CN115356585A - 一种基于行波测距的混合线路故障测距方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种基于行波测距的混合线路故障测距方法及系统，当大差保护动作时，同时行波双端测距和工频双端测距；若行波双端测距结果与工频双端测距结果的误差小于等于第一设定阀值门槛，则以行波双端测距结果作为行波测距结果；否则，对行波双端测距结果进行在线修正，在线修正后的行波双端测距结果与工频双端测距结果之间的误差小于等于第二设定阀值门槛时，则以在线修正后的行波双端测距结果作为行波测距结果；在线修正后误差大于第二设定阀值门槛或采用混合线工频双端测距时，离线进行行波双端测距及行波单端测距，作为行波测距结果。本发明可以准确定位故障点所在的线路段，通过在线修正双端行波测距，解决混合线路行波测距可能不准确或失败的问题。

Description

一种基于行波测距的混合线路故障测距方法及系统

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体地，涉及一种基于行波测距的混合线路故障测距方法及系统。

背景技术

随着经济的快速发展，通过敷设电力电缆的跨江、跨海电力输送越来越多，实际工程应用中，大都采用架空线-电缆-架空线的混合输电线路，电缆故障时巡线十分复杂，若故障测距不准确，会严重影响送电工作。

由于架空线路的故障大多是瞬时性故障，而电缆的短路故障大部分属于永久性故障，开放电缆段重合闸将造成更严重事故。目前的架空线电缆混合超高压输电线路，通常在电缆两端安装电流差动保护装置，就地采集电流，判别电缆段区内故障时闭锁混合线路两端重合闸。为节约成本，在电缆两端可能不安装PT，而且可能采用全光纤电子式互感器，目前还不能用于行波测距装置。但行波测距可以利用电缆两端的线路保护动作情况判别是否为电缆段故障。

现有技术中，行波测距采样频率可以达到3.4MHz，测距精确明显高于目前通常采样频率为2.4kHz线路保护。但架空线和电缆的混合线路对行波测距有不利影响。架空线与电缆连接点处为波阻抗不连续点，导致故障行波在连接点发生复杂的折反射过程，以及能量衰减，可能导致行波测距不能有效识别到故障初始波头，出现测距不准确，甚至测距失败。此外，使用故障初期5ms内的行波计算测距，当发生经较大过渡电阻接地故障，以及初相角较小时，行波不明显，存在死区，可能导致行波不准确或测距失败。

使用稳态量的工频双端测距，在保护动作后再测距，测距时的故障时间已超过30ms，成功率很高，但测距精度明显不如行波测距。因此，可以在行波测距装置中集成行波测距和工频测距功能，对比二者的测距结果，采用在线修正以及离线修正等手段，完善行波测距功能。

因此，亟需一种有效的行波测距装置实现混合线故障测距。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于行波测距的混合线路故障测距的方法及系统。

本发明采用如下的技术方案。

本发明一方面提出了一种基于行波测距的混合线路故障测距方法，混合线路包括：第一段架空线路、第二段架空线路和电缆线路，其中混合线路的两侧分别安装行波测距装置，行波测距装置均配置行波双端测距功能、行波单端测距功能和工频双端测距功能；方法包括：

步骤1，当混合线路大差保护动作时，同时进入步骤2的行波双端测距和步骤3的工频双端测距；

步骤2，识别混合线路两侧的初始波头，对混合线路进行行波双端测距，根据故障初始行波波头达到混合线路两侧的时间差得到混合线路故障测距结果，并进入步骤4；

步骤3，仅电缆线路小差保护动作时对电缆线路进行工频双端测距，当计算得到电缆线路故障测距结果时，则判定电缆线路上发生故障并进入步骤4，当无法计算得到电缆线路故障测距结果时，则对任一段架空线路进行工频双端测距；

