CN110501606B - 一种纯电缆配电线路双端行波故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纯电缆配电线路双端行波故障定位方法，包括以下步骤，S1选取主干线路上的分支点为标准值点，以该标准值点故障时行波到达主干线路两端的时间差值ΔT作为标准值；S2测量并计算实际故障点的故障初始行波传播到主干线路两端的时间差Δt：S3比较ΔT与Δt，若Δt≠ΔT，则故障发生在主干线路上，若Δt＝ΔT，则故障发生在主干线路上的分支点或分支域内。本发明只需要采集故障初始行波到达带分支电缆配电线路两端的时间，简化了数据测量过程，能够适用于分支结构较为复杂的电缆配电线路，同时兼顾配电线路故障定位的准确性和可靠性，具有良好的工程应用前景。

Description

一种纯电缆配电线路双端行波故障定位方法

技术领域

本发明涉及配电网自动化技术领域，具体而言，涉及一种含有分支的纯电缆配电线路双端行波故障定位方法。

背景技术

随着我国经济的迅速发展，城市、乡镇用电负荷正在不断增加，传统的架空线路已经不能满足我国城市、乡镇用电发展的需求，而电力电缆因其安全、可靠、有利于城市现代化建设等优点，在电网中获得了广泛应用。城市的电网电缆化程度已成为衡量城市电网技术水平和经济程度的重要目标之一。基于电力电缆的广泛应用及其在输配电系统上的性能优势，电缆线路供电取代原有的架空线路供电已成为城市电网发展的必然趋势，但是产品的质量低劣、超负荷运转以及其他外力造成的破损等问题将无法避免的在电力电缆的生产、敷设动工、运转维护过程当中出现，它们是导致电缆线路中电缆本体产生动作故障的根本原因。为确保供电可靠性及供电质量，对电缆线路进行准确、快速的故障定位是十分必要的。

电缆配电线路日益增多，而含分支的电缆线路结构无疑为故障定位增大难度，迫切需要加强对含分支电缆配电线路故障定位的研究。目前对电缆故障的研究比较少，针对带分支的配电网电缆线路的定位(测距)分析则基本属于空白状态。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种纯电缆配电线路双端行波故障定位方法，能够适用于分支结构较为复杂的电缆配电线路，同时兼顾配电线路故障定位的准确性和可靠性。

本发明采用的技术方案是：提供一种纯电缆配电线路双端行波故障定位方法，该电缆配电线路包括主干线路和与所述主干线路上的分支点连接的分支域，该方法包括以下步骤，

S1选取主干线路上的分支点为标准值点，以该标准值点故障时行波到达主干线路两端的时间差值ΔT作为标准值；

S2测量并计算实际故障点的故障初始行波传播到主干线路两端的时间差Δt：

S3比较ΔT与Δt，

若Δt≠ΔT，则故障发生在主干线路上，

若Δt＝ΔT，则故障发生在主干线路上的分支点或分支域内。

在本发明所述的纯电缆配电线路双端行波故障定位方法中，还包括步骤：

S4所述分支域包括i条分支线路，在分支域外任一点设置故障点，依次通过试验或仿真测试该故障点行波到达各分支末端与分支点的时间差记为ΔT_oi(i为大于等于2的整数)，构建行波时差参考数组H_O：

H_O＝[ΔT_O1，...，ΔT_Oi]

S5测量并计算实际故障点的故障初始行波到达到达各分支末端与分支点的时间差记为Δt_Oi，构建行波时差测量数组h_O:

h_O＝[Δt_O1，...，Δt_Oi]

S6当所述S3步骤中的Δt＝ΔT时，

若数组H_O和h_O满足Δt_oi＝ΔT_oi，则表示故障发生在主干线路上的分支点；

若数组H_O和h_O满足Δt_ox<ΔT_ox且Δt_oy＝ΔT_oy，则表示故障发生在第x条分支线路，其中，x、y属于(1，...，i)，且x≠y。

在本发明所述的纯电缆配电线路双端行波故障定位方法中，还包括：

设定主干线路的两端为M点和N点，主干线路上的分支点为O点，

其中，行波在电缆中的传播速度为v，T_OM为行波从O点到达M点的传播时间，T_ON为行波从O点到达N点的传播时间，L_MO、L_NO分别表示MO段和NO段的长度；

