CN103792466B - 架空线路-电力电缆混连线路双端故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种架空线路-电力电缆混连线路双端故障定位方法。首先测量架空线路-电力电缆混连线路两端的故障相正序电压、故障相正序电流；分别利用架空线路-电力电缆混连线路两端的故障相正序电压、故障相正序电流计算架空线路和电力电缆连接点处的故障相正序电压和故障相正序电流；根据架空线路和电力电缆连接点处的故障相正序电压差与故障相正序电流和之间的相角关系判别故障支路；然后采用一维搜索方法，搜索故障支路上故障相正序电压差领先架空线路和电力电缆连接点处的故障相正序电流和的相角发生相位突变对应的点即为故障点。本发明方法采用分布参数建模，具有天然的抗分布电容电流影响的能力。

Description

架空线路-电力电缆混连线路双端故障定位方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体地说是涉及一种架空线路-电力电缆混连线路双端故障定位方法。

背景技术

随着我国大中型城市建设的飞速发展和城市规划的要求，电力电缆以其占地少、人身安全保障、供电可靠性高、维护工作量小等优点得到了广泛的应用，并进一步在原有电力电缆、架空线路基础上发展应用越来越广泛的电力电缆-架空线混连线路，例如上海小洋山电缆-架空混连线路、铁路自闭贯通电缆-架空线路以及电气化铁路电缆-架空混连线路。

于玉泽、覃剑和李功新等人发表的《电缆-架空线混合线路故障测距方法综述》是针对电缆-架空线路的故障测距提出同时向故障相和非故障相注入脉冲电流，通过比较故障相和非故障相行波信号先判断连接点和故障点位置再进行故障测距的方法，但脉冲发射装置以及其同步性在实际应用中比较难实现。吴承恩、邰能灵和郁惟镛发表的《超高压电缆-架空线混合线路故障测寻法》针对超高压电缆-架空线混合线路的故障测距提出利用故障附加负序网中故障点负序电压幅值最大这一特点构造判据先判别故障点所在电力电缆或架空线路，然后利用故障支路首末端电压、电流突变量推算出故障点，但在混连线路连接处附近单相高阻短路故障时，由双端电气量推算出连接点处的负序电压幅值基本相同，加上故障暂态过程的影响，在连接点附近可能无法正确判断故障支路，从而导致测距失败。束洪春和孙涛发表的《电缆-架空线混合线路故障行波测距新方法》针对电缆-架空线路的故障测距提出利用故障后附加负序网络下通过系统两端电气量推导出的电缆架空线连接点处分布电流的大小判断故障支路，再使用单端行波测距装置进行精确故障测距，但在混合线路连接处附近高阻短路故障时，由两端电气量推导出的电缆架空线连接点处的分布电流大小基本相等，加上故障暂态过程的影响，在连接点附近会有测距死区，且不适用于对称性故障。目前已有的架空线路—电力电缆混连线路故障测距方法都是先判断故障支路，后采用双端测距方法进行故障测距，这些方法原理上受过渡电阻、线路参数和故障位置影响严重，尤其是架空线路—电力电缆连接点附近发生单相高阻接地故障时，这些方法常常判断故障支路错误，导致故障测距失败，无法提供有效的故障点信息，导致故障排查困难。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种测距精度不受线路参数、故障位置、过渡电阻和负荷电流影响的架空线路-电力电缆混连线路双端故障定位方法。

为完成上述目的，本发明采用如下技术方案：

架空线路-电力电缆混连线路双端故障定位方法，包括如下依序步骤：

（1）测量架空线路-电力电缆混连线路在m变电站保护安装处的故障相正序电压故障相正序电流测量架空线路-电力电缆混连线路在n变电站保护安装处的故障相正序电压故障相正序电流其中，φ为A相或B相或C相；

（2）由m变电站保护安装处的故障相正序电压故障相正序电流计算架空线路与电力电缆连接点j的故障相正序电压故障相正序电流

${\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{mj\φ}1}={\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{m\φ}1}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{mj}}\right)-Z_{c1}{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{m\φ}1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{mj}}\right)$