当计算得到架空线路故障测距结果并且小差保护动作时则判定小差保护区间内的架空线路上发生故障并进入步骤4，当计算得到架空线路故障测距结果但小差保护未动作时则判定小差保护区间外的架空线路上发生故障并进入步骤4；当无法计算得到架空线路故障测距结果时，则对混合线路进行工频双端测距并进入步骤5；

步骤4，若步骤2得到的混合线路行波双端测距结果与步骤3得到的混合线路工频双端测距结果之间的误差小于等于第一设定阀值门槛，则以混合线路行波双端测距结果作为行波测距装置的输出；否则，对混合线路行波双端测距结果进行在线修正，若在线修正后的混合线路行波双端测距结果与步骤3得到的混合线路工频双端测距结果之间的误差小于等于第二设定阀值门槛时，则以在线修正后的混合线路行波双端测距结果作为行波测距装置的输出，否则进入步骤5；

步骤5，利用两侧行波测距装置的行波录波数据，离线进行行波双端测距及行波单端测距；以离线计算获得的混合线路故障测距结果作为行波测距装置的输出。

优选地，步骤1中，混合线路本侧行波测距装置将采集的两组不同采样频率的三相电流和电压发送到电力数据调度网，并通过电力数据调度网获取混合线路对侧行波测距装置采集的两组不同采样频率的三相电流和电压；

混合线路任一侧安装的行波测距装置经B码对时，采集得到两组不同采样频率的三相电流和电压；其中，第一组的采样频率为3.4MHz，采样值带时间戳；第二组的采样频率为4.8kHz，采样值带时间戳。

优选地，步骤2包括：

步骤2.1，利用混合线路本侧和对侧的行波录波，分别确定混合线路本侧最大的模极大值波头和对侧最大的模极大值波头；

步骤2.2，利用固定门槛G_k和设定的浮动门槛F_k，以如下关系式确定本侧和对侧的模极大值门槛：

模极大值门槛＝max(G_k，F_k)

式中，

G_k为固定门槛，

F_k为设定的浮动门槛，对于各侧的浮动门槛为各侧最大的模极大值的0.2倍；

步骤2.3，利用本侧和对侧的模极大值门槛在行波录波中查找本侧初始波头和对侧初始波头；其中，大于各侧模极大值门槛的第一个波头被识别为各侧的初始波头；

步骤2.4，利用故障初始行波波头达到混合线路两侧的时间差△t₁对混合线路进行行波双端测距，得到的混合线路故障测距结果满足如下关系式：

式中，

l₀为实际测距结果，

l_M、l_N分别为故障点距本侧、对侧的距离，

l₁、l₃分别为第一段架空线路、第二段架空线路的长度，

l₂为电缆线路的长度，

v₁、v₂分别为架空线路、电缆线路的波速度。

优选地，步骤3包括：

步骤3.1，仅电缆线路小差保护动作时进入步骤3.2；否则，电缆线路小差保护未动作时进入步骤3.3；

步骤3.2，对电缆线路进行工频双端测距，当计算得到电缆线路故障测距结果时，则判定电缆线路上发生故障并进入步骤4，当无法计算得到电缆线路故障测距结果时，则对架空线路进行工频双端测距，即进入步骤3.3；

步骤3.3，对任一段架空线路进行工频双端测距，当计算得到架空线路故障测距结果并且小差保护动作时则判定小差保护区间内的架空线路上发生故障并进入步骤4，当计算得到架空线路故障测距结果但小差保护未动作时则判定小差保护区间外的架空线路上发生故障并进入步骤4；当无法计算得到架空线路故障测距结果时，则对混合线路进行工频双端测距。

优选地，步骤3.2包括：

步骤3.2.1，利用混合线路本侧和对侧同一时刻的正序电流和电压、零序电流和电压，计算得到电缆线路两侧的工频正序电压和电流，零序电压和电流；

步骤3.2.2，根据混合线路大差保护动作信号判断故障类型；其中，当混合线路大差保护动作信号为跳A相或跳B相或跳C相中的单相动作信号时，则判定为单相接地故障；当混合线路大差保护动作信号为跳A相或跳B相或跳C相中的两相或三相动作信号，或混合线路大差保护动作信号为跳三相动作信号时，则判定为相间故障或三相故障；

