CN107907794B - 一种特高压gil-架空混合线路故障区段识别方法及装置 - Google Patents

一种特高压gil-架空混合线路故障区段识别方法及装置 Download PDF

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CN107907794B CN201711162234.6A CN201711162234A CN107907794B CN 107907794 B CN107907794 B CN 107907794B CN 201711162234 A CN201711162234 A CN 201711162234A CN 107907794 B CN107907794 B CN 107907794B
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Abstract

本发明涉及一种特高压GIL‑架空混合线路故障区段识别方法及装置，其特征在于，所述方法包括：获取电网与第一段架空输电线路之间的测量点处正序电压和正序电流及电网与第二段架空输电线路之间的测量点处的正序电压和正序电流；根据所述电网与第一、二段架空输电线路之间的测量点处正序电压和正序电流确定第一区段和第二区段的故障识别函数值，并确定所述特高压GIL‑架空混合线路中的故障位置；本发明提供的技术方案，为了最大限度保障供电可靠性及电气设备安全，特高压GIL‑架空混合线路发生故障后，通过故障识别函数结果的正、负准确的判断故障所在的区段，为实施优化的重合策略提供判断依据。

Description

一种特高压GIL-架空混合线路故障区段识别方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护领域，具体涉及一种特高压GIL-架空混合线路故障区段识别方法及装置。
背景技术
SF6气体绝缘金属封闭管道母线输电线路(SF6gas insulated metal enclosedpipeline，GIL)与架空输电线路的电气参数存在差异，且二者的故障性质也大不相同，架空线上的故障多为瞬时性故障，而GIL上的故障多为永久性故障。因此，在发生故障后能够快速划分故障区域，对于提高重合闸成功概率，防止重合闸失误对电力系统造成二次冲击，减轻巡线负担及加快恢复供电具有重要的实际意义。
现阶段特高压架空输电线路的测距方法已经成熟，针对电缆-架空混合线路的测距方法也取得了进展，但对于特高压GIL-架空混合线路区段识别问题缺乏关注。传统的混合线路故障区段识别技术需要在分界点处加装电流互感器(Current transformer，CT)和电压互感器(Potential transformer，PT)，利用CT、PT测量得到的数据进行故障区段识别。但是在分界点处加装CT、PT会使线路的造价提高，而且增加了线路维护的工作量。在混合线路分界点未装设CT、PT的情况下，如何利用线路两端电气量数据确定故障所在区段，具有重要的研究价值。
发明内容
本发明提供一种特高压GIL-架空混合线路故障区段识别方法及装置，其目的是为了最大限度保障供电可靠性及电气设备安全，特高压GIL-架空混合线路发生故障后，通过故障识别函数结果的正、负准确的判断故障所在的区段，为实施优化的重合策略提供判断依据。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种特高压GIL-架空混合线路故障区段识别方法，其改进之处在于，所述方法包括：
获取电网与第一段架空输电线路之间的测量点处正序电压和正序电流及电网与第二段架空输电线路之间的测量点处的正序电压和正序电流；
根据所述电网与第一段架空输电线路之间的测量点处正序电压和正序电流确定第一区段的故障识别函数值，根据所述电网与第二段架空输电线路之间的测量点处的正序电压和正序电流确定第二区段的故障识别函数值；
根据第一区段和第二区段的故障识别函数值确定所述特高压GIL-架空混合线路中的故障位置；
其中，所述特高压GIL-架空混合线路包括：依次连接的第一架空输电线路、GIL输电线路和第二架空输电线路，依次连接的第一架空输电线路和GIL输电线路为第一区段，依次连接的GIL输电线路和第二架空输电线路为第二区段。
优选的，其特征在于，所述根据所述电网与第一段架空输电线路之间的测量点处正序电压和正序电流确定第一区段的故障识别函数值，根据所述电网与第二段架空输电线路之间的测量点处的正序电压和正序电流确定第二区段的故障识别函数值，包括：
按下式确定第一区段的故障识别函数的函数值f(lfi)：
Figure BDA0001475344310000021
按下式确定第二区段的故障识别函数的函数值f(llj)：
Figure BDA0001475344310000022
上式中：ZC1为第一架空输电线路或第二架空输电线路的正序波阻抗，ZC2为GIL输电线路的正序波阻抗，
Figure BDA0001475344310000023
分别为GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的正序电压和正序电流，
Figure BDA0001475344310000024
分别为第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处的正序电压和正序电流，γ2为GIL输电线路的传播常数，lij为第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处到GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的距离，γ1为第一架空输电线路或第二架空输电线路的传播常数，
Figure BDA0001475344310000025
Figure BDA0001475344310000026
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的正序电压和正序电流，
Figure BDA0001475344310000027
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的正序电压和正序电流，lmi为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处到第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处的距离，lnj为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处到GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的距离。
进一步的，按下式确定所述第一架空输电线路或第二架空输电线路的正序波阻抗ZC1和GIL输电线路的正序波阻抗ZC2：
Figure BDA0001475344310000031
按下式确定所述第一架空输电线路或第二架空输电线路的正序传播常数γ1和GIL输电线路的正序传播常数γ2：
Figure BDA0001475344310000032
上式中,Z1，Y1分别为第一架空输电线路或第二架空输电线路的单位长度正序阻抗和单位长度正序导纳；Z2，Y2分别为GIL输电线路的单位长度正序阻抗和单位长度正序导纳。
优选的，所述获取电网与第一段架空输电线路之间的测量点处正序电压和正序电流及电网与第二段架空输电线路之间的测量点处的正序电压和正序电流，包括：
按下式确定所述电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处正序电压
Figure BDA0001475344310000033