若Δt＜ΔT，则故障发生在主干线路MO段；

若Δt＞ΔT，则故障发生在主干线路NO段。

在本发明所述的纯电缆配电线路双端行波故障定位方法中，还包括步骤：

S7当故障发生在主干线路，设故障点为F点，

其中，L_MF、L_NF分别表示MF段和NF段的长度；

当Δt＜ΔT时，故障点F距M点的距离为L_MF，

其中，L₁为主干线路MN段的长度；

当Δt＞ΔT时，故障点F距N点的距离为L_NF，

L_NF＝L₁-L_MF。

在本发明所述的纯电缆配电线路双端行波故障定位方法中，还包括步骤:

S8设K点为第x条分支线路的末端，当故障点F位于发生于第x条分支线路内时，故障点F到第x条分支线路末端K点的距离为L_KF，

其中，行波在电缆中的传播速度为v，L_KO为K点至O点的距离，t_k、t_O分别表示故障初始行波从故障点到达K点、O点的传播时间。

本发明通过将将实际故障时主干线路始末端初始行波到达时间的差值与标准值比较，并结合支路故障判据以确定主干线路的故障区段；提出利用比较分支域域外和域内故障时测量支路末端与分支点初始行波到达不同时差的支路故障判定方法，以确定具体的故障分支；最后利用双端测距的故障定位方法，确定具体故障位置。本发明依托于精确的时钟同步测量和采集技术，可清晰有效地判定故障区间，给出测距结果，对于配电网电缆线路故障测距的具有较高的准确性和可靠性；只需要采集故障初始行波到达带分支电缆配电线路两端的时间，简化了数据测量过程，能够适用于分支结构较为复杂的电缆配电线路，同时兼顾配电线路故障定位的准确性和可靠性，具有良好的工程应用前景。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例的电缆配电线路的结构示意图；

图2为本发明实施例中MO段故障时的结构示意图；

图3为本发明实施例中MO段故障时的故障行波传播示意图；

图4为本发明实施例中NO段故障时的结构示意图；

图5为本发明实施例中NO段故障时的故障行波传播示意图；

图6为本发明实施例中AO段故障时的结构示意图；

图7为本发明实施例中AO段故障时的故障行波传播示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

电缆线路的某一段故障发生时，行波的传播路径具有以下特点：

对于某一分支域内支路发生故障时，故障行波必先从故障点传至分支点，再按照最短路径原则传播到该分支域的其它非故障分支。故障分支末端与分支点采集到的初始行波到达时间之差和故障点的具体位置有关，而非故障分支末端与分支点的初始行波到达时差，仅与本分支线路长度有关，与故障点位置无关。对于主干线故障或其它分支域任一支路故障，故障行波必按照最短路径原则沿主干线传到测量分支域各分支线路末端。测量分支域所有分支末端与对应分支点采集到的初始行波到达时差，均与故障点在线路中的位置无关，仅与本区段线路长度有关。基于上述特点，本发明在考虑配电线路电缆含分支的实际结构前提下建立模型，提出基于时差判别的含分支电缆线路双端定位方法。

本发明提供一种纯电缆配电线路双端行波故障定位方法，具体包括以下步骤：

首先，先判定主干线路和分支域故障区段。

如图1所示，本实施例中的电缆配电线路包括主干线路和与所述主干线路上的分支点连接的分支域，所述分支域包括4条分支线路，具体的，本实施例中的电缆主干线路为MN段，其两端为M点和N点，O点为主干线路上的分支点，AO段、BO段、CO段、DO段分别为4条电缆分支线路，L₁、L_MO、L_NO分别表示电缆线MN段、MO段和NO段的长度，行波在电缆中的传播速度为v，t_M,t_N,t_A,t_B,t_C,t_D分别表示实际故障行波从故障点到达M点、N点、A点、B点、C点、D点的传播时间。