${\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{mj\φ}1}={\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{m\φ}1}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{mj}}\right)-\frac{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{m\φ}1}}{Z_{c1}}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{mj}}\right)$

其中，γ₁为架空线路正序传播系数；Z_c1为架空线路正序波阻抗；ch(.)为双曲余弦函数；sh(.)为双曲正弦函数；j为架空线路和电力电缆的连接点；l_mj为m变电站保护安装处到架空线路和电力电缆连接点j的架空线路长度；

（3）由n变电站保护安装处的故障相正序电压故障相正序电流计算架空线路与电力电缆连接点j的故障相正序电压故障相正序电流

${\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{nj\φ}1}={\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{n\φ}1}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_2{l}_{\mathrm{nj}}\right)-Z_{c2}{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{n\φ}1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_2{l}_{\mathrm{nj}}\right)$

${\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{nj\φ}1}={\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{n\φ}1}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_2{l}_{\mathrm{nj}}\right)-\frac{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{n\φ}1}}{Z_{c2}}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_2{l}_{\mathrm{nj}}\right)$

其中，γ₂为电力电缆正序传播系数；Z_c2为电力电缆正序波阻抗；ch(.)为双曲余弦函数；sh(.)为双曲正弦函数；l_nj为架空线路和电力电缆连接点j到n变电站保护安装处的电力电缆长度；

（4）判断领先的角度落在（-90°0°）范围内是否成立，若成立，则判断架空线路发生故障；选取故障距离初始值l_x从m变电站保护安装处开始，以固定步长Δl递增，依次计算架空线路上每一点的

${\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{m\φ}1}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_x\right)-Z_{c1}{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{m\φ}1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_x\right)-{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{nj\φ}1}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_1(l_{\mathrm{mj}}-l_x)\right)+Z_{c1}{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{nj\φ}1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_1(l_{\mathrm{mj}}-l_x)\right)$ 领先的角度α(l_x)，直至架空线路全长；选取架空线路上某一点的α(l_x)落在（090°）范围内，且其相邻下一个点的α(l_x+Δl)落在（-90°0°）范围内，这两个点的中间位置即为架空线路上的故障点；

（5）判断领先的角度落在（0°90°）范围是否成立，若成立，则判断电力电缆发生故障；选取故障距离初始值l_x从架空线路和电力电缆连接点j开始，以固定步长Δl递增，依次计算电力电缆上每一点的

${\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{m\φ}1}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_2{l}_x\right)-Z_{c2}{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{m\φ}1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_2{l}_x\right)-{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{nj\φ}1}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_2(l_{\mathrm{nj}}-l_x)\right)+Z_{c2}{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{nj\φ}1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_2(l_{\mathrm{nj}}-l_x)\right)$ 领先的角度α(l_x)，直至电力电缆全长；选取电力电缆上某一点的α(l_x)落在（090°）范围内，且其相邻下一个点的α(l_x+Δl)落在（-90°0°）范围内，这两个点的中间位置即为电力电缆上的故障点。

本发明与现有技术相比较，具有下列积极成果：

本发明方法首先测量架空线路-电力电缆混连线路两端的故障相正序电压、故障相正序电流，分别利用架空线路-电力电缆混连线路两端的故障相正序电压、故障相正序电流计算架空线路和电力电缆连接点处的故障相正序电压和故障相正序电流，根据架空线路和电力电缆连接点处的故障相正序电压差与故障相正序电流和之间的相角关系判别故障支路，然后采用一维搜索方法，搜索故障支路上故障相正序电压差领先架空线路和电力电缆连接点处的故障相正序电流和的相角发生相位突变对应的点即为故障点。

本发明方法采用分布参数建模，具有天然的抗分布电容电流影响的能力。本发明方法根据故障支路上故障相正序电压差领先架空线路和电力电缆连接点处的故障相正序电流和的相角发生相位突变对应的点即为故障点这一特性实现双端精确故障测距，测距结果不受线路参数、故障位置、过渡电阻和负荷电流的影响。

附图说明

图1为应用本发明的线路输电系统示意图。

具体实施方式

下面根据说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细表述。

图1为应用本发明的线路输电系统示意图。测量架空线路-电力电缆混连线路在m变电站保护安装处的故障相正序电压故障相正序电流测量架空线路-电力电缆混连线路在n变电站保护安装处的故障相正序电压故障相正序电流其中，φ为A相或B相或C相。