步骤3.2.3，单相接地故障下，判断电缆线路两侧的零序电压是否均小于设定电压阀值，其中设定电压阀值为3V；若是则使用电缆线路的零序电压和电流进行工频双端测距；若否则使用电缆线路的正序电压和电流进行工频双端测距；相间故障或三相故障下，均使用电缆线路的正序电压和电流进行工频双端测距；

步骤3.2.4，当工频双端测距有解，即计算得到电缆线路本侧至故障点距离和电缆线路对侧至故障点距离，并且电缆线路本侧至故障点距离和电缆线路对侧至故障点距离均不超过1.05倍的电缆线路长度，则判定电缆线路上发生故障，进入步骤4；若工频双端测距无解或任一侧的测距结果超过1.05倍的电缆线路长度，则进入步骤3.3。

优选地，步骤3.3包括：

步骤3.3.1，利用混合线路本侧和对侧同一时刻的正序电流和电压、零序电流和电压，计算得到任一段架空线路两侧的工频正序电压和电流，零序电压和电流；

步骤3.3.2，根据混合线路大差保护动作信号判断故障类型；其中，当混合线路大差保护动作信号为跳A相或跳B相或跳C相中的单相动作信号时，则判定为单相接地故障；当混合线路大差保护动作信号为跳A相或跳B相或跳C相中的两相或三相动作信号，或混合线路大差保护动作信号为跳三相动作信号时，则判定为相间故障或三相故障；

步骤3.3.3，单相接地故障下，判断任一段架空线路两侧的零序电压是否均小于设定电压阀值，其中设定电压阀值为3V；若是则使用任一段架空线路的零序电压和电流进行工频双端测距；若否则使用任一段架空线路的正序电压和电流进行工频双端测距；相间故障或三相故障下，均使用任一段架空线路的正序电压和电流进行工频双端测距；

步骤3.3.4，当工频双端测距有解，即计算得到任一段架空线路本侧至故障点距离和任一段架空线路对侧至故障点距离，并且任一段架空线路本侧至故障点距离和任一段架空线路对侧至故障点距离均不超过1.05倍的任一段架空线路长度，此时若小差保护动作，则判定小差保护区间内的架空线路上发生故障并进入步骤4，若此时小差保护未动作，则判定小差保护区间外的架空线路上发生故障并进入步骤4；若工频双端测距无解或任一侧的测距结果超过1.05倍的任一段架空线路长度，则对混合线路进行工频双端测距并进入步骤5。

优选地，步骤4包括：

步骤4.1，对于步骤3得到的电缆线路故障测距结果、架空线路故障测距结果进行调整，其中，电缆线路故障测距结果包括电缆线路本侧至故障点距离l₂₁和电缆线路对侧至故障点距离l₂₂，第一段架空线路故障测距结果包括第一段架空线路本侧至故障点距离l₁₁和第一段架空线路对侧至故障点距离l₁₂，第二段架空线路故障测距结果包括第二段架空线路本侧至故障点距离l₃₁和第二段架空线路对侧至故障点距离l₃₂；具体为：

步骤4.1.1，若l₁₁和/或l₁₂超过l₁时，则max(l₁₁，l₁₂)取l₁；若l₁₁＞l₁₂且l₁₁＞0.6l₁时，则l₁₂＝l₁-l₁₁；若l₁₂＞l₁₁且l₁₂＞0.6l₁时，则l₁₁＝l₁-l₁₂。其中，l₁为第一段架空线路长度；