判定主干线路和分支域故障区段包括以下步骤：

S1选取主干线路上的分支点O为标准值点，以O点故障时行波到达主干线路MN两端的时间差值ΔT作为标准值，

式中：T_OM为行波从O点到达M点的传播时间，T_ON为行波从O点到达N点的传播时间。

S2测量并计算实际故障点的故障初始行波传播到主干线路MN两端的时间差Δt。

在实际故障时，测算实际故障点F的故障初始行波传播到主干线路MN两端的时间差Δt，

Δt＝t_M-t_N (2)

S3比较ΔT与Δt，

①若Δt＜ΔT，如图2和图3所示，则故障发生在电缆线MO段；

②若Δt＞ΔT，如图4和图5所示，则故障发生在电缆线NO段；

③若Δt＝ΔT，则故障发生在电缆线O点或分支域内的支路上。

本步骤通过设置分支点O点为标准值点，且将分支点故障时行波到达线路两端的时间差值作为标准值，再计算故障点行波到达线路两端的时间差值与其比较，通过数值结果可实现快速定位得出故障点所分布的区段，简化了数据测量过程，提高了故障区段判定的效率。

通过以上步骤得出了故障点所在的区段，当故障发生在电缆线O点或分支域内的支路上时，需要进一步判断故障的具体位置。进一步判断故障点的具体位置，包括以下步骤：

S4所述分支域包括i条分支线路，在分支域外任一点设置故障点，依次通过试验或仿真测试该故障点行波到达各分支末端与分支点的时间差记为ΔT_oi(i为大于等于2的整数)，构建行波时差参考数组H_O：

H_O＝[ΔT_O1，...，ΔT_Oi]。

本实施例包括4条分支线路，为方便示例，4条分支线路分别标记为AO段、BO段、CO段、DO段，各分支末端标记为A点、B点、C点、D点，同时，行波时差参考数组H_O表示为：

H_O＝[ΔT_OA,ΔT_OB,ΔT_OC,ΔT_OD] (3)

S5测量并计算实际故障点的故障初始行波到达到达各分支末端(即A点、B点、C点、D点)与分支点O点的时间差记为Δt_Oi，Δt_Oi＝t_i-t_O；

构建行波时差测量数组h_O:

h_O＝[Δt_O1，...，Δt_Oi]。

相应的，本实施例中的行波时差测量数组h_O表示为:

h_O＝[Δt_OA,Δt_OB,Δt_OC,Δt_OD] (4)

S6当Δt＝ΔT时，

①若数组H_O和h_O满足Δt_oi＝ΔT_oi，即数组H_O和h_O中的每个数值都一一对应相等时，表示故障发生在主干线路上的分支点O点；

②若数组H_O和h_O满足Δt_ox<ΔT_ox且Δt_oy＝ΔT_oy，则表示故障发生在第x条分支线路，其中，x、y属于(1，...，i)，且x≠y；即，若数组H_O和h_O中某一组数据出现Δt_ox<ΔT_ox，而其他组数据均一一对应相等时，则表示故障发生在第x条分支线路。

如图6和图7所示，在本实施例中，可以表示为：当Δt_oA＜ΔT_oA且Δt_oj＝ΔT_oj(j＝B，C，D)，则表示故障发生在分支OA段。

通过以上步骤可以进一步确定故障点是发生在哪一条分支线路，或是主干线路上的分支点，使故障点的范围进一步的缩小，以方便人员筛选。最后，本实施例还提供以下方法步骤以得出故障点在配电线路上的具体点位。

S7当故障发生在主干线路，即Δt≠ΔT时，设故障点为F点，

其中，L_MF、L_NF分别表示MF段和NF段的长度；

当Δt＜ΔT，MO段故障时，故障点F距M点的距离为L_MF，

其中，L₁为主干线路MN段的长度；

当Δt＞ΔT，NO段故障时，故障点F距N点的距离为L_NF，

L_NF＝L₁-L_MF (7)

S8若Δt＝ΔT，且Δt_oi＝ΔT_oi时，表示故障发生在O点；

若Δt＝ΔT，且数组H_O和h_O满足Δt_ox<ΔT_ox且Δt_oy＝ΔT_oy，则表示故障发生在第x条分支线路。

设K点为第x条分支线路的末端，当故障点F位于发生于第x条分支线路内时，即本实施例中的分支线路OK段(K＝A，B，C，D)，由双端测距原理得，故障点F到第x条分支线路末端K点的距离为L_KF，

