CN104237740A - 架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法，其包括步骤：设置检测点；判断故障是否发生于架空线-电缆混合线路上；确定发生故障的支路；故障点初步定位；以及故障点精确定位。本发明所述的架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法能够对故障位置进行精确定位，且该方法不受故障类型过渡电阻以及故障位置的影响，误差非常小，一般在一百米以内。

Description

架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法

技术领域

本发明涉及一种故障定位方法，尤其涉及一种架空线-电缆混合线路的故障定位方法。

背景技术

现代化城镇的高速发展使得城市空间日益紧张，而架空线走廊不仅需要占用大量空间资源，空中纵横交叉也不美观。为了解决这个问题，大多数城区已经采用埋地电缆代替架空线。电缆的大量敷设不仅美化市容，优化城市布局，此外由于电缆的电容比架空线大得多，其还能改善功率因数，提高线路输送容量，但由于敷设电缆成本较高，在远离城区的地域一般仍使用架空线，这就形成了架空线-电缆混合线路。

由于电缆和架空线在物理结构、电气特性等方面的差异，传统的故障分析和行波测距方法无法适用于混合线路故障测距。

例如，故障分析法通过双端电压、电流来推算连接点的电压、电流，再根据幅值比较来确定故障点所在的支路，然后依据故障支路的相关参数迭代求解故障点位置。然而该方法只适用于结构简单的混合线路，对于电力电缆、架空线交替出现的混合线路，该方法使用复杂，且误差会随着电缆、架空线连接点的增多而增大，从而降低测距精度。

又例如，行波法由于测距复杂性不高，且不受过渡电阻、故障类型的影响，近年来得到大量应用。混合线路行波测距主要有波速归一法和行波时间差法。其中，波速归一法通过对电缆或者架空线的波速度以及长度进行归算，从而将混合线路简化为单一线路进行测距，计算出故障距离后，再转换为实际线路的长度。然而该方法需要反复折算，且行波速度受线路参数以及周围的环境的影响有一定的波动，误差较大。行波时间差法通过故障行波到达两端的时间差先确定故障线路区段，然后根据单端或者双端行波法进行精确定位。虽然该方法相对波速归一法更加精确，但由于电缆中行波衰减比较快，混合线路两端波头难以检测，且混合线路行波过程复杂，这使得该方法难以判断行波波头来源。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法，该方法以首个故障行波到达时间作为初步故障定位依据，然后根据离故障点最近的检测点所检测到的第二个行波来对定位结果进行修正，从而实现了架空线-电缆混合线路中故障的精确定位。

为了达到上述目的，本发明提供了一种架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法，其包括步骤：

设置检测点：将架空线-电缆混合线路的两端端部(也即母线处)以及架空线和电缆的各连接点设为检测点；

判断故障是否发生于架空线-电缆混合线路上：判断所有检测点检测到的电流方向是否均相同，若为是，则故障发生于架空线-电缆混合线路的外侧，不再进行下一步；若为否，则判断故障发生于架空线-电缆混合线路上，并进行下一步；

确定发生故障的支路：若相邻检测点检测到的电流方向相反，则该相邻检测点之间的支路即为发生故障的支路；

故障点初步定位：根据发生故障的支路两端的检测点检测到的首个故障行波波头的到达时间初步确定故障点的位置；

故障点精确定位：设发生故障的支路的首端为P端，尾端为Q端，将P、Q两端中距离故障点较近的检测点所检测到的第二个行波作为修正波；采用修正波修正故障点的位置以获得精确的故障点位置。

可选地，在本发明所述的架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法中的故障点初步定位步骤中，采用下述模型公式对故障点进行初步定位：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δt}}_p+{\mathrm{\Δt}}_q=t_p+t_q-{2t}_0\\ {\mathrm{\Δt}}_p-{\mathrm{\Δt}}_q=t_p-t_q\end{array}\right.;$