步骤4.1.2，若l₂₁和/或l₂₂超过l₂时，则max(l₂₁，l₂₂)取l₂；若l₂₁＞l₂₂且l₂₁＞0.6l₂时，则l₂₂＝l₂-l₂₁；若l₂₂＞l₂₁且l₂₂＞0.6l₂时，则l₂₁＝l₂-l₂₂。其中，l₂为电缆线路长度；

步骤4.1.3，若l₃₁和/或l₃₂超过l₃时，则max(l₃₁，l₃₂)取l₃；若l₃₁＞l₃₂且l₃₁＞0.6l₃时，则l₃₂＝l₃-l₃₁；若l₃₂＞l₃₁且l₃₂＞0.6l₃时，则l₃₁＝l₃-l₃₂。其中，l₃为第二段架空线路长度；

步骤4.2，以混合线路的本侧最大模极大值的波头与对侧最大模极大值的波头中的最大波头所在侧的初始波头，作为固定波头；

步骤4.3，若步骤2得到的混合线路行波双端测距结果与步骤3得到的混合线路工频双端测距结果之间的误差小于第一设定阀值门槛，则以混合线路故障测距结果作为行波测距装置的输出；其中，步骤3得到的混合线路工频双端测距结果包括：电缆线路故障测距结果，架空线路故障测距结果；

若步骤2得到的混合线路行波双端测距结果与步骤3得到的混合线路工频双端测距结果之间的误差大于等于第一设定阀值门槛，其中第一设定阀值门槛大于等于-5％且小于等于5％，按固定波头所在侧的混合线路工频双端测距结果，在线修正混合线路行波双端测距结果；

步骤4.4，在线修正后的混合线路行波双端测距结果与步骤3得到的混合线路工频双端测距结果之间的误差小于等于第二设定阀值门槛，其中第二设定阀值门槛大于等于-10％且小于等于10％，则以在线修正后的混合线路行波双端测距结果作为行波测距装置的输出，否则进入步骤5。

优选地，步骤4.3包括：

步骤4.3.1，将固定波头所在侧的混合线路工频双端测距结果按照行波速度换算为行波时间△t₂；其中，混合线路工频双端测距结果包括：电缆线路故障测距结果，架空线路故障测距结果；

步骤4.3.2，从另一侧的行波录波中查找与△t₂时刻前后的最近波头；

步骤4.3.3，以最近波头与固定波头的时间间隔△t₃，在线修正混合线路行波双端测距结果。

优选地，步骤5包括：

步骤5.1，通过行波录波分析软件打开两侧的行波录波文件；

步骤5.2，将步骤3得到的测距结果按照行波速度换算为测距行波时间，行波录波分析软件选择双端离线测距时，查找两侧录波之间的时间间隔最接近测距行波时间的两个波头，并将这两个波头的间隔时间换算为本侧及对侧的行波双端离线测距结果；行波录波分析软件选择单端离线测距时，查找本侧和对侧录波中的时间间隔最接近测距行波时间的两个波头，并将这两个波头的间隔时间换算为本侧和对侧行波单端离线测距结果；

步骤5.3，在线修正后的行波测距结果误差大于第二设定阀值门槛或采用混合线工频双端测距时，分析行波波头时间间隔，计算出1组或几组离线双端和单端测距结果。

本发明另一方面还提出了一种基于行波测距的混合线路故障测距系统，包括采集及处理单元，信号接收单元，行波双端测距单元，行波单端测距单元，工频双端测距单元。

采集及处理单元，用于实时采集行波测距装置安装处的三相电流和电压，采样频率为3.4MHz，采样值带时间戳，以及存储录波数据，形成行波录波文件，其中录波数据包括故障前5ms录波数据和故障后10ms的录波数据，为行波双端测距单元和行波单端测距单元提供采样频率为3.4MHz的三相电流和电压；