其中，L_KO为K点至O点的距离，t_k、t_O分别表示故障初始行波从故障点到达K点、O点的传播时间。

本发明实施例通过将将实际故障时主干线路始末端初始行波到达时间的差值与标准值比较，并结合支路故障判据以确定主干线路的故障区段；提出利用比较分支域域外和域内故障时测量支路末端与分支点初始行波到达不同时差的支路故障判定方法，以确定具体的故障分支；最后利用双端测距的故障定位方法，确定具体故障位置。本发明依托于精确的时钟同步测量和采集技术，可清晰有效地判定故障区间，给出测距结果，对于配电网电缆线路故障测距的具有较高的准确性和可靠性；只需要采集故障初始行波到达带分支电缆配电线路两端的时间，简化了数据测量过程，能够适用于分支结构较为复杂的电缆配电线路，同时兼顾配电线路故障定位的准确性和可靠性，具有良好的工程应用前景。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种纯电缆配电线路双端行波故障定位方法，其特征在于，该电缆配电线路包括主干线路和与所述主干线路上的分支点连接的分支域，该方法包括以下步骤，

S1选取主干线路上的分支点为标准值点，以该标准值点故障时行波到达主干线路两端的时间差值ΔT作为标准值；

S2测量并计算实际故障点的故障初始行波传播到主干线路两端的时间差Δt：

S3比较ΔT与Δt，

若Δt≠ΔT，则故障发生在主干线路上，

若Δt＝ΔT，则故障发生在主干线路上的分支点或分支域内；

还包括步骤：

S4所述分支域包括i条分支线路，在分支域外任一点设置故障点，依次通过试验或仿真测试该故障点行波到达各分支末端与分支点的时间差记为ΔT_oi(i为大于等于2的整数)，构建行波时差参考数组H_O：

H_O＝[ΔT_O1，...，ΔT_Oi]

S5测量并计算实际故障点的故障初始行波到达各分支末端与分支点的时间差记为Δt_Oi，构建行波时差测量数组h_O:

h_O＝[Δt_O1，...，Δt_Oi]

S6当所述S3步骤中的Δt＝ΔT时，

若数组H_O和h_O满足Δt_oi＝ΔT_oi，则表示故障发生在主干线路上的分支点；

若数组H_O和h_O满足Δt_ox＜ΔT_ox且Δt_oy＝ΔT_oy，则表示故障发生在第x条分支线路，其中，x、y属于(1，...，i)，且x≠y。

2.如权利要求1所述的纯电缆配电线路双端行波故障定位方法，其特征在于，还包括：

设定主干线路的两端为M点和N点，主干线路上的分支点为O点，

其中，行波在电缆中的传播速度为v，T_OM为行波从O点到达M点的传播时间，T_ON为行波从O点到达N点的传播时间，L_MO、L_NO分别表示MO段和NO段的长度；

若Δt＜ΔT，则故障发生在主干线路MO段；

若Δt>ΔT，则故障发生在主干线路NO段。

3.如权利要求2所述的纯电缆配电线路双端行波故障定位方法，其特征在于，还包括步骤：

S7当故障发生在主干线路，设故障点为F点，

其中，L_MF、L_NF分别表示MF段和NF段的长度；

当Δt＜ΔT时，故障点F距M点的距离为L_MF，

其中，L₁为主干线路MN段的长度；

当Δt>ΔT时，故障点F距N点的距离为L_NF，

L_NF＝L₁-L_MF。

4.如权利要求1所述的纯电缆配电线路双端行波故障定位方法，其特征在于，还包括步骤:

S8设K点为第x条分支线路的末端，当故障点F位于发生于第x条分支线路内时，故障点F到第x条分支线路末端K点的距离为L_KF，

其中，行波在电缆中的传播速度为v，L_KO为K点至O点的距离，t_k、t_O分别表示故障初始行波从故障点到达K点、O点的传播时间。

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