CN111896840B - 基于故障行波电压判断混合线路中故障区间的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种基于故障行波电压判断混合线路中故障区间的方法和系统，涉及电力系统技术领域，该混合线路包括一个架空侧和与该架空侧相连的一个电缆侧；所述方法包括以下步骤：持续监测架空侧的工频电压、行波电压；根据监测到的工频电压，确定所述混合线路是否发生故障；当确定所述混合线路发生故障时，根据监测到的行波电压生成故障行波电压曲线图；根据所述故障行波电压曲线图，判断所述混合线路中故障区间为架空侧或电缆侧。本申请能够基于故障行波电压的曲线特性，直观地判断架空侧和电缆侧混合线路中的故障区间。

Description

基于故障行波电压判断混合线路中故障区间的方法和系统

技术领域

本申请涉及电力系统技术领域，特别涉及一种基于故障行波电压判断混合线路中故障区间的方法和系统。

背景技术

由架空线-电缆混合构成的输电线路，其运行环境复杂多样，其中，架空侧线路多为瞬时性故障，重合闸可保障该架空侧线路再次正常运行；而电缆侧线路多为永久性故障，重合闸则会造成二次损伤。

就一个架空侧与一个电缆侧的混合线路而言，目前缺乏简单有效的故障区间定位的方法，因此采用统一退出重合闸功能，通过人工巡线的方式逐步排查并定位故障区间。该方式虽然保证了混合线路的安全性，但效率低、耗时长，也无法同时满足供电可靠性与线路安全性，严重影响输电网络的运维管理水平。

相关技术中，针对该混合线路的故障区间的定位，工频电压能够判断混合线路是否发生故障而无法进行定位，因而几乎不在故障定位中使用。对于混合线路的故障区间的定位，多使用工频电流进行监测的方式。但是需要在混合线路的首端、分界点、末端均监测工频电流，所需设备数量多，且需要波形一致，这依赖于时间同步，而在GPS失效的时候，则无法进行正常监控。

