号从连接处L₁传输到线路M端的时间，而行波信号从故障 点传输到线路N端的时间肯定大于行波信号从连接处L₁传输到线路N端的时间。 因此当故障点在线路段D₁上时，行波信号从故障点传输到M端的时间与从故障 点传输到N端的时间之差必然小于行波从连接处L₁传输到线路M端的时间与从 连接处L₁传输到线路N端的时间之差。

若行波信号从故障点传输到M端的时间与从故障点传输到N端的时间之差 大于行波从连接处L₁传输到线路M端的时间与从故障点传输到线路N端的时间 之差，则故障点不在线路段D₁上，而在线路段H₁上。此时同理，若故障点在线 路段D₂上，则行波信号从故障点传输到线路M端的时间肯定小于行波信号从连 接处L₂传输到线路M端的时间，而行波信号从故障点传输到线路N端的时间肯 定大于行波信号从连接处L₂传输到线路N端的时间。因此在此情况下，行波信 号从故障点传输到M端的时间与从故障点传输到N端的时间之差小于行波从连 接处L₂传输到线路M端的时间与从连接处L₂传输到线路N端的时间之差。

若故障点仍不在线路段D₂上，则在线路段H₂上。继续进行比较直到确定故 障点所在线路段后，即可根据行波信号传输时间与传输距离呈线性关系这一特点 进行故障点定位。

当故障点在D₁上时，利用故障行波信号从故障点传输到线路M端的的时间 与行波在线路段D₁上传输的时间之比即可计算出故障点距线路M端的长度占线 路段D₁长度的比例，进而计算出故障点距线路M端的长度。线路总长度减去故 障点距线路M端的长度即为故障点距线路N端的长度。

当故障点在D_k时，k≥2，利用故障行波信号从故障点传输到连接处L_(k-1)的时间与行波在线路段D_k上传输的时间之比即可计算出故障点距连接处L_(k-1)的长度占线路段D_k长度的比例，进而计算出故障点距连接处L_(k-1)的长度，加 上线路段D₁,D₂,···,D_(k-1)的线路长度之和，即为故障点距线路M段的线路长 度。同理，利用故障行波信号从故障点传输到连接处L_k的时间与行波在线路段 D_k上传输的时间之比即可计算出故障点距连接处L_k的长度占线路段D_k长度的比 例，进而计算出故障点距连接处L_k的长度，加上线路段D_k,D_(k+1),···,D_n的线 路长度之和，即为故障点距线路N段的线路长度。

当故障点在D_n上时，利用故障行波信号从故障点传输到线路N端的的时间 与行波在线路段D_n上传输的时间之比即可计算出故障点距线路N端的长度占线 路段D_n长度的比例，进而计算出故障点距线路N端的长度。线路总长度减去故 障点距线路N端的长度即为故障点距线路M端的长度。

本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术 知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出 其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。