$L_p=\frac{{\mathrm{\Δt}}_p}{{\mathrm{\Δt}}_p+{\mathrm{\Δt}}_q}\·L;$

$L_q=\frac{{\mathrm{\Δt}}_q}{{\mathrm{\Δt}}_p+{\mathrm{\Δt}}_q}\·L$

其中，设故障发生的支路的长度为L，故障发生的支路的首端为P端，尾端为Q端，检测到故障发生的初始时刻为t₀，检测到首个故障行波波头到达P端和Q端的的时刻分别为t_p和t_q，根据上述公式可以算得故障点距离首端P和尾端Q的距离L_p和L_q。

可选地，在本发明所述的架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法中的故障点初步定位步骤中，采用下述模型公式对故障点进行初步定位：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δt}}_p+{\mathrm{\Δt}}_q=L/v\\ {\mathrm{\Δt}}_p-{\mathrm{\Δt}}_q=t_p-t_q\end{array}\right.;$

$L_p=\frac{{\mathrm{\Δt}}_p}{{\mathrm{\Δt}}_p+{\mathrm{\Δt}}_q}\·L;$

$L_q=\frac{{\mathrm{\Δt}}_q}{{\mathrm{\Δt}}_p+{\mathrm{\Δt}}_q}\·L$

其中，设故障发生的支路的长度为L，该支路上的行波速度为v，故障发生的支路的首端为P端，尾端为Q端，检测到首个故障行波波头到达P端和Q端的的时刻分别为t_p和t_q，根据上述公式可以算得故障点距离首端P和尾端Q的距离L_p和L_q。

可选地，在本发明所述的架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法的故障点精确定位步骤中，采用修正波修正故障点的位置以获得精确的故障点位置包括：计算故障点修正位置与初步确定的故障点位置的平均值，该平均值为精确的故障点位置。

在上述这种实施方式中，在故障点精确定位的过程中，故障点修正位置与初步确定的故障点位置的权重值均为0.5。需要说明的是，本领域内的技术人员可以知晓，根据电力传输的实际情况，可以适当调整故障点修正位置与初步确定的故障点位置的权重值，从而获得更加准确的故障点精确定位位置。

进一步地，在本发明所述的架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法中，故障点精确定位步骤包括：判断修正波是故障点的反射波还是与故障发生支路相邻的支路的对端连接点反射波，然后根据确定结果计算故障点的修正位置。

更进一步地，在本发明所述的架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法中，若修正波是故障点反射波，且故障点距离故障发生的支路的尾端Q端较近，则根据下述公式计算故障点修正位置：

${L_q}^{\′}=\frac{L}{t_{p1}-{2t}_{q1}+t_{q4}}(t_{q1}-\frac{{3t}_{q1}-t_{q4}}{2}),{L_p}^{\′}=L-{L_q}^{\′}$

式中，L为故障发生的支路的长度，故障发生的支路的首端为P端，尾端为Q端，检测到首个故障行波波头到达P端和Q端的的时刻分别为t_p1和t_q1，L_q'为故障点距离Q端的距离的修正值，L_p'为故障点距离P端的距离的修正值，t_q4为作为修正波的故障点反射波的波头到达Q端的时间。

更进一步地，在本发明所述的架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法中，若修正波是故障点反射波，且故障点距离故障发生的支路的首端P端较近，则根据下述公式计算故障点修正位置：

${L_p}^{\′}=\frac{L}{t_{q1}-{2t}_{p1}+t_{p4}}(t_{p1}-\frac{{3t}_{p1}-t_{p4}}{2}),{L_q}^{\′}=L-{L_p}^{\′}$

式中，L为故障发生的支路的长度，故障发生的支路的首端为P端，尾端为Q端，检测到首个故障行波波头到达P端和Q端的的时刻分别为t_p1和t_q1，L_q'为故障点距离Q端的距离的修正值，L_p'为故障点距离P端的距离的修正值，t_p4为作为修正波的故障点反射波的波头到达P端的时间。

更进一步地，在本发明所述的架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法中，所述故障点精确定位步骤包括：对故障发生的初始时刻进行修正，修正公式为：

