CN110501607A - 一种配电线路双端行波故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合配电线路双端行波故障定位方法，包括以下步骤，S1设定整点值，分别计算行波由架空线的端点、各个连接点、电缆的端点传输至架空线的端点和电缆的端点的时间差值；S2构造时间轴，将差值在数轴上标记，形成时间差值区间；S3判断故障区间，测量实际故障行波的时间差值，判断故障所在区段。本发明针对含有支路的电缆‑架空线混合配电线路提出了基于时间变量的双端行波故障测距方法，当故障发生时，本故障只需取得初始故障行波由故障点传输至线路两端的时刻，由此得到两端的时间差Δt，根据由线路的端点与连接点整定值构造的时间轴判断故障发生的线路具体区段，从而由公式得到故障点与端点距离。

Description

一种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，涉及一种架空线－电缆混合配电线路双端行波故障定位方法。

背景技术

我国传统的配电线路多为单纯的架空线路，但是随着我国经济水平的大幅提高，城市与乡村的用电负荷增加，传统的架空线路配电已无法满足正常生活需要，虽然架空线路成本较低，但在城市内架设架空线路不利于城市安全与城市美观，且当架空线路网络过于复杂与密集时，架设难度增加，架空线工作条件差，易受天气环境影响。除此之外，随着城市化进程的推进，已建架空线还会造成资源的二次浪费，电力电缆虽有安全、美观、节约城市资源等优点，但造价昂贵，因此，造成了电缆-架空线混合配电线路的广泛使用。配电线路结构的转变，导致对于线路故障定位水平的要求也相应的提高。

对于单纯的电缆或架空线路的研究方法有阻抗法与行波法，但是对于含有支路的电缆-架空线混合线路，直接采用阻抗测距法与行波测距法是不合理的，现有的测量含有支路的电缆-架空线混合线路的故障测距法有区段故障定位法与基于波速归一算法的双端行波法。区段故障定位法为基于连接点正序电压比较对故障进行定位的双端测距法，此方法的原理为，根据线缆混合线路的连接点等特殊点进行分段，通过两端的电压值、电流值以及电气参数推算各连接点的电压，将故障点电压值幅值与其比较确定故障区段后，将故障段看做单一的线路，根据单一线路故障双端电气量测距原理得到具体的故障发生位置。此方法不受不同步相位角与过渡电阻的影响，易于实现，但是当电缆-架空线混合线路变为更为复杂的含有支路的模型时，误差会随着线路的复杂程度增加，从而故障点定位偏差变大。基于波速归一算法的双端行波法的原理为，线缆混合线路的架空线与电缆交替出现，二者阻抗不一致，以架空线的速度为基准将电缆长度进行折算，波速度归一化后行波的传输速度为在架空线内的速度，通过计算公式得到故障点位置，然后将线路折算回原来的实际线路，从而得到故障测距的结果。但是过渡电阻会影响线路初始行波能量大小，若线路过渡电阻较大或衰减严重，对于测距装置灵敏度的要求提高，从而影响整体经济性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种配电线路双端行波故障定位方法，本方法计算简单，判断故障点位置更准确。

本发明采用的技术方案是：提供一种混合配电线路双端行波故障定位方法，该混合配电线路包括电缆、与所述电缆上的第二连接点相连的架空线、与所述架空线上的第一连接点连接的第一架空线支路以及与所述电缆上的第三连接点连接的第一电缆支路，该方法包括以下步骤，

S1设定整点值，分别计算行波由所述架空线的端点、第一连接点、第二连接点、第三连接点、所述电缆的端点传输至所述架空线的端点和所述电缆的端点的时间差值，记为第一差值、第二差值、第三差值、第四差值、第五差值；