采集及处理单元，还用于实时采集行波测距装置安装处的三相电流和电压，采样频率为4.8kHz，采样值带时间戳，以及存储录波数据，形成工频录波文件，其中录波数据包括行波测距装置启动时以及收到保护动作信号时的前60ms和后100ms的录波数据，为本侧和对侧的工频双端测距单元提供采样频率为4.8kHz的三相电流和电压；

采集及处理单元将采集的本侧的三相电流和电压发送到电力数据调度网，并通过电力数据调度网获取对侧的三相电流和电压；

信号接收单元，用于实时接收混合线路大差保护动作信号和电缆线路小差保护动作信号；

工频双端测距单元，用于接收采集及处理单元提供的电流和电压，在信号接收单元接收到混合线路大差保护动作信号后开始测距，根据信号接收单元是否收到电缆线路小差保护动作信号情况，按电缆线路、架空线路分别进行测距，根据信号接收单元接收到的混合线路大差保护动作信号确定故障类型，在单相接地故障且零序电压小于设定电压阀值时采用零序分量测距，其余故障情况下均采用正序分量测距；工频双端测距单元输出电缆线路故障测距结果和架空线路故障测距结果；当基于分布参数进行工频双端测距没有测距结果时，采用集中参数进行工频双端测距，计算混合线路故障测距结果；

行波双端测距单元，用于接收采集及处理单元提供的电流和电压，在信号接收单元接收到混合线路大差保护动作信号后开始测距，若计算得到的混合线路行波双端测距结果与工频双端测距单元输出的混合线路工频双端测距结果之间的误差大于第一设定阀值门槛时，在线修正混合线路行波双端测距结果，若在线修正后的混合线路行波双端测距结果与工频双端测距单元输出的混合线路工频双端测距结果之间的误差大于第二设定阀值门槛时，或采用集中参数进行工频双端测距时，通过行波录波分析软件离线修正行波双端测距；

行波单端测距单元，用于在线修正后的行波测距结果误差大于第二设定阀值门槛或采用混合线工频双端测距时的离线计算。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，

(1)若行波双端测距与工频双端测距的误差超过设定阀值门槛时，在线修正行波双端测距，解决了混合线行波测距不准确的问题。

(2)工频双端测距在经较大过渡电阻单相接地故障，测距线路段的两侧零序电压均小于设定电压阀值时，采用零序分量测距，提高了测距精度。

(3)行波测距与工频双端测距相结合，能够解决行波死区问题，任何故障均能给出准确测距结果。

附图说明

图1为本发明实施例中典型的均匀线路行波双端测距原理示意图；

图2为本发明实施例中典型的均匀线路行波单端测距原理示意图；

图3为本发明实施例中基于行波测距的混合线路故障测距方法及系统的线路示意图；

图3中附图标记说明如下：

MN-混合线路；MD-第一段架空线路；DL-电缆线路；LN-第二段架空线路；D、L-架空线路和电缆线路的连接点；

l-混合线路MN全长；l₁-第一段架空线路长度；l₂-电缆线路长度；l₃-第二段架空线路长度；

CT1-混合线路M侧安装的第一电流互感器；CT2-混合线路N侧安装的第二电流互感器；CT3-架空线和电缆的连接点D处附近安装的第三电流互感器；CT4-架空线和电缆的连接点L处附近安装的第四电流互感器；