当故障点距离故障发生的支路的尾端Q端较近时其中，t_q1为首个故障行波波头到达Q端的时间，t_q4为故障点反射波的波头到达Q端的时间；

当故障点距离故障发生的支路的首端P端较近时其中，t_p1为首个故障行波波头到达P端的时间，t_p4为故障点反射波的波头到达P端的时间。

更进一步地，在本发明所述的架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法中，所述故障点精确定位步骤还包括：对电缆行波速度进行修正，修正公式为：

${v^{\′}}_b=\frac{L}{t_{p1}+t_{q1}-{{2t}^{\′}}_0}$

式中，v'_b为电缆行波速度的修正值，t_p1为首个故障行波波头到达P端的时间，t_q1为首个故障行波波头到达Q端的时间，t'₀为故障发生的初始时刻的修正值(即当故障发生点距离Q端较近时，采用对应的代入式中获得v'_b；当故障发生点距离P端较近时，采用对应的代入式中获得v'_b)，L为故障发生的支路的长度。

采用上述公式对电缆行波速度进行修正即采用修正波波头到达检测点的时刻计算线路的即时波速度，之所以对电缆行波速度进行修正，是因为虽然在现有检测方法中都是设定电缆行波速度是一特定的固定值，但是实际上，电缆行波速度往往是有波动的，因此对电缆行波速度进行修正有助于准确定位故障发生的位置。

进一步地，在本发明所述的架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法中，若修正波是与故障发生支路相邻的支路的对端连接点反射波，则根据下述公式计算故障点修正位置：

当故障点距离故障发生的支路的尾端Q端较近时L_q'＝L-L_p'，式中，L为故障发生的支路的长度，故障发生的支路的首端为P端，尾端为Q端，检测到首个故障行波波头到达P端和Q端的的时刻分别为t_p1和t_q1，L_p'为故障点距离P端的距离的修正值，L_q'为故障点距离Q端的距离的修正值，v_b为电缆行波速度；

当故障点距离故障发生的支路的首端P端较近时L_q'＝L-L_p'，式中，L为故障发生的支路的长度，故障发生的支路的首端为P端，尾端为Q端，检测到首个故障行波波头到达P端和Q端的的时刻分别为t_p1和t_q1，L_p'为故障点距离P端的距离的修正值，L_q'为故障点距离Q端的距离的修正值，v_b为电缆行波速度。

相应的，故障点距离Q端的距离的修正值L_q'通过L-L_p'可以求得。

本发明所述的架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法，具有以下优点：

该方法利用故障支路两端检测点检测到的首个故障行波对故障位置进行初步定位，并根据距离故障点较近的检测点检测到的第二个故障行波波头对故障点的位置定位进行修正，该方法不受故障类型过渡电阻以及故障位置的影响，误差非常小，一般在一百米以内。

采用该方法可以在线计算出线路的即时行波速度，且可以判断出检测点第二个行波的来源，为混合线路故障测距带来了方便。

附图说明

图1-图4为输电线路发生故障时的叠加原理图。

图5为故障电流的流向图。

图6显示了一种混合线路的示例。

图7为故障定位分析示意图。

图8为故障行波序列分析示意图。

与9为本发明所述的架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法在一种实施方式下的步骤流程图。

图10-图15显示了本发明的一种实施例中各检测点的电流波形图。

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-电缆混合线路分布式故障测距方法做进一步说明，但是该说明并不构成对本发明的不当限定。

如图1-图4所示，输电线路发生故障可用叠加原理进行分析。双端线路MN在F点发生接地故障，可等效为在F点叠加了一个与该点正常运行时大小相等方向相反的电压，即图1可由图2来等效。图2可视为由正常负荷分量图3和故障分量图4叠加而成，电压U_F为F点正常运行时的电压，在其反向电压-U_F的作用下，将产生由故障点向线路两端传播的故障行波。故障发生在混合线路中的任意一条支路时，故障点都会产生向两端传输的故障行波。如图5所示，图中标号“1”表示架空线，图中标号“2”表示电缆，从图中可以看出，故障点同侧的检测装置检测到的故障电流信号方向相同，故障点两侧的检测装置检测到的故障电流信号方向相反。