发明内容

本申请实施例提供一种基于故障行波电压判断混合线路中故障区间的方法和系统，能够基于故障行波电压的曲线特性，直观地判断架空侧和电缆侧混合线路中的故障区间。

一方面，本申请实施例提供了一种基于故障行波电压判断混合线路中故障区间的方法，所述混合线路包括一个架空侧和与该架空侧相连的一个电缆侧；所述方法包括以下步骤：

持续监测架空侧的工频电压、行波电压；

根据监测到的工频电压，确定所述混合线路是否发生故障；

当确定所述混合线路发生故障时，根据监测到的行波电压生成故障行波电压曲线图；

根据所述故障行波电压曲线图，判断所述混合线路中故障区间为架空侧或电缆侧。

在本实施例中，优选地，所述持续监测架空侧的工频电压、行波电压的具体步骤为：

预先在架空侧靠近所述混合线路的分界点的位置设置电压监测设备；

使用所述电压监测设备持续监测架空侧的工频电压、行波电压。

优选地，所述根据监测到的工频电压，判断所述混合线路是否发生故障的具体步骤为：

根据监测到的工频电压，计算该工频电压的电压变化率；

根据该电压变化率，确定该电压变化率是否超过预设的第一阈值，若是，则确定所述混合线路发生故障，否则，所述混合线路正常。

优选地，所述当确定所述混合线路发生故障时，根据监测到的行波电压生成故障行波电压曲线图的具体步骤为：

当确定所述混合线路发生故障时，提取故障时刻附近的行波电压，并生成故障行波电压曲线图。

优选地，所述根据所述故障行波电压曲线图，判断所述混合线路中故障区间为架空侧或电缆侧的具体步骤为：

根据生成的故障行波电压曲线图的特性，确定该故障行波电压曲线图中是否存在脉冲特性，若是，则发生故障区间为架空侧，否则，为电缆侧。

另一方面，本申请实施例还提供了一种基于故障行波电压判断混合线路中故障区间的系统，所述混合线路包括一个架空侧和与该架空侧相连的一个电缆侧；所述系统包括：

电压监测设备，其用于持续监测架空侧的工频电压、行波电压；

处理器，包括：

-故障判定模块，其用于根据监测到的工频电压，确定所述混合线路是否发生故障；

-故障行波电压生成模块，其用于当确定所述混合线路发生故障时，根据监测到的行波电压生成故障行波电压曲线图；

-故障区间判断模块，其用于根据所述故障行波电压曲线图，判断所述混合线路中故障区间为架空侧或电缆侧。

在本实施例中，优选地，所述电压监测设备设置在架空侧靠近所述混合线路的分界点的位置。

优选地，所述故障判定模块具体包括：

电压变化率计算单元，其用于根据监测到的工频电压，计算该工频电压的电压变化率；

故障判定单元，其用于根据所述电压变化率，确定该电压变化率是否超过预设的第一阈值，若是，则确定所述混合线路发生故障，否则，所述混合线路正常。

优选地，所述故障行波电压生成模块具体包括：

提取单元，其用于当确定所述混合线路发生故障时，提取故障时刻附近的行波电压；

生成单元，其用于根据提取的行波电压生成故障行波电压曲线图。

优选地，所述故障区间判断模块具体用于根据生成的故障行波电压曲线图的特性，确定该故障行波电压曲线图中是否存在脉冲特性，若是，则发生故障区间为架空侧，否则，为电缆侧。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种基于故障行波电压判断混合线路中故障区间的方法，其中，混合线路为一个架空侧和一个电缆侧相连的电路，在架空侧持续监测架空侧的工频电压和行波电压，利用工频电压判断混合线路发生故障，当混合线路发生故障时，根据检测到的行波电压生成故障行波电压曲线图，以从该故障行波电压曲线图中特性简单、直观、快速地确定混合线路中故障区间为架空侧或电缆侧。本申请实施例判断故障区间的方法简单直观，且不需要配设繁琐的设备。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种基于故障行波电压判断混合线路中故障区间的方法的流程图；

图2为本申请实施例中故障发生在架空侧的故障行波电压曲线图；

图3为本申请实施例中故障发生在电缆侧的故障行波电压曲线图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1所示，本申请实施例提供一种基于故障行波电压判断混合线路中故障区间的方法，所述混合线路包括一个架空侧和与该架空侧相连的一个电缆侧；所述方法包括以下步骤：

步骤S1：持续监测架空侧的工频电压、行波电压；

步骤S2：根据监测到的工频电压，确定所述混合线路是否发生故障；

步骤S3：当确定所述混合线路发生故障时，根据监测到的行波电压生成故障行波电压曲线图；

步骤S4：根据所述故障行波电压曲线图，判断所述混合线路中故障区间为架空侧或电缆侧。

在本申请实施例中，混合线路为一个架空侧和与该架空侧相连的一个电缆侧，根据在架空侧监测到的工频电压确定该混合线路是否发生故障，当确定该混合线路发生故障时，再根据行波电压生成故障行波电压曲线图来判断发生故障的区间为架空侧或是电缆侧。

当混合线路出现故障时，架空侧的行波阻抗远大于电缆侧，因此，行波在阻抗不连续的位置(混合线路的分界点，即架空侧与电缆侧的连接处)会发生折反射。若故障发生在架空侧，故障行波从架空侧至电缆侧，行波电压反射系数为负，因此，会有一个反极性的反射行波叠加到原始行波上，进而叠加形成一个脉冲电压。反之，若故障发生在电缆侧，故障行波从电缆侧到架空侧，折射系数和反射系数均为正，因此，不管在架空侧还是电缆侧均没有反极性脉冲特性。可见，根据发生故障时的故障行波电压的曲线特性，就可以简单、直观、快速地获取混合线路中的故障区间为架空侧还是电缆侧。

进一步地，所述步骤S1的具体步骤为：

步骤S101：预先在架空侧靠近所述混合线路的分界点的位置设置电压监测设备；

步骤S102：使用所述电压监测设备持续监测架空侧的工频电压、行波电压。

在本实施例中，该电压监测设备距离架空侧和电缆侧的分界点三基塔内为宜。电压监测设备距离混合线路的分界点越近，当架空侧发生故障时，其脉冲衰减越小，特征越明显。同时，在本实施例中，对于工频电压、行波电压使用一个电压监测设备在一个监测点即可获取，无需设置多处的检测点。

具体地，所述步骤S2的具体步骤为：

步骤S201：根据监测到的工频电压，计算该工频电压的电压变化率；

步骤S202：根据该电压变化率，确定该电压变化率是否超过预设的第一阈值，若是，则确定所述混合线路发生故障，否则，所述混合线路正常。

在本实施例中，所述第一阈值的优选范围为15％～25％。具体地，第一阈值为20％。电压监测设备实时监测工频电压，能够通过计算工频电压的变化率来判断该混合线路是否发生故障。