和正序电流
Figure BDA0001475344310000034
Figure BDA0001475344310000035
上式中，
Figure BDA0001475344310000036
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的三相电压，
Figure BDA0001475344310000037
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的三相电流，
Figure BDA0001475344310000038
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的正序电压和正序电流，
Figure BDA0001475344310000039
和
Figure BDA00014753443100000310
Figure BDA00014753443100000311
为旋转因子；
按下式确定所述电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的正序电压
Figure BDA0001475344310000041
和正序电流
Figure BDA0001475344310000042
Figure BDA0001475344310000043
式中，
Figure BDA0001475344310000044
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的三相电压，
Figure BDA0001475344310000045
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的三相电流，
Figure BDA0001475344310000046
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的正序电压和正序电流。
进一步的，按下式确定所述第一架空输电线路与GIL输电线路的分界点i处的正序电压
Figure BDA0001475344310000047
和正序电流
Figure BDA0001475344310000048
Figure BDA0001475344310000049
上式中，
Figure BDA00014753443100000410
分别为第一架空输电线路与GIL输电线路的分界点i处的正序电压和正序电流，lmi为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处到第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处的距离。
按下式确定所述第二架空输电线路与GIL输电线路的分界点j处的正序电压
Figure BDA00014753443100000411
和正序电流
Figure BDA00014753443100000412
Figure BDA00014753443100000413
上式中，
Figure BDA00014753443100000414
分别为第二架空输电线路与GIL输电线路的分界点j处的正序电压和正序电流，lnj为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处到GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的距离。
优选的，所述根据第一区段和第二区段的故障识别函数确定所述特高压GIL-架空混合线路中的故障位置，包括：
若所述第一区段的故障识别函数的实部和虚部均为正数，则所述故障点位于第一架空输电线路；
若所述第二区段的故障识别函数的实部和虚部均为正数，则所述故障点位于第二架空输电线路；
若所述第一区段和第二区段的故障识别函数的实部和虚部均为负数，则所述故障点位于GIL输电线路区段。
一种特高压GIL-架空混合线路故障区段识别装置，其特征在于，所述装置包括：
获取单元，用于获取电网与第一段架空输电线路之间的测量点处正序电压和正序电流及电网与第二段架空输电线路之间的测量点处的正序电压和正序电流；
确定单元，用于根据所述电网与第一段架空输电线路之间的测量点处正序电压和正序电流确定第一区段的故障识别函数值，根据所述电网与第二段架空输电线路之间的测量点处的正序电压和正序电流确定第二区段的故障识别函数值；
判断单元，用于根据第一区段和第二区段的故障识别函数值确定所述特高压GIL-架空混合线路中的故障位置；
其中，所述特高压GIL-架空混合线路包括：依次连接的第一架空输电线路、GIL输电线路和第二架空输电线路，依次连接的第一架空输电线路和GIL输电线路为第一区段，依次连接的GIL输电线路和第二架空输电线路为第二区段。
优选的，所述确定单元，包括：
第一确定模块，用于按下式确定第一区段的故障识别函数的函数值f(lfi)：
Figure BDA0001475344310000051
第二确定模块，用于按下式确定第二区段的故障识别函数的函数值f(llj)：
Figure BDA0001475344310000052
上式中：ZC1为第一架空输电线路或第二架空输电线路的正序波阻抗，ZC2为GIL输电线路的正序波阻抗，
Figure BDA0001475344310000053
分别为GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的正序电压和正序电流，
Figure BDA0001475344310000054
分别为第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处的正序电压和正序电流，γ2为GIL输电线路的传播常数，lij为第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处到GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的距离，γ1为第一架空输电线路或第二架空输电线路的传播常数，
Figure BDA0001475344310000061
Figure BDA0001475344310000062
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的正序电压和正序电流，
Figure BDA0001475344310000063
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的正序电压和正序电流，lmi为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处到第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处的距离，lnj为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处到GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的距离。
进一步的，按下式确定所述第一架空输电线路或第二架空输电线路的正序波阻抗ZC1和GIL输电线路的正序波阻抗ZC2：
Figure BDA0001475344310000064
按下式确定所述第一架空输电线路或第二架空输电线路的正序传播常数γ1和GIL输电线路的正序传播常数γ2：
Figure BDA0001475344310000065
上式中,Z1，Y1分别为第一架空输电线路或第二架空输电线路的单位长度正序阻抗和单位长度正序导纳；Z2，Y2分别为GIL输电线路的单位长度正序阻抗和单位长度正序导纳。