S2构造时间轴，将第一差值、第二差值、第三差值、第四差值、第五差值在数轴上标记，形成时间差值区间；

S3判断故障区间，测量实际故障行波传输至所述架空线的端点和所述电缆的端点的时间差值，记为第六差值，

当第一差值≤第六差值<第二差值，则故障发生在所述架空线的端点至第一连接点之间的区段上；

当第六差值＝第二差值，则故障发生在第一连接点或架空线支路上；

当第二差值<第六差值≤第三差值，则故障发生在第一连接点至第二连接点之间的区段上；

当第三差值<第六差值<第四差值，则故障发生在第二连接点至第三连接点之间的区段上；

当第六差值＝第四差值，则故障发生在在第三连接点或电缆支路上；

当第四差值<第六差值≤第五差值，则故障发生在第三连接点至所述电缆的端点之间的区段上。

在本发明所述的混合配电线路双端行波故障定位方法中，还包括步骤：

S4故障点测距，测量所述架空线的端点至第一连接点、第一连接点至第二连接点、第二连接点至第三连接点、第三连接点至所述电缆的端点之间的距离，分别记为第一距离、第二距离、第三距离、第四距离，

当故障发生在所述架空线的端点至第一连接点之间区段上时，故障点到所述架空线的端点的距离为：

当故障发生在第一连接点至第二连接点之间的区段上时，故障点到所述架空线的端点的距离为：

当故障发生在第二连接点至第三连接点之间的区段上时，故障点到所述架空线的端点的距离为：

当故障发生在第三连接点至所述电缆的端点之间的区段上时，故障点到所述架空线的端点的距离为：

在本发明所述的混合配电线路双端行波故障定位方法中，该混合配电线路还包括与所述架空线上的第四连接点连接的第二架空线支路，所述第四连接点位于第一连接点和第二连接点之间，该方法还包括：

计算行波由所述第四连接点传输至所述架空线的端点和所述电缆的端点的时间差值，记为第七差值；将第七差值与第一差值、第二差值、第三差值、第四差值、第五差值一同在数轴上标记；

当第二差值<第六差值<第七差值，则故障发生在第一连接点至第四连接点之间的区段上；

第六差值＝第七差值，则故障发生在在第四连接点或第二架空线支路上；

当第七差值<第六差值<第三差值，则故障发生在第四连接点至第二连接点之间的区段上。

在本发明所述的混合配电线路双端行波故障定位方法中，还包括步骤：

测量第一连接点至第四连接点、第四连接点至第二连接点之间的距离，分别记为第五距离、第六距离，

当故障发生在第一连接点至第四连接点之间的区段上时，故障点到所述架空线的端点的距离为：

当故障发生在第四连接点至第二连接点之间的区段上时，故障点到所述架空线的端点的距离为：

在本发明所述的混合配电线路双端行波故障定位方法中，该混合配电线路还包括与所述电缆上的第五连接点连接的第二电缆支路，所述第五连接点位于第二连接点和第三连接点之间，该方法还包括：

计算行波由所述第五连接点传输至所述架空线的端点和所述电缆的端点的时间差值，记为第八差值；将第八差值与第一差值、第二差值、第三差值、第四差值、第五差值一同在数轴上标记；

当第三差值<第六差值<第八差值，则故障发生在第二连接点至第五连接点之间的区段上；

第六差值＝第八差值，则故障发生在在第五连接点或第二电缆支路上；

当第八差值<第六差值<第四差值，则故障发生在第五连接点至第三连接点之间的区段上。

在本发明所述的混合配电线路双端行波故障定位方法中，还包括步骤：

测量第二连接点至第五连接点、第五连接点至第三连接点之间的距离，分别记为第七距离、第八距离，

当故障发生在第二连接点至第五连接点之间的区段上时，故障点到所述架空线的端点的距离为：

当故障发生在第四连接点至第二连接点之间的区段上时，故障点到所述架空线的端点的距离为：

本发明针对含有支路的电缆-架空线混合配电线路提出了基于时间变量的双端行波故障测距方法，当故障发生时，本故障只需取得初始故障行波由故障点传输至线路两端的时刻，由此得到两端的时间差Δt，根据由线路的端点与连接点整定值构造的时间轴判断故障发生的线路具体区段，从而由公式得到故障点与端点距离；方法计算简单，判断故障点位置更准确。