进一步地，所述步骤S3的具体步骤为：

当确定所述混合线路发生故障时，提取故障时刻附近的行波电压，并生成故障行波电压曲线图。

本实施例中，行波电压的采集是长期的，而架空侧与电缆侧在进行故障区间的判断时，仅需了解发生故障时刻前后的一小段时间内的行波电压，提取故障时刻附近的行波电压作为故障行波电压，仅输出有效的行波电压，不仅能够更直观快速地获取目标信息，还能够减少数据的运行处理，提高运算效率。

进一步地，所述步骤S4的具体步骤为：

根据生成的故障行波电压曲线图的特性，确定该故障行波电压曲线图中是否存在脉冲特性，若是，则发生故障区间为架空侧，否则，为电缆侧。

本实施例中，图2为故障发生在架空侧的故障行波电压曲线图，图3为故障发生在电缆侧的故障行波电压曲线图。从图中我们不难看出，图2中出现了一个非常明显的脉冲电压，而图3中并没有脉冲电压，因此，当架空侧与电缆侧构成的混合线路出现故障时，能够直观地根据故障行波电压曲线图来确定哪一区间出现故障。

本申请实施例具体地提供一种基于故障行波电压判断混合线路中故障区间的方法，所述混合线路为一个架空侧和与该架空侧相连的一个电缆侧，所述方法包括以下步骤：

步骤S001：预先在架空侧靠近所述混合线路的分界点的位置设置电压监测设备，转至步骤S002；

步骤S002：使用所述电压监测设备持续监测架空侧的工频电压、行波电压，转至步骤S003；

步骤S003：根据监测到的工频电压，计算该工频电压的电压变化率，转至步骤S004；

步骤S004：根据该电压变化率，确定该电压变化率是否超过预设的第一阈值，若是，则转至步骤S005，否则，转至步骤S006；

步骤S005：确定所述混合线路发生故障，转至步骤S007；

步骤S006：确定所述混合线路正常；

步骤S007：提取故障时刻附近的行波电压，并生成故障行波电压曲线图，转至步骤S008；

步骤S008：根据生成的故障行波电压曲线图的特性，确定该故障行波电压曲线图中是否存在脉冲特性，若是，则转至步骤S009；否则，转至步骤S010；

步骤S009：确定发生故障区间为架空侧；

步骤S010：确定发生故障区间为电缆侧。

在本申请实施例中，根据架空侧与电缆侧的行波电压特性，当混合线路出现故障时，由于架空侧的行波阻抗远大于电缆侧，架空侧行波阻抗约400欧，电缆侧行波阻抗约50欧，行波在阻抗不连续的位置(混合线路的分界点)会发生折反射。其中，若架空侧发生故障，故障行波从架空侧到电缆侧，行波电压折射系数为2/9，反射系数为-7/9；若电缆侧发生故障，故障行波从电缆侧到架空侧，行波电压折射系数为16/9，反射系数为7/9。

可见，若故障发生在架空侧，故障行波从架空侧至电缆侧，行波电压反射系数为负，因此，会有一个反极性的反射行波叠加到原始行波上，进而形成一个反极性脉冲。反之，若故障发生在电缆侧，故障行波从电缆侧到架空侧，折射系数和反射系数均为正，因此，不管在架空侧还是电缆侧均没有反极性脉冲特性。由此，利用架空侧和电缆侧的行波电压特性，能够简单、直观、快速地获取混合线路中的故障区间为架空侧还是电缆侧。

