CN114089102B - 故障区段判别与测距一体化的高压混合线路故障测距方法 - Google Patents

Abstract

一种故障区段判别与测距一体化的高压混合线路故障测距方法，提取所述第一架空线路的首端、第二架空线路的末端的电压、电流的基波向量，然后利用对称分量法求出第一架空线路的首端、第二架空线路的末端的正序分量，根据第一架空线路的首端、第二架空线路的末端的正序分量分别推算出所述电缆线路两端的正序电压、电流，然后依据构造的所述第一架空线路或电缆线路或第二架空线路的故障距离计算公式，求取所述第一架空线路、电缆线路、第二架空线路上的故障距离，以根据所述第一架空线路、电缆线路、第二架空线路上的故障距离特征一步法判断发生故障的区域及故障点距混合线路首端的距离，程序简单、计算量小、测距精度高。

Description

故障区段判别与测距一体化的高压混合线路故障测距方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，特别涉及一种故障区段判别与测距一体化的高压混合线路故障测距方法。

背景技术

随着电力事业的发展，架空和电缆混合输电线路在高压输配电工程中应用越来越广泛，架空线和电缆混合输电线路不仅节省土地资源，美化城市环境，而且对于跨越大水道、海峡时可以避免架空线路对船舶通航或无线电的干扰。随着混合输电线路在电力系统中占得比例越来越重，当其故障后，迅速准确地故障测距不仅对及时修复线路和保证可靠供电，而且对电力系统的安全稳定和经济运行都有十分重要的作用。

目前针对混合输电线故障测距算法主要分为行波法和故障分析法，行波法具有速度快、基本不受过渡电阻影响等优点，但存在波头识别等问题；对于故障分析法，如授权公告号CN107229001B的中国发明公开了一种基于故障区域快速识别的混合线路故障定位方法，首先由混合线路系统两端的正序电气分量构造故障区域识别函数，根据故障区域识别函数在线路连接点的相位特征判断故障区域，最后利用故障距离解析表达式在故障线路段上计算故障距离。该现有技术首先判别故障发生在架空线路上还是电缆线路上，之后进行故障测距，以通过两步法来进行故障测距，导致测距的步骤繁琐、计算量大。

发明内容

有鉴于此，针对上述不足，有必要提供一种故障区段判别与测距一体化的高压混合线路故障测距方法以解决对于混合线路现有技术通过两步法来进行故障测距，导致测距的步骤繁琐、计算量大的问题。

一种故障区段判别与测距一体化的高压混合线路故障测距方法，包括：第一架空线路、电缆线路、第二架空线路，所述第一架空线路、电缆线路、第二架空线路依次连接，提取所述第一架空线路的首端、第二架空线路的末端的电压、电流的基波向量，然后利用对称分量法求出第一架空线路的首端、第二架空线路的末端的正序分量，根据第一架空线路的首端、第二架空线路的末端的正序分量分别推算出所述电缆线路两端的正序电压、电流，然后依据构造的所述第一架空线路或电缆线路或第二架空线路的故障距离计算公式，求取所述第一架空线路、电缆线路、第二架空线路上的故障距离，以根据所述第一架空线路、电缆线路、第二架空线路上的故障距离特征一步法判断发生故障的区域及故障点距混合线路首端的距离。

优选地：具体步骤如下：

S1：提取所述第一架空线路的首端、第二架空线路的末端的电压、电流的基波向量，然后利用对称分量法求出第一架空线路的首端M端、第二架空线路的末端N端的正序分量，M端的正序电压和正序电流分别为N端的正序电压和正序电流分别为/>

S2：根据第一架空线路的首端、第二架空线路的末端的正序分量分别推算出所述电缆线路两端的正序电压、电流，具体的，以M端的正序电压和正序电流/>为已知条件推算靠近M端的电缆线路连接点P的正序电压/>和正序电流/>以N端的正序电压/>和正序电流/>为已知条件推算靠近N端的电缆线路连接点T的正序电压/>和正序电流/>计算式如下：

其中：r_l为架空线的正序传播系数，Z_l为架空线的正序波阻抗，l_mp、l_tn分别为首端架空线MP、末端架空线TN的线路长度；

S3：以S2中求出的电缆线路P节点的电气量和/>推算电缆线路T节点的正序电压/>和正序电流/>以S2中求出的电缆线路T节点的电气量/>和/>推算电缆线路P节点的正序电压/>和正序电流/>计算式如下：