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为本发明实施例一的混合线路结构示意图；

图2为本发明实施例一的时间轴示意图；

图3A为本发明实施例一中架空线PA段故障时的结构示意图；

图3B为本发明实施例一中架空线PA段故障时的故障行波传播示意图；

图4A为本发明实施例一中架空线AB段故障时的结构示意图；

图4B为本发明实施例一中架空线AB段故障时的故障行波传播示意图；

图5A为本发明实施例一中架空线BO段故障时的结构示意图；

图5B为本发明实施例一中架空线BO段故障时的故障行波传播示意图；

图6A为本发明实施例一中电缆OC段故障时的结构示意图；

图6B为本发明实施例一中电缆OC段故障时的故障行波传播示意图；

图7A为本发明实施例一中电缆CD段故障时的结构示意图；

图7B为本发明实施例一中电缆CD段故障时的故障行波传播示意图；

图8A为本发明实施例一中电缆DQ段故障时的结构示意图；

图8B为本发明实施例一中电缆DQ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。

实施例一

对于含有架空线和电缆的混合配电线路，本发明实施例一提供一种混合配电线路双端行波故障定位方法，该混合配电线路包括电缆、架空线、与架空线连接的架空线支路以及与电缆连接的电缆支路，具体的，本实施例包括以下步骤：

S1设定整定值

如图1所示，点P与点Q表示混合线路的两个端点，O点代表电缆与架空线的连接点，A点与B点表示架空线与其所接支路的连接点，AE、BG为架空线的第一架空线支路和第二架空线支路，C点与D点代表电缆与其所接电缆支路的连接点，CM、DN为电缆的第二电缆支路和第一电缆支路。架空线PA段、AB段与BO段的长度分别用L₁、L₂与L₃表示，电缆OC段、CD段与DQ段的长度分别用L₄，L₅与L₆表示。行波在架空线的PA段、AB段、BO段与在电缆的OC段、CD段、DQ段的传输时间分别为t₁、t₂、t₃、t₄、t₅、t₆，行波在架空线中传输的速度为v_o，在电缆中传输速度为v_c。

将行波从线缆混合线路某点传输至架空线的端点和电缆的端点的时间差记为Δt，即Δt＝t_P-t_Q，由P点、A点、B点、O点、C点、D点、Q点，分别计算行波由各点传输至线路两端的时间差值，计算公式(1)～(7)如下：

Δt₁＝-(t₁+t₂+t₃+t₄+t₅+t₆) (1)

Δt₂＝t₁-(t₂+t₃+t₄+t₅+t₆) (2)

Δt₃＝t₁+t₂-(t₃+t₄+t₅+t₆) (3)

Δt₄＝t₁+t₂+t₃-(t₄+t₅+t₆) (4)

Δt₅＝t₁+t₂+t₃+t₄-(t₅+t₆) (5)

Δt₆＝t₁+t₂+t₃+t₄+t₅-t₆ (6)

Δt₇＝t₁+t₂+t₃+t₄+t₅+t₆ (7)

S2构造时间轴

将得到的上述时间差值构造时间轴，由于当故障发生时，故障行波由故障点传输至两端的时间差值是恒定的，因此故障发生后的时间差值肯定处于[Δt₁,Δt₇]区间内，由此判断故障发生区间，得到故障点位置。行波到达架空线的端点和电缆的端点的时刻分别为t_P1与t_Q1，则Δt＝t_P1-t_Q1。由Δt构造的时间轴如图2所示。

S3判断故障区间

故障发生时，故障行波到达架空线的端点和电缆的端点的时间差值为Δt，根据Δt的值判断故障发生点F在线路的具体区间:

