CN105259474A - 一种t接电缆的在线故障测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种T接电缆的在线故障测距方法，包括如下步骤：(1)根据均匀输电线路的分布参数模型，得出电缆端口的电压、电流与电缆线上任意点的电压、电流之间的关系；(2)根据无故障电缆端的长度，得出电缆公共点的电压、电流；(3)同步采集电缆端口的电压、电流信号；(4)判断故障类型；(5)判断故障线路；(6)根据电缆故障端两端的电压、电流信号，得出故障点的位置。本发明T接电缆的在线故障测距方法不需要额外增加设备，只需要同步测量T型电缆端口的电压、电流信号，测试方法简单、测试精度高。

Description

一种T接电缆的在线故障测距方法

技术领域

本发明涉及电力系统的故障检测，更具体地说，涉及一种T接电缆的在线故障测距方法。

背景技术

由于电缆不受自然条件影响，体积小，不占线路走廊空间，具有安全、可靠、能改善城市布局等优点，在当前电力系统中获得了越来越广泛的应用。尤其是T接电缆，由于接线方式简单、施工速度快，并且可以有效减少设备投资，节约输电走廊用地，因此得到电力工程人员的广泛关注。

然而，由于绝缘老化变质、热负荷、机械损伤、护层腐蚀、绝缘受潮、过电压、材料缺陷等原因，使电缆出现不同形式的故障。电缆事故的发生，不仅会造成大面积的停电或生产事故,致使经济受到重大损失,有时还会引起社会负面影响。但由于其埋藏于地下，尤其是敷设于水下、地下等隐蔽的场所，运行环境复杂，一旦发生故障，确定故障的位置是非常困难的。因此，快速排除电缆故障，对提高电力系统的供电可靠性、减少用户经济损失具有重要意义。

电缆线路的故障测距方式有离线法和在线法两大类。然而，由于电缆故障测距的在线法理论和技术都还很不成熟，目前主要还是离线法。离线法主要有:电桥法、驻波法、低压脉冲反射法、脉冲电压法、脉冲电流法、二次脉冲法、现代行波改进法。电桥法及低压脉冲反射法对低阻故障很准确，但对高阻故障不适用；直流闪测法和冲击闪测法，分别测试间歇故障及高阻故障；电压法可测率高，波形清晰易判，盲区比电流法少一倍，但接线复杂，分压过大时对人及仪器有危险，电流法则相反。目前这两种方法是国产高阻故障测试仪的主要方法，基本上解决了电缆高阻故障测试问题。但仪器有盲区，且波形有时不够明显，靠人为判断，仪器误差相对较大。在二十世纪九十年代出现的二次脉冲法，结合了高压发生器冲击闪络技术，在故障点起弧的瞬间通过内部装置触发发射一低压脉冲，此脉冲在故障点闪络处(电弧的电阻值很低)发生短路反射，并记忆在仪器中，电弧熄灭后，复发一测量脉冲通过故障处直达电缆末端并发生开路反射，比较两次低压脉冲波形可非常容易地判断故障点(击穿点)位置，是目前最先进的基础测试方法；现代行波改进法是在原来传输线模型不变的基础上，考虑了每段线路之间互感的作用，得出新的波动方程。而后采用数值分析的方法对其进行求解，该方法不仅具有分析均匀传输线的一切优点，而且考虑了有限长度非均匀传输线的非均匀性，使问题的分析更接近于实际。

目前，对于T接电缆，通常利用行波方法解决故障测距问题，分为2步进行：第1步先判断故障支路；第2步根据判断的结果，将3端线路等效成双端线路进行测距。因此，在T节点附近故障，尤其是经高阻短路时，由于无法正确的判断故障支路，导致测距失败，故现有的T型故障测距算法在T节点附近存在一个测距死区。

同时，由于离线测距法存在以下几个主要问题：必须停电进行，容易造成供电中断；不能很好反映电缆的实际运行状况；需要专用的信号源和测试设备等。随着电力供应的发展，这种离线测距的传统方法已愈来愈不能适应电力生产和供应的实际需要，电缆的在线测距技术将成为电缆故障测距的必然发展趋势。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种T接电缆的在线故障测距方法，解决现有技术存在测距死区的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种T接电缆的在线故障测距方法，包括如下步骤：(1)根据均匀输电线路的分布参数模型，得出电缆端口的电压、电流与电缆线上任意点的电压、电流之间的关系；(2)根据无故障电缆的长度，得出电缆公共点的电压、电流；(3)同步采集电缆端口的电压、电流信号；(4)判断故障类型；(5)判断故障线路；(6)根据故障电缆端两端的电压、电流信号，得出故障点的位置。