PT1-混合线路M侧安装的第一电压互感器；PT2-混合线路N侧安装的第二电压互感器；

F1-第一段架空线路上第一电流互感器与第三电流互感器之间发生区内短路故障；

F2-第一段架空线路上第三电流互感器与连接点D之间发生区内短路故障；

F3-电缆线路上发生区内短路故障；

F4-第二段架空线路上连接点L与第四电流互感器之间发生区内短路故障；

F5-第二段架空线路上第四电流互感器与第二电流互感器之间发生区内短路故障；

U_M、I_M-混合线路M侧保护安装处的电压、电流；U_N、I_N-混合线路N侧保护安装处的电压、电流；

U_D-连接点D处的电压；U_L-连接点L处的电压；

I′_D-第一段架空线路的D侧电流；I_D-电缆线路的D侧电流；I′_L-第二段架空线路的L侧电流；I_L-电缆线路的L侧电流；

各电流的参考方向如图3中所示，其中，I_D与I′_D幅值相等方向相反，I_L与I′_L幅值相等方向相反；

图4为本发明提出的基于行波测距的混合线路故障测距方法步骤流程示意图；

图5为本发明实施例中通过初始波头进行行波双端测距的示意图；

图6为本发明实施例中行波双端测距进行在线修正的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

行波测距装置的原理是，故障电流中含有丰富的高频分量，因此通过电流量进行测距。将电流原始波形滤除工频分量，根据小波变换的模极大值大小与极性检测信号突变时刻，并判断行波的特性，提取行波波头。波头的峰值即为模极大值。

行波双端测距是利用故障行波到达线路两端的时刻和行波速度的关系来计算故障距离。

行波单端测距是利用线路内部故障产生的故障初始行波与检测到的反射波到达的时间之差来计算故障点到测量点之间的距离。

工频双端测距是根据故障点两侧电压的幅值相等及相位相同的特征，计算出线路两侧至故障点的距离，使用分布参数的长线方程测距或集中参数的故障量测距。

用于混合线路的行波测距装置，需要的输入参数包括但不限于：架空线和电缆的波速度、线路全长以及架空线和电缆的各段线路长度、架空线和电缆的线路正序波阻抗和零序波阻抗、架空线和电缆的线路正序传播系数和零序传播系数、架空线的零序电流补偿系数、架空线每公里的二次正序阻抗值。

均匀线路是一条线路的导线材料、导线直径等都完全一致，之间没有分支，可见混合线路不是均匀线路。

行波录波分析软件可以用来离线分析计算行波测距。同时打开两侧的行波录波数据，可以显示出按时间顺序排列的波头情况，两侧录波按相同时间自动对齐。选择双端离线测距时，可以在两侧录波图中同时显示出时间间隔为△t的两条标尺；选择本侧单端离线测距时，可以在本侧录波图中显示出时间间隔为△t的两条标尺；选择对侧单端离线测距时，可以在对侧录波图中显示出时间间隔为△t的两条标尺。△t的间隔时间可以调整。

图1为典型的均匀线路行波双端测距原理示意图，图中，l为线路MN全长，l_MF、l_NF分别为故障点F距M侧、N侧的距离，波速度为v，T_M、T_N分别为故障初始行波波头达到M侧、N侧的时刻。典型的行波双端测距满足如下关系式：

△t₁＝T_M-T_N，为故障初始行波波头达到M侧和N侧的相对时刻。当T_M＞T_N时，△t₁数值为正，表示N侧初始行波先到达；当T_M＜T_N时，△t₁数值为负，表示M侧初始行波先到达。

图2为典型的均匀线路行波单端测距原理示意图，图中，l为线路MN全长，l_MF为故障点F距M侧的距离，波速度为v，T_M1为故障初始行波波头达到M侧的时刻，T_M2为故障初始行波经本端母线反射后再经故障点反射波头达到M侧的时刻，典型的行波单端测距满足如下关系式：

长线方程用于均匀线路，通过该线路的实际参数，由一侧的电压电流，可以得到另一侧的电压电流。

行波测距装置满足以下任一条件时装置启动：

1)电流变化量大于启动定值；2)零序电流大于启动定值；3)收到保护动作信号；4)任一相电流中的高频分量大于定值；5)远方召唤启动。

行波双端测距在行波测距装置启动时，存储行波测距装置启动时刻前5ms和后10ms的录波数据，在收到保护动作信号后识别两侧行波波头。工频双端测距在收到保护动作信号后开始执行测距功能，存储行波测距装置启动时刻、收到保护动作信号时刻前60ms和后100ms的录波数据。