由m变电站保护安装处的故障相正序电压故障相正序电流计算架空线路与电力电缆连接点j的故障相正序电压故障相正序电流

${\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{mj\φ}1}={\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{m\φ}1}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{mj}}\right)-Z_{c1}{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{m\φ}1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{mj}}\right)$

${\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{mj\φ}1}={\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{m\φ}1}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{mj}}\right)-\frac{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{m\φ}1}}{Z_{c1}}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{\mathrm{mj}}\right)$

其中，γ₁为架空线路正序传播系数；Z_c1为架空线路正序波阻抗；ch(.)为双曲余弦函数；sh(.)为双曲正弦函数；j为架空线路和电力电缆的连接点；l_mj为m变电站保护安装处到架空线路和电力电缆连接点j的架空线路长度。

由n变电站保护安装处的故障相正序电压故障相正序电流计算架空线路与电力电缆连接点j的故障相正序电压故障相正序电流

${\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{nj\φ}1}={\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{n\φ}1}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_2{l}_{\mathrm{nj}}\right)-Z_{c2}{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{n\φ}1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_2{l}_{\mathrm{nj}}\right)$

${\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{nj\φ}1}={\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{n\φ}1}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_2{l}_{\mathrm{nj}}\right)-\frac{{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{n\φ}1}}{Z_{c2}}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_2{l}_{\mathrm{nj}}\right)$

其中，γ₂为电力电缆正序传播系数；Z_c2为电力电缆正序波阻抗；ch(.)为双曲余弦函数；sh(.)为双曲正弦函数；l_nj为架空线路和电力电缆连接点j到n变电站保护安装处的电力电缆长度。

判断领先的角度落在（-90°0°）范围内是否成立，若成立，则判断架空线路发生故障；选取故障距离初始值l_x从m变电站保护安装处开始，以固定步长Δl递增，计算架空线路上每一点的 ${\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{m\φ}1}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_x\right)-Z_{c1}{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{m\φ}1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_x\right)-{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{nj\φ}1}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_1(l_{\mathrm{mj}}-l_x)\right)+Z_{c1}{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{nj\φ}1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_1(l_{\mathrm{mj}}-l_x)\right)$ 领先的角度α(l_x)，直至架空线路全长；选取架空线路上某一点的α(l_x)落在（090°）范围内，且其相邻下一个点的α(l_x+Δl)落在（-90°0°）范围内，这两个点的中间位置即为架空线路上的故障点。

判断领先的角度是否落在（0°90°）内，若成立，则判断电力电缆发生故障；选取故障距离初始值l_x从架空线路和电力电缆连接点j开始，以固定步长Δl递增，计算电力电缆上每一点的 ${\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{m\φ}1}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_2{l}_x\right)-Z_{c2}{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{m\φ}1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_2{l}_x\right)-{\stackrel{.}{U}}_{\mathrm{nj\φ}1}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_2(l_{\mathrm{nj}}-l_x)\right)+Z_{c2}{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{nj\φ}1}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_2(l_{\mathrm{nj}}-l_x)\right)$ 领先的角度α(l_x)，直至电力电缆全长；选取电力电缆上某一点的α(l_x)落在（090°）范围内，且其相邻下一个点的α(l_x+Δl)落在（-90°0°）范围内，这两个点的中间位置即为电力电缆上的故障点。

本发明方法首先测量架空线路-电力电缆混连线路两端的故障相正序电压、故障相正序电流，分别利用架空线路-电力电缆混连线路两端的故障相正序电压、故障相正序电流计算架空线路和电力电缆连接点处的故障相正序电压和故障相正序电流，根据架空线路和电力电缆连接点处的故障相正序电压差与故障相正序电流和之间的相角关系判别故障支路，然后采用一维搜索方法，搜索故障支路上故障相正序电压差领先架空线路和电力电缆连接点处的故障相正序电流和的相角发生相位突变对应的点即为故障点。