作为本发明的一种改进，在步骤(1)中：所述电缆端口的电压u₁、电流i₁与电缆线上任意点的电压u、电流i之间的关系为：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{U}\left(x\right)={\stackrel{\·}{U}}_1\cosh \mathrm{\γ}x-Z_c{\stackrel{\·}{I}}_1\sinh \mathrm{\γ}x\\ \stackrel{\·}{I}\left(x\right)={\stackrel{\·}{I}}_1\cosh \mathrm{\γ}x-\frac{{\stackrel{\·}{U}}_1}{Z_c}\sinh \mathrm{\γ}x\end{array}\right.$

式中， Z＝R+jωL,Y＝G+jωC,R,L,G,C分别为输电线单位长度的电阻，电感，电导与电容。

作为本发明的一种改进，在步骤(4)中，判断故障类型的步骤为：

设从电缆三个端口M₁、M₂、M₃(如图3所示)流进的电流分别为

当为高阻型故障；

当(ε为经验设定值)时，为低阻型故障。

作为本发明的一种改进，在步骤(5)中，判断故障线路的步骤为:

令x＝L₁、L₂、L₃，将M₁、M₂、M₃3点的电压、电流测量值代入式

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{U}\left(x\right)={\stackrel{\·}{U}}_1\cosh \mathrm{\γ}x-Z_c{\stackrel{\·}{I}}_1\sinh \mathrm{\γ}x\\ \stackrel{\·}{I}\left(x\right)={\stackrel{\·}{I}}_1\cosh \mathrm{\γ}x-\frac{{\stackrel{\·}{U}}_1}{Z_c}\sinh \mathrm{\γ}x\end{array}\right.$

分别求出N点的电压与电流，如果根据某个点的电压、电流计算出的N点的电压与电流值与其他两个点的计算值相差较大，可以断定，故障点发生在该段。

作为本发明的一种改进，在步骤(5)中，计算故障点位置的步骤为：

根据由无故障段求出的N点的电压和电流值，令x′＝L₃-x代入式

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{U}\left(x\right)={\stackrel{\·}{U}}_1\cosh \mathrm{\γ}x-Z_c{\stackrel{\·}{I}}_1\sinh \mathrm{\γ}x\\ \stackrel{\·}{I}\left(x\right)={\stackrel{\·}{I}}_1\cosh \mathrm{\γ}x-\frac{{\stackrel{\·}{U}}_1}{Z_c}\sinh \mathrm{\γ}x\end{array}\right.$

求出F点与N点的电压与电流关系；

x′＝x代入上式求出M₃点F点的电压、电流关系。

对于故障点F来说，分别由N和M₃点求出的电压、电流值应该是相等的。利用这个约束条件，即可求出故障点的位置。

与现有技术相比，本发明T接电缆的在线故障测距方法不需要额外增加设备，只需要同步测量T型电缆端口的电压、电流信号，测试方法简单、测试精度高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的结构及其有益技术效果进行详细说明。

图1为本发明的均匀输电线分布参数模型图。

图2为本发明的传输线示意图。

图3为本发明的T接电缆故障示意图。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

本发明T接电缆的在线故障测距方法包括如下步骤：(1)同步采集电缆端口的电压、电流信号；(2)判断故障的性质及故障线路；(3)求解传输线方程，分别求出电缆端口的电压、电流与电缆线上任意点的电压、电流与之间的关系；(4)根据无故障电缆的长度，求出电缆公共点的电压、电流；(5)根据故障电缆两端的电压、电流信号，求出故障点的位置。

上述的电缆端口电压、电流信号均为同步测量信号，故障测距方法为在线测距方法，故障类型为低阻型故障。

请参阅图1，为均匀输电线分布参数模型。

请参阅图1和图2，对于传输线，其上x处的电压u(x,t)、电流i(x,t)满足方程：

$\left\{\begin{array}{c}-\frac{\∂u(x,t)}{\∂x}=Ri(x,t)+L\frac{\∂i(x,t)}{\∂t}\\ -\frac{\∂i(x,t)}{\∂x}=Gu(x,t)+C\frac{\∂u(x,t)}{\∂t}\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中R,L,G,C分别为输电线单位长度的电阻、电感、电导和电容。

(1)式在正弦稳态下的相量方程为：

$\left\{\begin{array}{c}-\frac{\∂\stackrel{\·}{U}\left(x\right)}{\∂x}=(R+j\mathrm{\ω}L)\stackrel{\·}{I}\left(x\right)\\ -\frac{\∂\stackrel{\·}{I}\left(x\right)}{\∂x}=(G+j\mathrm{\ω}C)\stackrel{\·}{U}\left(x\right)\end{array}\right.---\left(2\right)$