因此本技术方案首先将混合线路的两端端部和架空线与电缆的连接点设为检测点，通过判断各个检测点的电流极性来初步确定故障是否发生在混合线路上，以及发生在混合线路的哪一个支路上。这种检测点的设置方式不同于现有技术中仅在混合线路的两端设置检测点，本技术方案中的检测点的设置方式是分布式的。

若相邻检测点检测到的电流方向相反，则该相邻检测点之间的支路即为发生故障的支路。如图6所示的混合线路中，设定电流正方向为从母线A流向母线B，则若检测点1～4的故障电流方向为负，而检测点5～7的故障电流方向为正，则故障发生在检测点4和检测点5之间，即电缆2发生了故障。若故障发生在母线外侧时，则所有故障点故障电流方向均一致，若都为正，则故障发生在线路左侧；都为负，则故障发生在线路右侧。

在确定了故障发生的支路的情况下，根据故障支路两端检测点检测到的首个故障行波波头到达时间可以初步确定故障点的大概位置。若故障支路为图6中的电缆2，则进一步如图7所示。设电缆行波速度为v_b；P为架空线2与电缆2的连接点，也即故障发生支路的首端；Q为架空线3与电缆2的连接点，也即故障发生支路的尾端；故障点F距离P端的距离为L_p，距离Q端的距离为L_q，故障发生的初始时刻为t₀，则首个故障行波波头到达P、Q两端的时刻t_p、t_q分别为t_p＝t₀+L_p/v_b、t_q＝t₀+L_q/v_b，那么首个故障行波波头到达P、Q两端所需的时间Δt_p与Δt_q之和为

${\mathrm{\Δt}}_p+{\mathrm{\Δt}}_q=(t_p-t_0)+(t_q-t_0)=\frac{L_p}{v_b}+\frac{L_q}{v_b}=\frac{L_2}{v_b}$

其中，L₂为电缆2的长度。

由此可见，Δt_p与Δt_q之和与故障位置无关，由故障支路的长度及其波速度确定。因此，故障支路确定以后，在设定的波速度下，故障初始行波到达故障支路两端所用的时间之和就是确定的。

由此，在故障点初步定位步骤中，可以采用下述模型公式对故障点进行初步定位：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δt}}_p+{\mathrm{\Δt}}_q=L/v\\ {\mathrm{\Δt}}_p-{\mathrm{\Δt}}_q=t_p-t_q\end{array}\right.;$

$L_p=\frac{{\mathrm{\Δt}}_p}{{\mathrm{\Δt}}_p+{\mathrm{\Δt}}_q}\·L;$

$L_q=\frac{{\mathrm{\Δt}}_q}{{\mathrm{\Δt}}_p+{\mathrm{\Δt}}_q}\·L$

其中，L为故障发生的支路的长度，其为可以测得的已知值；该支路上的行波速度为v，其为设定的已知值，由此根据检测到的首个故障行波波头到达支路首端P端和支路尾端Q端的时刻分别为t_p和t_q，就可以算得Δt_p与Δt_q，进而计算出故障点距离首端P和尾端Q的距离L_p和L_q。

另外，也可以采用下述公式计算Δt_p与Δt_q：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δt}}_p+{\mathrm{\Δt}}_q=t_p+t_q-{2t}_0\\ {\mathrm{\Δt}}_p-{\mathrm{\Δt}}_q=t_p-t_q\end{array}\right.$

因为故障发生的初始时刻为t₀也是可以测得的。

确定故障点大致位置以后，需要判断故障线路两端检测点检测到的第二个故障行波波头的来源，以此来对故障初步定位结果进行修正。设架空线和电缆波速分别为v_a和v_b，若故障发生在电缆2上，电缆2长度为L₂，故障线路前后架空线的长度分别为L₁和L₃，则其行波序列分析如图8所示。