当Δt₁≤Δt<Δt₂时，故障发生于架空线PA段；

当Δt＝Δt₂时，故障发生于架空线分支点A或分支线AE段；

当Δt₂<Δt<Δt₃时，故障发生于架空线AB段；

当Δt＝Δt₃时，故障发生于架空线分支点B或分支线BG段；

当Δt₃<Δt≤Δt₄时，故障发生于架空线的BO段；

当Δt₄≤Δt<Δt₅时，故障发生于电缆的OC段；

当Δt＝Δt₅时，故障发生于电缆分支点C或分支线CM段；

当Δt₅<Δt<Δt₆时，故障发生于电缆的CD段；

当Δt＝Δt₆时，故障发生于电缆分支点D或分支线DN段；

当Δt₆<Δt≤Δt₇时，故障发生于电缆的DQ段；

S4故障点测距

如图3A和3B所示，当故障发生于PA段时，故障发生点F到端点P的距离为：

当故障发生于架空线分支点A或分支线AE段时，只给出A点距离端点P的距离为：L₁；

如图4A和4B所示，当故障发生于AB段时，故障发生点F到端点P的距离为：

当故障发生于架空线分支点B或分支线BG段时，只给出B点距离端点P的距离为：L₁+L₂；

如图5A和5B所示，当故障发生于BO段时，故障发生点F到端点P的距离为：

如图6A和6B所示，当故障发生于OC段时，故障发生点F到端点P的距离为：

当故障发生于电缆分支点C或分支线CM段时，只给出C点距离端点P的距离为：L₁+L₂+L₃+L₄；

如图7A和7B所示，当故障发生于CD段时，故障发生点F到端点P的距离为：

当故障发生于电缆分支点D或分支线DN段时，只给出D点到端点P的距离为：L₁+L₂+L₃+L₄+L₅；

如图8A和8B所示，当故障发生于DQ段时，故障发生点F到端点P的距离为：

实施例二

实施例二中的架空线分段PA段长度L₁＝2km，AB段长度L₂＝3km，BO段长度L₃＝1km，电缆OC段长度L₄＝2km，CD段长度L₅＝1km，DQ段长度L₆＝2km，故障巡检半径ΔL＝500m，故障行波在电缆中的传播速度v_c＝192km/ms，故障行波在架空线中的传播速度v_O＝295km/ms，则

Δt₁＝-(t₁+t₂+t₃+t₄+t₅+t₆)＝-46.4μs，

Δt₂＝t₁-(t₂+t₃+t₄+t₅+t₆)＝-32.8μs，

Δt₃＝t₁+t₂-(t₃+t₄+t₅+t₆)＝-12.4μs，

Δt₄＝t₁+t₂+t₃-(t₄+t₅+t₆)＝-5.6μs，

Δt₅＝t₁+t₂+t₃+t₄-(t₅+t₆)＝15.2μs，

Δt₆＝t₁+t₂+t₃+t₄+t₅-t₆＝25.6μs，

Δt₇＝t₁+t₂+t₃+t₄+t₅+t₆＝46.4μs。

如图3A和3B所示，假设t＝0时刻，混合线路发生故障，故障点F位于架空线AB段，它到P端的距离为4km，测得t_P1＝14.9μs,t_Q1＝35.3μs,求得Δt＝t_P1-t_Q1＝-20.4μs，因为Δt₂<Δt<Δt₃，所以故障点F位于架空线AB段，将Δt带入公式(9)得L_PF＝3.8km，测距误差为200m。

假设t＝0时刻，在混合线路的架空线支路AE发生故障，A点到P端的距离为L₁＝2km，测得t_P1＝7.6μs,t_Q1＝42.4μs,求得Δt＝t_P1-t_Q1＝-34.8μs，因为Δt≈Δt₂，故给出故障测距结果为A点到P端的距离。

如图6A和6B所示，假设t＝0时刻，混合线路发生故障，故障点F位于电缆OC段，它到P端的距离为7km，测得t_P1＝27.8μs,t_Q1＝22.1μs,求得Δt＝t_P1-t_Q1＝5.7μs，因为Δt₄<Δt<Δt₅，所以故障点F位于电缆OC段，将Δt带入公式(11)得L_PF＝7.1km，测距误差为100m。

假设t＝0时刻，在混合线路的电缆支路DN发生故障，D点到P端的距离为9km，测得t_P1＝38.3μs,t_Q1＝11.4μs,求得Δt＝t_P1-t_Q1＝26.9μs，因为Δt≈Δt₆，故给出故障测距结果为D点到P端的距离。

综上，本发明是一种针对含有支路的电缆-架空线混合配电线路提出了基于时间变量的双端行波故障测距方法，当故障发生时，本故障只需取得初始故障行波由故障点传输至线路两端的时刻，由此得到两端的时间差Δt，根据由线路的端点与连接点整定值构造的时间轴判断故障发生的线路具体区段，从而由公式得到故障点与端点距离；方法计算简单，判断故障点位置更准确。

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 (6)

1.一种混合配电线路双端行波故障定位方法，其特征在于，该混合配电线路包括电缆、与所述电缆上的第二连接点相连的架空线、与所述架空线上的第一连接点连接的第一架空线支路以及与所述电缆上的第三连接点连接的第一电缆支路，该方法包括以下步骤，