优选的，所述获取单元，包括：
第三确定模块，按下式确定所述电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处电压
Figure BDA0001475344310000066
和电流
Figure BDA0001475344310000067
Figure BDA0001475344310000068
上式中，
Figure BDA0001475344310000069
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的三相电压，
Figure BDA00014753443100000610
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的三相电流，
Figure BDA00014753443100000611
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的正序电压和正序电流，
Figure BDA00014753443100000612
和
Figure BDA00014753443100000613
Figure BDA00014753443100000614
为旋转因子；
第四确定模块，按下式确定所述电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的正序电压
Figure BDA0001475344310000071
和正序电流
Figure BDA0001475344310000072
Figure BDA0001475344310000073
上式中，
Figure BDA0001475344310000074
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的三相电压，
Figure BDA0001475344310000075
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的三相电流，
Figure BDA0001475344310000076
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的正序电压和正序电流。
进一步的，按下式确定所述第一架空输电线路与GIL输电线路的分界点i处的正序电压
Figure BDA0001475344310000077
和正序电流
Figure BDA0001475344310000078
Figure BDA0001475344310000079
上式中，
Figure BDA00014753443100000710
分别为第一架空输电线路与GIL输电线路的分界点i处的正序电压和正序电流，lmi为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处到第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处的距离。
按下式确定所述第二架空输电线路与GIL输电线路的分界点j处的正序电压
Figure BDA00014753443100000711
和正序电流
Figure BDA00014753443100000712
Figure BDA00014753443100000713
上式中，
Figure BDA00014753443100000714
分别为第二架空输电线路与GIL输电线路的分界点j处的正序电压和正序电流，lnj为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处到GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的距离。
优选的，所述判断单元，包括：
第一判断模块，用于若所述第一区段的故障识别函数的实部和虚部均为正数，则所述故障点位于第一架空输电线路；
第二判断模块，用于若所述第二区段的故障识别函数的实部和虚部均为正数，则所述故障点位于第二架空输电线路；
第三判断模块，用于若所述第一区段和第二区段的故障识别函数的实部和虚部均为负数，则所述故障点位于GIL输电线路区段。
本发明的有益效果：
本发明提供的技术方案，获取电网与第一段架空输电线路之间的测量点处正序电压和正序电流及电网与第二段架空输电线路之间的测量点处的正序电压和正序电流；根据所述电网与第一段架空输电线路之间的测量点处正序电压和正序电流确定第一区段的故障识别函数值，根据所述电网与第二段架空输电线路之间的测量点处的正序电压和正序电流确定第二区段的故障识别函数值；根据第一区段和第二区段的故障识别函数值确定所述特高压GIL-架空混合线路中的故障位置；通过故障识别函数结果来判断故障所在的区段，判别原理简单，流程清晰，在实际应用中可以快速判断出故障区段的位置，减少了程序的运算量，同时，该方法基于输电线路的正序网络，因此此方法适用于输电线路各种类型故障，且简化了计算流程，减小了计算量。
附图说明
图1是本发明实施例中特高压GIL-架空混合线路系统示意图；
图2是本发明实施例中特高压GIL-架空混合线路第一区段的正序网络示意图；
图3是本发明实施例中特高压GIL-架空混合线路GIL区段故障示意图；
图4是本发明实施例中特高压GIL-架空混合线路第二区段的正序网络示意图；
图5是本发明实施例中特高压GIL-架空混合线路第一区段的识别函数复平面特性图；
图6是本发明实施例中特高压GIL-架空混合线路第二区段的识别函数复平面特性图；
图7是一种特高压GIL-架空混合线路故障区段识别装置的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种特高压GIL-架空混合线路故障区段识别方法，针对架空线-GIL-架空混合线路，采用输电线路的正序网络，构造了一种混合线路故障区段识别函数。此函数利用输电线路两端的电气量数据进行计算，输出结果的实部和虚部有正负之分。不同区段发生故障时，此区段识别函数的结果不同，根据不同的结果，可以判断出故障所位于的区段，包括：
获取电网与第一段架空输电线路之间的测量点处正序电压和正序电流及电网与第二段架空输电线路之间的测量点处的正序电压和正序电流；
根据所述电网与第一段架空输电线路之间的测量点处正序电压和正序电流确定第一区段的故障识别函数值，根据所述电网与第二段架空输电线路之间的测量点处的正序电压和正序电流确定第二区段的故障识别函数值；
根据第一区段和第二区段的故障识别函数值确定所述特高压GIL-架空混合线路中的故障位置；
其中，所述特高压GIL-架空混合线路包括：依次连接的第一架空输电线路、GIL输电线路和第二架空输电线路，依次连接的第一架空输电线路和GIL输电线路为第一区段，依次连接的GIL输电线路和第二架空输电线路为第二区段。例如，图1示出特高压GIL-架空混合线路系统示意图，用单线图表示三相系统，由架空线1段和GIL段组成所述第一区段，由GIL段和架空线2段组成所述第二区段。架空线1段、GIL段和架空线2段均标注在图1中。其中，lmi为架空线1段的长度，lij为GIL段的长度，lnj为架空线2段的长度，架空线1段与GIL段的分界点设为i点，架空线2段与GIL段的分界点设为j点，m为电网与第一段架空输电线路之间的测量点，n为电网与第二段架空输电线路之间的测量点；
进一步的所述根据第一区段和第二区段的故障识别函数确定所述特高压GIL-架空混合线路中的故障位置之前，包括：
按下式确定第一区段的故障识别函数的函数值f(lfi)：
Figure BDA0001475344310000101
按下式确定第二区段的故障识别函数的函数值f(llj)：