由图8可以看出，检测点P和Q检测到的行波主要有以下几种：直接由故障点传输至端点的行波(例如t_p1、t_q1表征的行波)，经故障点反射回来的行波(例如t_q4)，由故障支路对端连接点反射回来的行波(例如，t_q3)以及由与故障支路相邻的支路的对端连接点反射回来的行波(例如，t_q2)。在这些行波中，故障点传输至端点的行波肯定是第一个到达检测点的行波，其为首个故障行波，其他行波均为到达检测点的行波经过折、反射以后再次回到端点的行波。

假设故障发生的初始时刻为0，则上述行波波头到达P、Q两端的时间分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{t}_{p1}=\frac{L_p}{v_b}\\ t_{p2}=\frac{L_p}{v_b}+\frac{{2L}_1}{v_a}\\ t_{p3}=\frac{{2L}_2-L_p}{v_b}\\ t_{p4}=\frac{{3L}_p}{v_b}\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}{t}_{q1}=\frac{L_q}{v_b}\\ t_{q2}=\frac{L_q}{v_b}+\frac{{2L}_3}{v_a}\\ t_{q3}=\frac{{2L}_2-L_q}{v_b}\\ t_{q4}=\frac{{3L}_q}{v_b}\end{array}\right.$

由上面两式可以看出，当故障发生在线路的上半段，即故障点靠近P点时，L_p＜L₂/2，有t_p4＜t_p3，t_q3＜t_q4；反之，故障发生在线路下半段时，故障点靠近Q点，L_p＞L₂/2，有t_p4＞t_p3，t_q3＞t_q4。因此只需知道故障点发生在线路的上半段还是下半段即可得知t_p3和t_p4、t_q3和t_q4的大小，便可得知故障点的反射波和故障支路对端连接点反射波到达检测点的先后。

根据P、Q两端接收到首个故障行波波头的时间先后，可将线路分为上下两半段，利用P、Q两点离故障点较近的一个检测点所检测到的第二个行波波头作为修正波，测得其到达检测点的时间，从而对故障初步定位的结果进行修正。也就是说，当t_p＜t_q时，故障发生在支路上半段，P端接收到的第二个行波为修正波。当t_p＞t_q时，故障发生在支路下半段，Q端接收到的第二个行波为修正波。

以图5和图8为例分析，当故障发生在电缆2下半段时，由上面的公式可知，故障点反射的行波比故障线路对端连接点反射的行波先到达Q端。但修正波到底是故障点反射波还是相邻线路的对端连接点反射波还需要进一步的判断：

(1)当L₃/v_a＞(L₂-L_p)/v_b时，故障点反射波首先到达Q端，此时修正波为故障点反射波，其波头到达Q端的时间为t_q4(测量得到的值)；

由此可以得到故障初始时间的修正值：

${t^{\′}}_0=\frac{{3t}_{q1}-t_{q4}}{2}$

其中t_q1为首个故障行波波头到达Q端的时间，其对应前文所述的t_q，该值是可以测得的。

还可以得到电缆行波速度的修正值为

${v^{\′}}_b=\frac{L_2}{t_{p1}+t_{q1}-{{2t}^{\′}}_0}$

同样，t_p1为首个故障行波波头到达P端的时间，其对应前文所述的t_p，该值是可以测得的。

那么根据计算出的即时行波波速v'_b(即电缆行波速度的修正值)，就可以进一步算得故障点位置的修正值：

${L_p}^{\′}=L_2-\frac{L_2}{t_{p1}-{2t}_{q1}+t_{q4}}(t_{q1}-\frac{{3t}_{q1}-t_{q4}}{2})$

然后取L'_p与L_p的平均值就可以得到故障发生点的精确位置。

(2)当L₃/v_a<(L₂-L_p)/v_b时，与故障支路相邻的支路的连接点反射波首先到达Q点，此时修正波为相邻支路的连接点反射回来的波，其波头到达时间为t_q2，在此情况下，根据下述公式算得故障点位置的修正值：

${L_p}^{\&prime;}=L_2/2-\frac{v_b}{2}(t_{q1}-t_{p1})$

同样，当故障发生在电缆2的上半段时，以图5和图8为例分析，故障点反射的行波比故障线路对端连接点反射的行波先到达P端。但修正波到底是故障点反射波还是相邻线路的对端连接点反射波还需要进一步的判断：