其中：r_c为电缆线路的正序传播系数，Z_c为电缆线路的正序波阻抗，l_pt为中间电缆线PT的线路长度；

S4：以S1计算的第一架空线路的首端M端的正序电压和正序电流/>第二架空线路的末端N端的正序电压/>和正序电流/>及S2和S3中求得的电缆线路P、T连接点正序电压/>和正序电流/>依据构造的所述第一架空线路或电缆线路或第二架空线路的故障距离计算公式，分别求取所述第一架空线路、电缆线路、第二架空线路上的故障距离l_mpf、l_ptf、l_tnf，计算式如下：

第一架空线路上的故障距离计算公式：

电缆线路上的故障距离计算公式：

第二架空线路上的故障距离计算公式：

其中：r_l、r_c为电缆线路、架空线的正序传播系数，Z_l、Z_c为架空线、电缆线路的正序波阻抗，l_mp、l_pt、l_tn分别为首端架空线MP、中间电缆线PT、末端架空线TN的线路长度；

S5：根据S4计算的所述第一架空线路、电缆线路、第二架空线路上的故障距离，判断发生故障的区域及故障点距混合线路首端的距离，具体式子如下：

(1)0≤l_mpf≤l_mp，l_ptf＜0，l_tnf＜0；可判断故障线路为第一架空线路MP，故障距M端的距离为l_mpf；

(2)l_mp＜l_mpf，0≤l_ptf≤l_pt，l_tnf＜0；可判断故障线路为电缆线路PT，故障距M端的距离为l_mp+l_ptf；

(3)l_mp＜l_mpf，l_pt＜l_ptf，0≤l_tnf≤l_tn；可判断故障线路为第二架空线路TN，故障距M端的距离为l_mp+l_pt+l_tnf。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

当混合输电线路发生故障后，无需提前判断故障类型和故障线路，再计算故障距离，本发明仅需计算三个距离l_mpf、l_ptf、l_tnf，便可一次性判断出故障区域和求解出故障距离，程序简单、计算量小。

并且本发明的方法针对不同的故障类型及故障位置均适用，测距精度也高。

附图说明

图1为故障测距方法流程图。

图2为架空线-电缆-架空线的混合线路结构图。

图3为故障发生在首端架空线MP线路上的故障示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。

参见图1至图3，本发明实施例提供了一种故障区段判别与测距一体化的高压混合线路故障测距方法，包括第一架空线路、电缆线路、第二架空线路，所述第一架空线路、电缆线路、第二架空线路依次连接，提取所述第一架空线路的首端、第二架空线路的末端的电压、电流的基波向量，然后利用对称分量法求出第一架空线路的首端、第二架空线路的末端的正序分量，根据第一架空线路的首端、第二架空线路的末端的正序分量分别推算出所述电缆线路两端的正序电压、电流，然后依据构造的所述第一架空线路或电缆线路或第二架空线路的故障距离计算公式，求取所述第一架空线路、电缆线路、第二架空线路上的故障距离，以根据所述第一架空线路、电缆线路、第二架空线路上的故障距离特征一步法判断发生故障的区域及故障点距混合线路首端的距离。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

当混合输电线路发生故障后，无需提前判断故障类型和故障线路，再计算故障距离，本发明仅需计算三个距离l_mpf、l_ptf、l_tnf，便可一次性判断出故障区域和求解出故障距离，程序简单、计算量小。。

并且本发明的方法针对不同的故障类型及故障位置均适用，测距精度也高。

参看图1至图3，进一步的，具体步骤如下：

具体步骤如下：

S1：提取所述第一架空线路的首端、第二架空线路的末端的电压、电流的基波向量，然后利用对称分量法求出第一架空线路的首端M端、第二架空线路的末端N端的正序分量，M端的正序电压和正序电流分别为N端的正序电压和正序电流分别为/>

S2：根据第一架空线路的首端、第二架空线路的末端的正序分量分别推算出所述电缆线路两端的正序电压、电流，以M端的正序电压和正序电流/>为已知条件推算靠近M端的电缆线路连接点P的正序电压/>和正序电流/>以N端的正序电压/>和正序电流/>为已知条件推算靠近N端的电缆线路连接点T的正序电压/>和正序电流/>计算式如下：