本申请实施例还提供一种基于故障行波电压判断混合线路中故障区间的系统，所述混合线路包括一个架空侧和与该架空侧相连的一个电缆侧；所述系统包括：

电压监测设备，其用于持续监测架空侧的工频电压、行波电压；

处理器，包括：

-故障判定模块，其用于根据监测到的工频电压，确定所述混合线路是否发生故障；

-故障行波电压生成模块，其用于当确定所述混合线路发生故障时，根据监测到的行波电压生成故障行波电压曲线图；

-故障区间判断模块，其用于根据所述故障行波电压曲线图，判断所述混合线路中故障区间为架空侧或电缆侧。

优选地，所述电压监测设备设置在架空侧靠近所述混合线路的分界点的位置。

进一步地，所述故障判定模块具体包括：

电压变化率计算单元，其用于根据监测到的工频电压，计算该工频电压的电压变化率；

故障判定单元，其用于根据所述电压变化率，确定该电压变化率是否超过预设的第一阈值，若是，则确定所述混合线路发生故障，否则，所述混合线路正常。

更进一步地，所述故障行波电压生成模块具体包括：

提取单元，其用于当确定所述混合线路发生故障时，提取故障时刻附近的行波电压；

生成单元，其用于根据提取的行波电压生成故障行波电压曲线图。

再进一步地，所述故障区间判断模块具体用于根据生成的故障行波电压曲线图的特性，确定该故障行波电压曲线图中是否存在脉冲特性，若是，则发生故障区间为架空侧，否则，为电缆侧。

本实施例中的系统的具体实施方式在上述对应的方法实施例中已经进行了详细描述，因此不再一一进行赘述。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种基于故障行波电压判断混合线路中故障区间的方法，所述混合线路包括一个架空侧和与该架空侧相连的一个电缆侧；其特征在于，所述方法包括以下步骤：

持续监测架空侧的工频电压、行波电压；

根据监测到的工频电压，确定所述混合线路是否发生故障；

当确定所述混合线路发生故障时，根据监测到的行波电压生成故障行波电压曲线图；

根据所述故障行波电压曲线图，判断所述混合线路中故障区间为架空侧或电缆侧，具体步骤为：根据生成的故障行波电压曲线图的特性，确定该故障行波电压曲线图中是否存在脉冲特性，若是，则发生故障区间为架空侧，否则，为电缆侧。

2.如权利要求1所述的基于故障行波电压判断混合线路中故障区间的方法，其特征在于，所述持续监测架空侧的工频电压、行波电压的具体步骤为：

预先在架空侧靠近所述混合线路的分界点的位置设置电压监测设备；

使用所述电压监测设备持续监测架空侧的工频电压、行波电压。

3.如权利要求1所述的基于故障行波电压判断混合线路中故障区间的方法，其特征在于，所述根据监测到的工频电压，判断所述混合线路是否发生故障的具体步骤为：

根据监测到的工频电压，计算该工频电压的电压变化率；

根据该电压变化率，确定该电压变化率是否超过预设的第一阈值，若是，则确定所述混合线路发生故障，否则，所述混合线路正常。

4.如权利要求1所述的基于故障行波电压判断混合线路中故障区间的方法，其特征在于，所述当确定所述混合线路发生故障时，根据监测到的行波电压生成故障行波电压曲线图的具体步骤为：

当确定所述混合线路发生故障时，提取故障时刻附近的行波电压，并生成故障行波电压曲线图。

5.一种基于故障行波电压判断混合线路中故障区间的系统，所述混合线路包括一个架空侧和与该架空侧相连的一个电缆侧；其特征在于，所述系统包括：

电压监测设备，其用于持续监测架空侧的工频电压、行波电压；

处理器，包括：

故障判定模块，其用于根据监测到的工频电压，确定所述混合线路是否发生故障；

故障行波电压生成模块，其用于当确定所述混合线路发生故障时，根据监测到的行波电压生成故障行波电压曲线图；

故障区间判断模块，其用于根据生成的故障行波电压曲线图的特性，确定该故障行波电压曲线图中是否存在脉冲特性，若是，则发生故障区间为架空侧，否则，为电缆侧。

6.如权利要求5所述的基于故障行波电压判断混合线路中故障区间的系统，其特征在于，所述电压监测设备设置在架空侧靠近所述混合线路的分界点的位置。

7.如权利要求5所述的基于故障行波电压判断混合线路中故障区间的系统，其特征在于，所述故障判定模块具体包括：

电压变化率计算单元，其用于根据监测到的工频电压，计算该工频电压的电压变化率；

故障判定单元，其用于根据所述电压变化率，确定该电压变化率是否超过预设的第一阈值，若是，则确定所述混合线路发生故障，否则，所述混合线路正常。

8.如权利要求5所述的基于故障行波电压判断混合线路中故障区间的系统，其特征在于，所述故障行波电压生成模块具体包括：

提取单元，其用于当确定所述混合线路发生故障时，提取故障时刻附近的行波电压；

生成单元，其用于根据提取的行波电压生成故障行波电压曲线图。

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