(1)当L₁/v_a＞L_p/v_b时，故障点反射波首先到达P端，此时修正波为故障点反射波，其波头到达P端的时间为t_p4(测量得到的值)；

由此可以得到故障初始时间的修正值：

${t^{\&prime;}}_0=\frac{{3t}_{p1}-t_{q4}}{2}$

其中t_p1为首个故障行波波头到达P端的时间，其对应前文所述的t_p，该值是可以测得的。

还可以得到电缆行波速度的修正值为

${v^{\&prime;}}_b=\frac{L_2}{t_{p1}+t_{q1}-{{2t}^{\&prime;}}_0}$

同样，t_q1为首个故障行波波头到达Q端的时间，其对应前文所述的t_q，该值是可以测得的。

那么根据计算出的即时行波波速v'_b(即电缆行波速度的修正值)，就可以进一步算得故障点位置的修正值：

${L_p}^{\&prime;}=\frac{L_2}{t_{q1}-{2t}_{p1}+t_{p4}}(t_{p1}-\frac{{3t}_{p1}-t_{p4}}{2})$

然后取L'_p与L_p的平均值就可以得到故障发生点的精确位置。

(2)当L₁/v_a＜L_p/v_b时，与故障支路相邻的支路的连接点反射波首先到达Q点，此时修正波为相邻支路的连接点反射回来的波，其波头到达时间为t_p2(测量得到的值)，在此情况下，故障点位置的修正公式为：

${L_p}^{\&prime;}=L_2/2-\frac{v_b}{2}(t_{p1}-t_{q1})$

下面以一个具体的实例来说明本技术方案。

以35kv双端电源混合线路系统为例，其包含三条架空线路和三条电缆，架空线和电缆依次间隔，长度分别为60km、40km、50km、50km、40km、60km，其示意图如图6所示。系统启动后0.245s发生故障，检测点数据采样率为1MHz。

如图9所示，按照如下步骤对故障发生点进行定位：

(1)在架空线和电缆的各连接点以及混合线路的两端端部均安装故障电流检测装置，即设置如图6所示的7个检测点。

(2)根据电流极性判断故障发生的位置：对各检测测点检测到的故障电流行波进行处理，图10-15分别显示了检测点1到检测点6的波形图，检测点7由于距离故障点距离较远，行波衰减较快，难以检测到故障电流行波波头。由图10-15可以看出，若以电流行波向上为正，则检测点1和2的故障电流为正，检测点3-6均为负，由于相邻检测点2和3的故障电流方向相反，由此判断出故障发生在检测点2和3之间，即电缆1上。

(3)故障点初步定位：检测点2检测到的首个故障行波到达时间为0.245200s(即t_p)，检测点3检测到的首个故障行波到达时间为0.245064s(即t_q)，由此可知故障发生在电缆1的下半段。设电缆行波速度v_b＝1.5×10⁸m/s，架空线波速度为v_a＝2.98×10⁸m/s，由式

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;t}}_p+{\mathrm{\&Delta;t}}_q=L_1/v_b\\ {\mathrm{\&Delta;t}}_p-{\mathrm{\&Delta;t}}_q=t_p-t_q\end{array}\right.$

计算出首个故障行波波头到达故障线路P、Q两端所需时间Δt_p＝201.4μs，Δt_q＝65.3μs；其中L₁为电缆1的长度；

进而由

$L_p=\frac{{\mathrm{\&Delta;t}}_p}{{\mathrm{\&Delta;t}}_p+{\mathrm{\&Delta;t}}_q}\&CenterDot;L_1;$

$L_q=\frac{{\mathrm{\&Delta;t}}_q}{{\mathrm{\&Delta;t}}_p+{\mathrm{\&Delta;t}}_q}\&CenterDot;L_1$

算得故障大概位置为Lp＝30.199km处。

(4)故障点精确定位：由于架空线路2的长度为50km，因此检测点3检测到的第二个行波来自故障点的反射，即修正波为故障点反射波。由于测得修正波波头到达时间为0.245201s(即t_q4)，因此根据式