Figure BDA0001475344310000102
上式中：ZC1为第一架空输电线路或第二架空输电线路的正序波阻抗，ZC2为GIL输电线路的正序波阻抗，
Figure BDA0001475344310000103
分别为GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的正序电压和正序电流，
Figure BDA0001475344310000104
分别为第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处的正序电压和正序电流，γ2为GIL输电线路的传播常数，lij为第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处到GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的距离，γ1为第一架空输电线路或第二架空输电线路的传播常数，
Figure BDA0001475344310000105
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的正序电压和正序电流，
Figure BDA0001475344310000106
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的正序电压和正序电流，lmi为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处到第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处的距离，lnj为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处到GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的距离。
其中，按下式确定所述第一架空输电线路或第二架空输电线路的正序波阻抗ZC1和GIL输电线路的正序波阻抗ZC2：
Figure BDA0001475344310000107
按下式确定所述第一架空输电线路或第二架空输电线路的正序传播常数γ1和GIL输电线路的正序传播常数γ2：
Figure BDA0001475344310000108
上式中,Z1，Y1分别为第一架空输电线路或第二架空输电线路的单位长度正序阻抗和单位长度正序导纳；Z2，Y2分别为GIL输电线路的单位长度正序阻抗和单位长度正序导纳。
按下式确定所述电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处电压
Figure BDA0001475344310000111
和电流
Figure BDA0001475344310000112
Figure BDA0001475344310000113
上式中，
Figure BDA0001475344310000114
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的三相电压，
Figure BDA0001475344310000115
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的三相电流，
Figure BDA0001475344310000116
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的正序电压和正序电流，
Figure BDA0001475344310000117
和
Figure BDA0001475344310000118
Figure BDA0001475344310000119
为旋转因子；
按下式确定所述电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的正序电压
Figure BDA00014753443100001110
和正序电流
Figure BDA00014753443100001111
Figure BDA00014753443100001112
式中，
Figure BDA00014753443100001113
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的三相电压，
Figure BDA00014753443100001114
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的三相电流，
Figure BDA00014753443100001115
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的正序电压和正序电流。
按下式确定所述第一架空输电线路与GIL输电线路的分界点i处的正序电压
Figure BDA00014753443100001116
和正序电流
Figure BDA00014753443100001117
Figure BDA00014753443100001118
上式中，
Figure BDA00014753443100001119
分别为第一架空输电线路与GIL输电线路的分界点i处的正序电压和正序电流，lmi为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处到第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处的距离。
按下式确定所述第二架空输电线路与GIL输电线路的分界点j处的正序电压
Figure BDA0001475344310000121
和正序电流
Figure BDA0001475344310000122
Figure BDA0001475344310000123
上式中，
Figure BDA0001475344310000124
分别为第二架空输电线路与GIL输电线路的分界点j处的正序电压和正序电流，lnj为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处到GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的距离。
具体的，本发明提供一种特高压GIL-架空混合线路故障区段识别方法的最优实施方案，故障识别函数的具体推导过程如下：
架空线1段与GIL段构成的正序网络如图2所示，即所述第一区段，图2中
Figure BDA0001475344310000125
分别为GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的正序电压和正序电流，
Figure BDA0001475344310000126
分别为第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处的正序电压和正序电流，lij为第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处到GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的距离，
Figure BDA0001475344310000127
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的正序电压和正序电流，lmi为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处到第一架空输电线路与GIL输电线路分界点j处的距离，