(2)式的解为：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{U}\left(x\right)={\stackrel{\·}{U}}_1\cosh \mathrm{\γ}x-Z_c{\stackrel{\·}{I}}_1\sinh \mathrm{\γ}x\\ \stackrel{\·}{I}\left(x\right)={\stackrel{\·}{I}}_1\cosh \mathrm{\γ}x-\frac{{\stackrel{\·}{U}}_1}{Z_c}\sinh \mathrm{\γ}x\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中， Z＝R+jωL，Y＝G+jωC。

请参阅图3，当输电线在F点发生故障时，首先进行故障类型的判断。

设从线路三个端口流进的电流分别为

当为高阻型故障；

当(ε为经验设定值)时，为低阻型故障。

分别令x＝L₁、L₂、L₃，根据测量的M₁、M₂、M₃3点的电压、电流值，由(3)式分别求出N点的电压与电流。如果某段计算出的N点的电压与电流值与其他两个段的计算值相差较大，可以断定，故障点发生在该段。

令x′＝L₃-x，由(3)式求出F点与N点的电压与电流关系；

令x′＝x，由(3)式求出M₃点与F点的电压、电流关系。

如果线路在F点发生了故障，那么。分别由N和M₃点的电压、电流值求出的F点的电压、电流值应该是相等的。利用这个约束条件，即可求出故障点的位置。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (5)

1.一种T接电缆的在线故障测距方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据均匀输电线路的分布参数模型，得出电缆端口的电压、电流与电缆线上任意点的电压、电流之间的关系；

(2)根据无故障电缆的长度，得出电缆公共点的电压、电流；

(3)同步采集电缆端口的电压、电流信号；

(4)判断故障类型；

(5)判断故障线路；

(6)根据电缆故障端两端的电压、电流信号，得出故障点的位置。

2.根据权利要求1所述的T接电缆的在线故障测距方法，其特征在于，在步骤(1)中：所述电缆端口的电压u₁、电流i₁与电缆线上任意点的电压u、电流i之间的关系为

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{U}\left(x\right)={\stackrel{\·}{U}}_1\cosh \mathrm{\γ}x-Z_c{\stackrel{\·}{I}}_1\sinh \mathrm{\γ}x\\ \stackrel{\·}{I}\left(x\right)={\stackrel{\·}{I}}_1\cosh \mathrm{\γ}x-\frac{{\stackrel{\·}{U}}_1}{Z_c}\sinh \mathrm{\γ}x\end{array}\right.$

式中，Z＝R+jωL,Y＝G+jωC,R,L,G,C分别为输电线单位长度的电阻、电感、电导与电容。

3.根据权利要求1所述的T接电缆的在线故障测距方法，其特征在于，在步骤(4)中，判断故障类型的步骤为：设从电缆三个端口M₁、M₂、M₃(如图3所示)流进的电流分别为当为高阻型故障；当(ε为经验设定值)时，为低阻型故障。

4.根据权利要求1所述的T接电缆的在线故障测距方法，其特征在于，在步骤(5)中，判断故障线路的步骤为:

令x＝L₁、L₂、L₃，将M₁、M₂和M₃3个点的电压、电流测量值代入下式

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{U}\left(x\right)={\stackrel{\·}{U}}_1\cosh \mathrm{\γ}x-Z_c{\stackrel{\·}{I}}_1\sinh \mathrm{\γ}x\\ \stackrel{\·}{I}\left(x\right)={\stackrel{\·}{I}}_1\cosh \mathrm{\γ}x-\frac{{\stackrel{\·}{U}}_1}{Z_c}\sinh \mathrm{\γ}x\end{array}\right.$

分别求出N点(如图3所示)的电压与电流。

如果由某个点的电压、电流测量值计算出的N点的电压与电流值与其他两个点的计算值相差较大，可以断定，故障点就发生在该段。

5.根据权利要求1所述的T接电缆的在线故障测距方法，其特征在于，在步骤(5)中，计算故障点F位置的步骤为：

根据由无故障段求出的N点的电压和电流值，令x′＝L₃-x代入式

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{U}\left(x\right)={\stackrel{\·}{U}}_1\cosh \mathrm{\γ}x-Z_c{\stackrel{\·}{I}}_1\sinh \mathrm{\γ}x\\ \stackrel{\·}{I}\left(x\right)={\stackrel{\·}{I}}_1\cosh \mathrm{\γ}x-\frac{{\stackrel{\·}{U}}_1}{Z_c}\sinh \mathrm{\γ}x\end{array}\right.$

求出故障点F与N点的电压与电流关系；

令x′＝x代入上式，求出M₃点与F点的电压、电流关系。