${t^{\&prime;}}_0=\frac{{3t}_{q1}-t_{q4}}{2}$

算得故障初始时间的修正值t'₀＝0.244998s；上式中，t_q1即为上文测得的t_q；

进而由式

${v^{\&prime;}}_b=\frac{L_1}{t_{p1}+t_{q1}-{{2t}^{\&prime;}}_0}$

算得电缆1的波速度修正值为v'_b＝1.52×10⁸m/s；

根据式L'_p＝L-v'_b(t_q1-t'₀)算得故障位置的修正值为L'_p＝30.096km。

将上述L_p值和L'_p值取平均值，即得到故障点的精确定位。

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。

Claims (10)

1.一种架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法，其特征在于，包括步骤：

设置检测点：将架空线-电缆混合线路的两端端部以及架空线和电缆的各连接点设为检测点；

判断故障是否发生于架空线-电缆混合线路上：判断所有检测点检测到的电流方向是否均相同，若为是，则故障发生于架空线-电缆混合线路的外侧；若为否，则判断故障发生于架空线-电缆混合线路上，并进行下一步；

确定发生故障的支路：若相邻检测点检测到的电流方向相反，则该相邻检测点之间的支路即为发生故障的支路；

故障点初步定位：根据发生故障的支路两端的检测点检测到的首个故障行波波头的到达时间初步确定故障点的位置；

故障点精确定位：设发生故障的支路的首端为P端，尾端为Q端，将P、Q两端中距离故障点较近的检测点所检测到的第二个行波作为修正波；采用修正波修正故障点的位置以获得精确的故障点位置。

2.如权利要求1所述的架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法，其特征在于，在故障点初步定位步骤中，采用下述模型公式对故障点进行初步定位：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;t}}_p+{\mathrm{\&Delta;t}}_q=t_p+t_q-{2t}_0\\ {\mathrm{\&Delta;t}}_p-{\mathrm{\&Delta;t}}_q=t_p-t_q\end{array}\right.;$

$L_p=\frac{{\mathrm{\&Delta;t}}_p}{{\mathrm{\&Delta;t}}_p+{\mathrm{\&Delta;t}}_q}\&CenterDot;L;$

$L_q=\frac{{\mathrm{\&Delta;t}}_q}{{\mathrm{\&Delta;t}}_p+{\mathrm{\&Delta;t}}_q}\&CenterDot;L$

其中，设故障发生的支路的长度为L，故障发生的支路的首端为P端，尾端为Q端，检测到故障发生的初始时刻为t₀，检测到首个故障行波波头到达P端和Q端的的时刻分别为t_p和t_q，根据上述公式可以算得故障点距离首端P和尾端Q的距离L_p和L_q。

3.如权利要求1所述的架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法，其特征在于，在故障点初步定位步骤中，采用下述模型公式对故障点进行初步定位：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;t}}_p+{\mathrm{\&Delta;t}}_q=L/v\\ {\mathrm{\&Delta;t}}_p-{\mathrm{\&Delta;t}}_q=t_p-t_q\end{array}\right.;$

$L_p=\frac{{\mathrm{\&Delta;t}}_p}{{\mathrm{\&Delta;t}}_p+{\mathrm{\&Delta;t}}_q}\&CenterDot;L;$

$L_q=\frac{{\mathrm{\&Delta;t}}_q}{{\mathrm{\&Delta;t}}_p+{\mathrm{\&Delta;t}}_q}\&CenterDot;L$

其中，设故障发生的支路的长度为L，该支路上的行波速度为v，故障发生的支路的首端为P端，尾端为Q端，检测到首个故障行波波头到达P端和Q端的的时刻分别为t_p和t_q，根据上述公式可以算得故障点距离首端P和尾端Q的距离L_p和L_q。

4.如权利要求1所述的架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法，其特征在于，在故障点精确定位步骤中，采用修正波修正故障点的位置以获得精确的故障点位置包括：计算故障点修正位置与初步确定的故障点位置的平均值，该平均值为精确的故障点位置。