Figure BDA0001475344310000128
分别为故障f点的正序电压和故障点左侧的正序电流，
Figure BDA0001475344310000129
为流入故障点f的正序电流
Figure BDA00014753443100001210
为故障点f的正序电流，
Figure BDA00014753443100001211
为流出故障点f的正序电流。
当架空线1段发生故障时，根据均匀传输线方程，利用m侧的数据计算故障点f处的正序电压和故障点左侧的正序电流：
Figure BDA00014753443100001212
式中，lmf为m点到故障点法f的距离，
Figure BDA00014753443100001213
分别为f点的正序电压和故障点左侧的正序电流。
如图2所示，流入故障点f的正序电流
Figure BDA00014753443100001214
等于故障正序电流
Figure BDA00014753443100001215
与流出故障点f的正序电流
Figure BDA00014753443100001216
故有：
Figure BDA00014753443100001217
由故障点正序电压
Figure BDA00014753443100001218
和流出故障点的正序电流
Figure BDA00014753443100001219
可以计算分界点i处的正序电压和电流，即：
Figure BDA0001475344310000131
式中，lfi是故障点f到分界点i的距离，
Figure BDA0001475344310000132
分别为i点的正序电压和正序电流。
根据式(1)、式(2)和式(3)可以求出分界点i处的正序电压和电流关于线路端点m处的正序电压和电流的式子，即：
Figure BDA0001475344310000133
利用计算得到的所述第二架空输电线路与GIL输电线路的分界点j处的正序电压
Figure BDA0001475344310000134
和正序电流
Figure BDA0001475344310000135
计算分界点i处的正序电压和电流：
Figure BDA0001475344310000136
联立式(4)和式(5)得：
Figure BDA0001475344310000137
Figure BDA0001475344310000138
由式(6)和式(7)得：
Figure BDA0001475344310000139
当GIL段发生故障时，故障示意图如图3所示；
采用与架空线故障时相同的方法，计算出故障点距离关于m、j点电气量的关系式：
Figure BDA0001475344310000141
式(8)和式(9)右侧相等，左侧是关于故障点f到分界点i距离lfi的复数函数，并且其实部和虚部均是关于lfi的奇函数。因此，假定架空线1段故障时lfi为正，GIL段故障时lfi为负，将式(8)作为区段识别函数。
式(8)在复平面上的区段识别特性如图5所示。当故障发生在架空线1段时，混合段1的区段识别函数的实部和虚部均为正数，因此落在复平面的第一象限上；当故障发生在GIL段时，混合段1的区段识别函数的实部和虚部均为负数，因此落在复平面的第三象限上。在实际运用中，为了快速判断出故障区段、减少程序的运算量，只需计算出式(8)所示函数的虚部，然后根据其正负进行判断。
架空线2段与GIL段构成的正序网络如图4所示，即第二区段，图4中
Figure BDA0001475344310000142
Figure BDA0001475344310000143
分别为GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的正序电压和正序电流，
Figure BDA0001475344310000144
分别为第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处的正序电压和正序电流，lij为第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处到GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的距离，
Figure BDA0001475344310000145
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的正序电压和正序电流，lmi为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处到第一架空输电线路与GIL输电线路分界点j处的距离，
Figure BDA0001475344310000146
为故障f点的正序电压，
Figure BDA0001475344310000147
为故障点f的正序电流，
Figure BDA0001475344310000148
为流出故障点f的正序电流,
Figure BDA0001475344310000149
为故障点右侧的正序电流。
采用上述同理分析方法，可以得到架空线2段与GIL段的故障识别函数：
Figure BDA00014753443100001410
式(9)左侧也是关于故障点f到分界点j距离lfj的复数函数，且实部和虚部均是关于lfj的奇函数。因此，假定架空线2段故障时lfj为正，GIL段故障时lfj为负，将式(9)作为区段识别函数。
式(9)在复平面上的区段识别特性如图6所示。当故障发生在架空线2段时，混合段2的区段识别函数的实部和虚部均为正数，因此落在复平面的第一象限上；当故障发生在GIL段时，混合段2的区段识别函数的实部和虚部均为负数，因此落在复平面的第三象限上。同样，在实际运用中，为了减少程序的运算量，只需计算出式(9)所示函数的虚部，然后根据其正负进行判断。
从图1可以看出，当故障发生在GIL区段时，根据m、n点测量的正序电压和电流计算得到的分界点i、j处的正序电压和电流是正确的。此时式(8)和式(9)所示的故障识别函数的虚部均为负数，即当Im(f(lfi))和Im(f(lfj))均为负数时，可以判断故障发生在GIL区段。
当故障发生在架空线1段或架空线2段时，计算分界点i处或j处的正序电压和电流和实际不同。难以通过区段识别函数的值来判断故障所在的区段，但此时可以排除故障发生在GIL区段，因此可以结合常用的架空线测距方法判断故障所在区段。
进一步的，基于上述故障识别函数判断所述特高压GIL-架空混合线路中的故障位置的过程包括：
若所述第一区段的故障识别函数的实部和虚部均为正数，则所述故障点位于第一架空输电线路；
若所述第二区段的故障识别函数的实部和虚部均为正数，则所述故障点位于第二架空输电线路；
若所述第一区段和第二区段的故障识别函数的实部和虚部均为负数，则所述故障点位于GIL输电线路区段。
本发明还提供一种特高压GIL-架空混合线路故障区段识别装置，如图7所示，所述装置包括：
优选的，所述确定单元，包括：
第一确定模块，用于按下式确定第一区段的故障识别函数的函数值f(lfi)：
Figure BDA0001475344310000151
第二确定模块，用于按下式确定第二区段的故障识别函数的函数值f(llj)：
Figure BDA0001475344310000152
上式中：ZC1为第一架空输电线路或第二架空输电线路的正序波阻抗，ZC2为GIL输电线路的正序波阻抗，
Figure BDA0001475344310000161
分别为GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的正序电压和正序电流，
Figure BDA0001475344310000162