其中：r_l为架空线的正序传播系数，Z_l为架空线的正序波阻抗，l_mp、l_tn分别为首端架空线MP、末端架空线TN的线路长度；

S3：以S2中求出的电缆线路P节点的电气量和/>推算电缆线路T节点的正序电压/>和正序电流/>以S2中求出的电缆线路T节点的电气量/>和/>推算电缆线路P节点的正序电压/>和正序电流/>计算式如下：

其中：r_c为电缆线路的正序传播系数，Z_c为电缆线路的正序波阻抗，l_pt为中间电缆线PT的线路长度；

S4：以S1计算的第一架空线路的首端M端的正序电压和正序电流/>第二架空线路的末端N端的正序电压/>和正序电流/>及S2和S3中求得的电缆线路P、T连接点正序电压/>和正序电流/>依据构造的所述第一架空线路或电缆线路或第二架空线路的故障距离计算公式，分别求取所述第一架空线路、电缆线路、第二架空线路上的故障距离l_mpf、l_ptf、l_tnf，计算式如下：

第一架空线路上的故障距离计算公式：

电缆线路上的故障距离计算公式：

第二架空线路上的故障距离计算公式：

其中：r_l、r_c为电缆线路、架空线的正序传播系数，Z_l、Z_c为架空线、电缆线路的正序波阻抗，l_mp、l_pt、l_tn分别为首端架空线MP、中间电缆线PT、末端架空线TN的线路长度；

S5：根据S4计算的所述第一架空线路、电缆线路、第二架空线路上的故障距离，判断发生故障的区域及故障点距混合线路首端的距离，具体式子如下：

(1)0≤l_mpf≤l_mp，l_ptf＜0，l_tnf＜0；可判断故障线路为第一架空线路MP，故障距M端的距离为l_mpf；

(2)l_mp＜l_mpf，0≤l_ptf≤l_pt，l_tnf＜0；可判断故障线路为电缆线路PT，故障距M端的距离为l_mp+l_ptf；

(3)l_mp＜l_mpf，l_pt＜l_ptf，0≤l_tnf≤l_tn；可判断故障线路为第二架空线路TN，故障距M端的距离为l_mp+l_pt+l_tnf。

进一步的，当故障发生在第一架空线路MP上时，分别求取l_mpf、l_ptf、l_tnf的距离。由于故障发生在MP线路上，故l_mpf、l_ptf、l_tnf最终可化简为：

l_mpf＝l_fm

其中：l_fm为故障点f距M端的距离，l_fp为故障点f距P节点的距离。

由于故障发生在MP线路上，故由上式可得出0≤l_mpf＝l_fm≤l_mp，l_ptf＜0，l_tnf＜0；所以当0≤l_mpf≤l_mp，l_ptf＜0，l_tnf＜0时，可判断故障线路为第一架空线路MP，故障距M端的距离为l_mpf。

进一步的，当故障发生在电缆线路PT上时，分别求取l_mpf、l_ptf、l_tnf的距离。由于故障发生在PT线路上，故l_mpf、l_ptf、l_tnf最终可化简为：

l_ptf＝l_fp

其中：l_ft为故障点f距T节点的距离。

由于故障发生在PT电缆线路上，故由上式可得出l_mp＜l_mpf，0≤l_ptf＝l_fp≤l_pt，l_tnf＜0；所以当l_mp＜l_mpf，0≤l_ptf≤l_pt，l_tnf＜0时，可判断故障线路为PT，故障距M端的距离为l_mp+l_ptf。

进一步的，当故障发生在第二架空线路TN时，由于第一架空线路MP与第一架空线路TN在电气结构上对称，故同理可得l_mp-l_mpf＜0，l_pt-l_ptf＜0，0≤l_tn-l_tnf≤l_tn，即l_mp＜l_mpf，l_pt＜l_ptf，0≤l_tnf≤l_tn；所以当l_mp＜l_mpf，l_pt＜l_ptf，0≤l_tnf≤l_tn时，可判断故障线路为第二架空线路TN，故障距M端的距离为l_mp+l_pt+l_tnf。

本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (2)