5.如权利要求1所述的架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法，其特征在于，所述故障点精确定位步骤包括：判断修正波是故障点的反射波还是与故障发生支路相邻的支路的对端连接点反射波，然后根据确定结果计算故障点的修正位置。

6.如权利要求5所述的架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法，其特征在于，若修正波是故障点反射波，且故障点距离故障发生的支路的尾端Q端较近，则根据下述公式计算故障点修正位置：

${L_q}^{\&prime;}=\frac{L}{t_{p1}-{2t}_{q1}+t_{q4}}(t_{q1}-\frac{{3t}_{q1}-t_{q4}}{2}),{L_p}^{\&prime;}=L-{L_q}^{\&prime;}$

式中，L为故障发生的支路的长度，故障发生的支路的首端为P端，尾端为Q端，检测到首个故障行波波头到达P端和Q端的的时刻分别为t_p1和t_q1，L_q'为故障点距离Q端的距离的修正值，L_p'为故障点距离P端的距离的修正值，t_q4为作为修正波的故障点反射波的波头到达Q端的时间。

7.如权利要求5所述的架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法，其特征在于，若修正波是故障点反射波，且故障点距离故障发生的支路的首端P端较近，则根据下述公式计算故障点修正位置：

${L_p}^{\&prime;}=\frac{L}{t_{q1}-{2t}_{p1}+t_{p4}}(t_{p1}-\frac{{3t}_{p1}-t_{p4}}{2}),{L_q}^{\&prime;}=L-{L_p}^{\&prime;}$

式中，L为故障发生的支路的长度，故障发生的支路的首端为P端，尾端为Q端，检测到首个故障行波波头到达P端和Q端的的时刻分别为t_p1和t_q1，L_q'为故障点距离Q端的距离的修正值，L_p'为故障点距离P端的距离的修正值，t_p4为作为修正波的故障点反射波的波头到达P端的时间。

8.如权利要求6或7所述的架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法，其特征在于，所述故障点精确定位步骤包括：对故障发生的初始时刻进行修正，修正公式为：

当故障点距离故障发生的支路的尾端Q端较近时其中，t_q1为首个故障行波波头到达Q端的时间，t_q4为故障点反射波的波头到达Q端的时间；

当故障点距离故障发生的支路的首端P端较近时其中，t_p1为首个故障行波波头到达P端的时间，t_p4为故障点反射波的波头到达P端的时间。

9.如权利要求6或7所述的架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法，其特征在于，所述故障点精确定位步骤还包括：对电缆行波速度进行修正，修正公式为：

${v^{\&prime;}}_b=\frac{L}{t_{p1}+t_{q1}-{{2t}^{\&prime;}}_0}$

式中，v'_b为电缆行波速度的修正值，t_p1为首个故障行波波头到达P端的时间，t_q1为首个故障行波波头到达Q端的时间，t'₀为故障发生的初始时刻的修正值，L为故障发生的支路的长度。

10.如权利要求5所述的架空线-电缆混合线路分布式故障测距方法，其特征在于，若修正波是与故障发生支路相邻的支路的对端连接点反射波，则根据下述公式计算故障点修正位置：

当故障点距离故障发生的支路的尾端Q端较近时L_q'＝L-L_p'，式中，L为故障发生的支路的长度，故障发生的支路的首端为P端，尾端为Q端，检测到首个故障行波波头到达P端和Q端的的时刻分别为t_p1和t_q1，L_p'为故障点距离P端的距离的修正值，L_q'为故障点距离Q端的距离的修正值，v_b为电缆行波速度；

当故障点距离故障发生的支路的首端P端较近时L_q'＝L-L_p'，式中，L为故障发生的支路的长度，故障发生的支路的首端为P端，尾端为Q端，检测到首个故障行波波头到达P端和Q端的的时刻分别为t_p1和t_q1，L_p'为故障点距离P端的距离的修正值，L_q'为故障点距离Q端的距离的修正值，v_b为电缆行波速度。