分别为第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处的正序电压和正序电流，γ2为GIL输电线路的传播常数，lij为第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处到GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的距离，γ1为第一架空输电线路或第二架空输电线路的传播常数，
Figure BDA0001475344310000163
Figure BDA0001475344310000164
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的正序电压和正序电流，
Figure BDA0001475344310000165
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的正序电压和正序电流，lmi为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处到第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处的距离，lnj为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处到GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的距离。
进一步的，按下式确定所述第一架空输电线路或第二架空输电线路的正序波阻抗ZC1和GIL输电线路的正序波阻抗ZC2：
Figure BDA0001475344310000166
按下式确定所述第一架空输电线路或第二架空输电线路的正序传播常数γ1和GIL输电线路的正序传播常数γ2：
Figure BDA0001475344310000167
上式中,Z1，Y1分别为第一架空输电线路或第二架空输电线路的单位长度正序阻抗和单位长度正序导纳；Z2，Y2分别为GIL输电线路的单位长度正序阻抗和单位长度正序导纳。
优选的，所述获取单元，包括：
第三确定模块，按下式确定所述电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处电压
Figure BDA0001475344310000168
和电流
Figure BDA0001475344310000169
Figure BDA00014753443100001610
上式中，
Figure BDA0001475344310000171
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的三相电压，
Figure BDA0001475344310000172
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的三相电流，
Figure BDA0001475344310000173
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的正序电压和正序电流，
Figure BDA0001475344310000174
和
Figure BDA0001475344310000175
Figure BDA0001475344310000176
为旋转因子；
第四确定模块，按下式确定所述电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的正序电压
Figure BDA0001475344310000177
和正序电流
Figure BDA0001475344310000178
Figure BDA0001475344310000179
上式中，
Figure BDA00014753443100001710
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的三相电压，
Figure BDA00014753443100001711
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的三相电流，
Figure BDA00014753443100001712
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的正序电压和正序电流。
进一步的，按下式确定所述第一架空输电线路与GIL输电线路的分界点i处的正序电压
Figure BDA00014753443100001713
和正序电流
Figure BDA00014753443100001714
Figure BDA00014753443100001715
上式中，
Figure BDA00014753443100001716
分别为第一架空输电线路与GIL输电线路的分界点i处的正序电压和正序电流，lmi为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处到第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处的距离。
按下式确定所述第二架空输电线路与GIL输电线路的分界点j处的正序电压
Figure BDA00014753443100001717
和正序电流
Figure BDA00014753443100001718
Figure BDA00014753443100001719
上式中，
Figure BDA00014753443100001720
分别为第二架空输电线路与GIL输电线路的分界点j处的正序电压和正序电流，lnj为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处到GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的距离。
优选的，所述判断单元，包括：
第一判断模块，用于若所述第一区段的故障识别函数的实部和虚部均为正数，则所述故障点位于第一架空输电线路；
第二判断模块，用于若所述第二区段的故障识别函数的实部和虚部均为正数，则所述故障点位于第二架空输电线路；
第三判断模块，用于若所述第一区段和第二区段的故障识别函数的实部和虚部均为负数，则所述故障点位于GIL输电线路区段。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种特高压GIL-架空混合线路故障区段识别方法，其特征在于，所述方法包括：
获取电网与第一段架空输电线路之间的测量点处正序电压和正序电流及电网与第二段架空输电线路之间的测量点处的正序电压和正序电流；
根据所述电网与第一段架空输电线路之间的测量点处正序电压和正序电流确定第一区段的故障识别函数值，根据所述电网与第二段架空输电线路之间的测量点处的正序电压和正序电流确定第二区段的故障识别函数值；
根据第一区段和第二区段的故障识别函数值确定所述特高压GIL-架空混合线路中的故障位置；
其中，所述特高压GIL-架空混合线路包括：依次连接的第一架空输电线路、GIL输电线路和第二架空输电线路，依次连接的第一架空输电线路和GIL输电线路为第一区段，依次连接的GIL输电线路和第二架空输电线路为第二区段；
所述根据所述电网与第一段架空输电线路之间的测量点处正序电压和正序电流确定第一区段的故障识别函数值，根据所述电网与第二段架空输电线路之间的测量点处的正序电压和正序电流确定第二区段的故障识别函数值，包括：
按下式确定第一区段的故障识别函数的函数值f(lfi)：
Figure FDA0003537758040000011
按下式确定第二区段的故障识别函数的函数值f(llj)：
Figure FDA0003537758040000012