S1设定整点值，分别计算行波由所述架空线的端点、第一连接点、第二连接点、第三连接点、所述电缆的端点传输至所述架空线的端点和所述电缆的端点的时间差值，记为第一差值、第二差值、第三差值、第四差值、第五差值；

S2构造时间轴，将第一差值、第二差值、第三差值、第四差值、第五差值在数轴上标记，形成时间差值区间；

S3判断故障区间，测量实际故障行波传输至所述架空线的端点和所述电缆的端点的时间差值，记为第六差值，

当第一差值≤第六差值<第二差值，则故障发生在所述架空线的端点至第一连接点之间的区段上；

当第六差值＝第二差值，则故障发生在第一连接点或架空线支路上；

当第二差值<第六差值≤第三差值，则故障发生在第一连接点至第二连接点之间的区段上；

当第三差值<第六差值<第四差值，则故障发生在第二连接点至第三连接点之间的区段上；

当第六差值＝第四差值，则故障发生在在第三连接点或电缆支路上；

当第四差值<第六差值≤第五差值，则故障发生在第三连接点至所述电缆的端点之间的区段上。

2.如权利要求1所述的混合配电线路双端行波故障定位方法，其特征在于，还包括步骤：

S4故障点测距，测量所述架空线的端点至第一连接点、第一连接点至第二连接点、第二连接点至第三连接点、第三连接点至所述电缆的端点之间的距离，分别记为第一距离、第二距离、第三距离、第四距离，

当故障发生在所述架空线的端点至第一连接点之间区段上时，故障点到所述架空线的端点的距离为：

当故障发生在第一连接点至第二连接点之间的区段上时，故障点到所述架空线的端点的距离为：

当故障发生在第二连接点至第三连接点之间的区段上时，故障点到所述架空线的端点的距离为：

当故障发生在第三连接点至所述电缆的端点之间的区段上时，故障点到所述架空线的端点的距离为：

3.如权利要求2所述的混合配电线路双端行波故障定位方法，其特征在于，该混合配电线路还包括与所述架空线上的第四连接点连接的第二架空线支路，所述第四连接点位于第一连接点和第二连接点之间，该方法还包括：

计算行波由所述第四连接点传输至所述架空线的端点和所述电缆的端点的时间差值，记为第七差值；将第七差值与第一差值、第二差值、第三差值、第四差值、第五差值一同在数轴上标记；

当第二差值<第六差值<第七差值，则故障发生在第一连接点至第四连接点之间的区段上；

第六差值＝第七差值，则故障发生在在第四连接点或第二架空线支路上；

当第七差值<第六差值<第三差值，则故障发生在第四连接点至第二连接点之间的区段上。

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

测量第一连接点至第四连接点、第四连接点至第二连接点之间的距离，分别记为第五距离、第六距离，

当故障发生在第一连接点至第四连接点之间的区段上时，故障点到所述架空线的端点的距离为：

当故障发生在第四连接点至第二连接点之间的区段上时，故障点到所述架空线的端点的距离为：

5.如权利要求2所述的混合配电线路双端行波故障定位方法，其特征在于，该混合配电线路还包括与所述电缆上的第五连接点连接的第二电缆支路，所述第五连接点位于第二连接点和第三连接点之间，该方法还包括：

计算行波由所述第五连接点传输至所述架空线的端点和所述电缆的端点的时间差值，记为第八差值；将第八差值与第一差值、第二差值、第三差值、第四差值、第五差值一同在数轴上标记；

当第三差值<第六差值<第八差值，则故障发生在第二连接点至第五连接点之间的区段上；

第六差值＝第八差值，则故障发生在在第五连接点或第二电缆支路上；

当第八差值<第六差值<第四差值，则故障发生在第五连接点至第三连接点之间的区段上。

6.如权利要求5所述的配电线路双端行波故障定位方法，其特征在于，

还包括步骤：

测量第二连接点至第五连接点、第五连接点至第三连接点之间的距离，分别记为第七距离、第八距离，

当故障发生在第二连接点至第五连接点之间的区段上时，故障点到所述架空线的端点的距离为：

当故障发生在第四连接点至第二连接点之间的区段上时，故障点到所述架空线的端点的距离为：