1.一种故障区段判别与测距一体化的高压混合线路故障测距方法，其特征在于：包括第一架空线路、电缆线路、第二架空线路，所述第一架空线路、电缆线路、第二架空线路依次连接，提取所述第一架空线路的首端M端、第二架空线路的末端N端的电压、电流的基波向量，然后利用对称分量法求出第一架空线路的首端、第二架空线路的末端的正序分量，根据第一架空线路的首端、第二架空线路的末端的正序分量分别推算出所述电缆线路两端P端、T端的正序电压、电流，然后依据构造的所述第一架空线路或电缆线路或第二架空线路的故障距离计算公式，求取所述第一架空线路、电缆线路、第二架空线路上的故障距离，以根据所述第一架空线路、电缆线路、第二架空线路上的故障距离特征一步法判断发生故障的区域及故障点距混合线路首端的距离；

第一架空线路上的故障距离计算公式：电缆线路上的故障距离计算公式：/>

第二架空线路上的故障距离计算公式：其中：r_l、r_c为电缆线路、架空线的正序传播系数，Z_l、Z_c为架空线、电缆线路的正序波阻抗，l_mp、l_pt、l_tn分别为首端架空线MP、中间电缆线PT、末端架空线TN的线路长度，/>分别为第一架空线路的首端M端的正序电压和正序电流，/>分别为第二架空线路的末端N端的正序分量的正序电压和正序电流，/>分别为电缆线路与第一架空线路连接点P的正序电压和正序电流，/>分别为电缆线路与第二架空线路连接点T的正序电压和正序电流，/> 分别为电缆线路P节点的正序电压和正序电流，/>分别为电缆线路T节点的正序电压和正序电流。

2.如权利要求1所述的故障区段判别与测距一体化的高压混合线路故障测距方法，其特征在于：具体步骤如下：

S1：提取所述第一架空线路的首端、第二架空线路的末端的电压、电流的基波向量，然后利用对称分量法求出第一架空线路的首端M端、第二架空线路的末端N端的正序分量，M端的正序电压和正序电流分别为N端的正序电压和正序电流分别为/>

S2：根据所述第一架空线路的首端、第二架空线路的末端的正序分量分别推算出所述电缆线路两端的正序电压、电流，具体的，以M端的正序电压和正序电流/>为已知条件推算靠近M端的电缆线路连接点P的正序电压/>和正序电流/>以N端的正序电压/>和正序电流/>为已知条件推算靠近N端的电缆线路连接点T的正序电压/>和正序电流/>计算式如下：

其中：r_l为架空线的正序传播系数，Z_l为架空线的正序波阻抗，l_mp、l_tn分别为首端架空线MP、末端架空线TN的线路长度；

S3：以S2中求出的电缆线路P节点的电气量和/>推算电缆线路T节点的正序电压正序电流/>以S2中求出的电缆线路T节点的电气量/>和/>推算电缆线路P节点的正序电压/>和正序电流/>计算式如下：

其中：r_c为电缆线路的正序传播系数，Z_c为电缆线路的正序波阻抗，l_pt为中间电缆线PT的线路长度；

S4：以S1计算的第一架空线路的首端M端的正序电压和正序电流/>第二架空线路的末端N端的正序电压/>和正序电流/>及S2和S3中求得的电缆线路P、T连接点正序电压和正序电流/>依据构造的所述第一架空线路或电缆线路或第二架空线路的故障距离计算公式，分别求取所述第一架空线路、电缆线路、第二架空线路上的故障距离l_mpf、l_ptf、l_tnf；

S5：根据S4计算的所述第一架空线路、电缆线路、第二架空线路上的故障距离，判断发生故障的区域及故障点距混合线路首端的距离，具体式子如下：

(1)0≤l_mpf≤l_mp，l_ptf＜0，l_tnf＜0；可判断故障线路为第一架空线路MP，故障距M端的距离为l_mpf；

(2)l_mp＜l_mpf，0≤l_ptf≤l_pt，l_tnf＜0；可判断故障线路为电缆线路PT，故障距M端的距离为l_mp+l_ptf；

(3)l_mp＜l_mpf，l_pt＜l_ptf，0≤l_tnf≤l_tn；可判断故障线路为第二架空线路TN，故障距M端的距离为l_mp+l_pt+l_tnf。