上式中：ZC1为第一架空输电线路或第二架空输电线路的正序波阻抗，ZC2为GIL输电线路的正序波阻抗，
Figure FDA0003537758040000013
分别为GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的正序电压和正序电流，
Figure FDA0003537758040000014
分别为第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处的正序电压和正序电流，γ2为GIL输电线路的传播常数，lij为第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处到GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的距离，γ1为第一架空输电线路或第二架空输电线路的传播常数，
Figure FDA0003537758040000021
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的正序电压和正序电流，
Figure FDA0003537758040000022
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的正序电压和正序电流，lmi为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处到第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处的距离，lnj为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处到GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的距离。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按下式确定所述第一架空输电线路或第二架空输电线路的正序波阻抗ZC1和GIL输电线路的正序波阻抗ZC2：
Figure FDA0003537758040000023
按下式确定所述第一架空输电线路或第二架空输电线路的正序传播常数γ1和GIL输电线路的正序传播常数γ2：
Figure FDA0003537758040000024
上式中,Z1，Y1分别为第一架空输电线路或第二架空输电线路的单位长度正序阻抗和单位长度正序导纳；Z2，Y2分别为GIL输电线路的单位长度正序阻抗和单位长度正序导纳。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取电网与第一段架空输电线路之间的测量点处正序电压和正序电流及电网与第二段架空输电线路之间的测量点处的正序电压和正序电流，包括：
按下式确定所述电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处正序电压
Figure FDA0003537758040000025
和正序电流
Figure FDA0003537758040000026
Figure FDA0003537758040000027
上式中，
Figure FDA0003537758040000028
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的三相电压，
Figure FDA0003537758040000029
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的三相电流，
Figure FDA00035377580400000210
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的正序电压和正序电流，
Figure FDA0003537758040000031
和
Figure FDA0003537758040000032
为旋转因子；
按下式确定所述电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的正序电压
Figure FDA0003537758040000033
和正序电流
Figure FDA0003537758040000034
Figure FDA0003537758040000035
式中，
Figure FDA0003537758040000036
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的三相电压，
Figure FDA0003537758040000037
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的三相电流，
Figure FDA0003537758040000038
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的正序电压和正序电流。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，按下式确定所述第一架空输电线路与GIL输电线路的分界点i处的正序电压
Figure FDA0003537758040000039
和正序电流
Figure FDA00035377580400000310
Figure FDA00035377580400000311
上式中，
Figure FDA00035377580400000312
分别为第一架空输电线路与GIL输电线路的分界点i处的正序电压和正序电流，lmi为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处到第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处的距离；
按下式确定所述第二架空输电线路与GIL输电线路的分界点j处的正序电压
Figure FDA00035377580400000313
和正序电流
Figure FDA00035377580400000314
Figure FDA00035377580400000315
上式中，
Figure FDA00035377580400000316
分别为第二架空输电线路与GIL输电线路的分界点j处的正序电压和正序电流，lnj为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处到GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的距离。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据第一区段和第二区段的故障识别函数确定所述特高压GIL-架空混合线路中的故障位置，包括：
若所述第一区段的故障识别函数的实部和虚部均为正数，则所述故障点位于第一架空输电线路；
若所述第二区段的故障识别函数的实部和虚部均为正数，则所述故障点位于第二架空输电线路；
若所述第一区段和第二区段的故障识别函数的实部和虚部均为负数，则所述故障点位于GIL输电线路区段。
6.一种特高压GIL-架空混合线路故障区段识别装置，其特征在于，所述装置包括：
获取单元，用于获取电网与第一段架空输电线路之间的测量点处正序电压和正序电流及电网与第二段架空输电线路之间的测量点处的正序电压和正序电流；
确定单元，用于根据所述电网与第一段架空输电线路之间的测量点处正序电压和正序电流确定第一区段的故障识别函数值，根据所述电网与第二段架空输电线路之间的测量点处的正序电压和正序电流确定第二区段的故障识别函数值；