本发明方法采用分布参数建模，具有天然的抗分布电容电流影响的能力。本发明方法根据故障支路上故障相正序电压差领先架空线路和电力电缆连接点处的故障相正序电流和的相角发生相位突变对应的点即为故障点这一特性实现双端精确故障测距，测距结果不受线路参数、故障位置、过渡电阻和负荷电流的影响。

以上所述仅为本发明的较佳具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.架空线路-电力电缆混连线路双端故障定位方法，包括如下依序步骤：

(1)测量架空线路-电力电缆混连线路在m变电站保护安装处的故障φ相正序电压故障φ相正序电流测量架空线路-电力电缆混连线路在n变电站保护安装处的故障φ相正序电压故障φ相正序电流其中，φ为A相或B相或C相；

(2)由m变电站保护安装处的故障φ相正序电压故障φ相正序电流计算架空线路与电力电缆连接点j的故障φ相正序电压故障φ相正序电流

${\stackrel{\·}{U}}_{mj\mathrm{\φ}1}={\stackrel{\·}{U}}_{m\mathrm{\φ}1}ch\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{mj}\right)-Z_{c1}{\stackrel{\·}{I}}_{m\mathrm{\φ}1}sh\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{mj}\right)$

${\stackrel{\·}{I}}_{mj\mathrm{\φ}1}={\stackrel{\·}{I}}_{m\mathrm{\φ}1}ch\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{mj}\right)-\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{m\mathrm{\φ}1}}{Z_{c1}}sh\left({\mathrm{\γ}}_1{l}_{mj}\right)$

其中，γ₁为架空线路正序传播系数；Z_c1为架空线路正序波阻抗；ch(.)为双曲余弦函数；sh(.)为双曲正弦函数；j为架空线路和电力电缆的连接点；l_mj为m变电站保护安装处到架空线路和电力电缆连接点j的架空线路长度；

(3)由n变电站保护安装处的故障φ相正序电压故障φ相正序电流计算架空线路与电力电缆连接点j的故障φ相正序电压故障φ相正序电流

${\stackrel{\·}{U}}_{nj\mathrm{\φ}1}={\stackrel{\·}{U}}_{n\mathrm{\φ}1}ch\left({\mathrm{\γ}}_2{l}_{nj}\right)-Z_{c2}{\stackrel{\·}{I}}_{n\mathrm{\φ}1}sh\left({\mathrm{\γ}}_2{l}_{nj}\right)$

${\stackrel{\·}{I}}_{nj\mathrm{\φ}1}={\stackrel{\·}{I}}_{n\mathrm{\φ}1}ch\left({\mathrm{\γ}}_2{l}_{nj}\right)-\frac{{\stackrel{\·}{U}}_{n\mathrm{\φ}1}}{Z_{c2}}sh\left({\mathrm{\γ}}_2{l}_{nj}\right)$

其中，γ₂为电力电缆正序传播系数；Z_c2为电力电缆正序波阻抗；ch(.)为双曲余弦函数；sh(.)为双曲正弦函数；l_nj为架空线路和电力电缆连接点j到n变电站保护安装处的电力电缆长度；

(4)判断领先的角度落在(-90°,0°)范围内是否成立，若成立，则判断架空线路发生故障；选取第一故障距离初始值l_x从m变电站保护安装处开始，以固定步长Δl递增，依次计算架空线路上每一点的领先的角度α(l_x)，直至架空线路全长；选取架空线路上某一点的α(l_x+n△l)落在(0,90°)范围内，且其相邻下一个点的α[l_x+(n+1)△l_x]落在(-90°,0°)范围内，这两个点的中间位置即为架空线路上的故障点；

(5)判断领先的角度落在(0°,90°)范围是否成立，若成立，则判断电力电缆发生故障；选取第二故障距离初始值l_x从架空线路和电力电缆连接点j开始，以固定步长Δl递增，依次计算电力电缆上每一点的领先的角度α(l_x)，直至电力电缆全长；选取电力电缆上某一点的α(l_x+n△l)落在(0,90°)范围内，且其相邻下一个点的α[l_x+(n+1)△l_x]落在(-90°,0°)范围内，这两个点的中间位置即为电力电缆上的故障点。