判断单元，用于根据第一区段和第二区段的故障识别函数值确定所述特高压GIL-架空混合线路中的故障位置；
其中，所述特高压GIL-架空混合线路包括：依次连接的第一架空输电线路、GIL输电线路和第二架空输电线路，依次连接的第一架空输电线路和GIL输电线路为第一区段，依次连接的GIL输电线路和第二架空输电线路为第二区段；
所述确定单元，包括：
第一确定模块，用于按下式确定第一区段的故障识别函数的函数值f(lfi)：
Figure FDA0003537758040000041
第二确定模块，用于按下式确定第二区段的故障识别函数的函数值f(llj)：
Figure FDA0003537758040000051
上式中：ZC1为第一架空输电线路或第二架空输电线路的正序波阻抗，ZC2为GIL输电线路的正序波阻抗，
Figure FDA0003537758040000052
分别为GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的正序电压和正序电流，
Figure FDA0003537758040000053
分别为第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处的正序电压和正序电流，γ2为GIL输电线路的传播常数，lij为第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处到GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的距离，γ1为第一架空输电线路或第二架空输电线路的传播常数，
Figure FDA0003537758040000054
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的正序电压和正序电流，
Figure FDA0003537758040000055
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的正序电压和正序电流，lmi为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处到第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处的距离，lnj为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处到GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的距离。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，按下式确定所述第一架空输电线路或第二架空输电线路的正序波阻抗ZC1和GIL输电线路的正序波阻抗ZC2：
Figure FDA0003537758040000056
按下式确定所述第一架空输电线路或第二架空输电线路的正序传播常数γ1和GIL输电线路的正序传播常数γ2：
Figure FDA0003537758040000057
上式中,Z1，Y1分别为第一架空输电线路或第二架空输电线路的单位长度正序阻抗和单位长度正序导纳；Z2，Y2分别为GIL输电线路的单位长度正序阻抗和单位长度正序导纳。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取单元，包括：
第三确定模块，按下式确定所述电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处电压
Figure FDA0003537758040000058
和电流
Figure FDA0003537758040000059
Figure FDA0003537758040000061
上式中，
Figure FDA0003537758040000062
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的三相电压，
Figure FDA0003537758040000063
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的三相电流，
Figure FDA0003537758040000064
分别为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处的正序电压和正序电流，
Figure FDA0003537758040000065
和
Figure FDA0003537758040000066
为旋转因子；
第四确定模块，按下式确定所述电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的正序电压
Figure FDA0003537758040000067
和正序电流
Figure FDA0003537758040000068
Figure FDA0003537758040000069
上式中，
Figure FDA00035377580400000610
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的三相电压，
Figure FDA00035377580400000611
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的三相电流，
Figure FDA00035377580400000612
分别为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处的正序电压和正序电流。
9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，按下式确定所述第一架空输电线路与GIL输电线路的分界点i处的正序电压
Figure FDA00035377580400000613
和正序电流
Figure FDA00035377580400000614
Figure FDA00035377580400000615
上式中，
Figure FDA00035377580400000616
分别为第一架空输电线路与GIL输电线路的分界点i处的正序电压和正序电流，lmi为电网与第一段架空输电线路之间的测量点m处到第一架空输电线路与GIL输电线路分界点i处的距离；
按下式确定所述第二架空输电线路与GIL输电线路的分界点j处的正序电压
Figure FDA00035377580400000617
和正序电流
Figure FDA00035377580400000618
Figure FDA0003537758040000071
上式中，
Figure FDA0003537758040000072
分别为第二架空输电线路与GIL输电线路的分界点j处的正序电压和正序电流，lnj为电网与第二段架空输电线路之间的测量点n处到GIL输电线路与第二架空输电线路分界点j处的距离。
10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述判断单元，包括：
第一判断模块，用于若所述第一区段的故障识别函数的实部和虚部均为正数，则所述故障点位于第一架空输电线路；
第二判断模块，用于若所述第二区段的故障识别函数的实部和虚部均为正数，则所述故障点位于第二架空输电线路；
第三判断模块，用于若所述第一区段和第二区段的故障识别函数的实部和虚部均为负数，则所述故障点位于GIL输电线路区段。
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