图3为基于行波测距的混合线路故障测距的方法及系统的线路示意图。如图3，混合线路MN的M侧和N侧分别配置行波测距装置，采集保护安装处的三相CT(CurrentTransformer电流互感器)电流和三相PT(Potential Transformer，电压互感器)电压，即采集CT1、PT1和CT2、PT2的电流电压，本侧行波测距装置采集的三相电流电压通过电力数据调度网传到对侧，并从电力数据调度网接收对侧行波测距装置采集的三相电流电压。

本发明提出了一种基于行波测距的混合线路故障测距方法，如图4所示，混合线路包括：第一段架空线路、第二段架空线路和电缆线路，其中混合线路的两侧分别安装行波测距装置，行波测距装置均配置行波双端测距功能、行波单端测距功能和工频双端测距功能；方法包括步骤1至5。

步骤1，当混合线路大差保护动作时，同时进入步骤2的行波双端测距和步骤3的工频双端测距。

行波测距装置启动后，将本侧行波测距装置采集的两组不同采样频率的三相电流和电压发送到电力数据调度网，并通过电力数据调度网获取对侧行波测距装置采集的两组不同采样频率的三相电流和电压；

具体地，步骤1中，行波测距装置经B码对时，采集得到两组不同采样频率的三相电流和电压。其中，第一组的采样频率为3.4MHz，采样值带时间戳，以保证两侧数据保持同步，供本侧和对侧行波双端测距使用；第二组的采样频率为4.8kHz，采样值带时间戳，以保证两侧数据保持同步，供本侧和对侧工频双端测距使用。

混合线路MN的M侧和N侧分别配置电流差动保护装置，称为大差，两台大差保护通过光纤通道通信，分别采集大差保护安装处的三相电流和三相电压，即CT1、PT1和CT2、PT2的电流电压，当混合线路MN发生区内故障时，大差保护跳闸。大差保护动作后，说明线路区内有故障，开始故障测距。行波测距装置接收混合线路大差保护的动作信号，动作信号包括：跳A相，跳B相，跳C相和跳三相。

步骤2，识别混合线路两侧的初始波头，对混合线路进行行波双端测距，根据故障初始行波波头达到混合线路两侧的时间差得到混合线路故障测距结果，并进入步骤4。

图5为通过初始波头进行行波双端测距的示意图。图5中，M侧和N侧行波录波中的波头较多，通过调整模极大值门槛去调整在线可识别的波头数量。波头的峰值，即为该波头的模极大值。模极大值门槛越高，在线可识别的波头越少；模极大值门槛越低，在线可识别的波头越多，但会伴随一些非故障量的杂波，杂波可能被误判为行波波头。图中，△t₁为两侧初始波头的相对时间，△t₁＝T_M-T_N，为故障初始行波波头达到M侧和N侧的相对时间，T_M、T_N分别为初始行波波头达到M、N侧的时间。

具体地，步骤2包括：

步骤2.1，利用混合线路M侧和N侧的行波录波，分别确定混合线路M侧最大的模极大值波头和N侧最大的模极大值波头。

在图5所示的混合线路两侧的行波录波中分别查找M侧最大的模极大值波头和N侧最大的模极大值波头。

步骤2.2，利用固定门槛G_k和设定的浮动门槛F_k，以如下关系式确定两侧的模极大值门槛：

模极大值门槛＝max(G_k，F_k))

式中，

G_k为固定门槛，行波测距装置在加入故障电流为0.5倍二次额定值的单相接地故障，过渡电阻为300Ω，初相角为20°的条件下，固定门槛为测得的模极大值的0.5倍；

F_k为设定的浮动门槛，对于M侧F_k为M侧最大的模极大值的0.2倍，对于N侧F_k为N侧最大的模极大值的0.2倍。

步骤2.3，利用M侧模极大值门槛和N侧模极大值门槛，在M侧和N侧的行波录波中，查找M侧初始波头和N侧初始波头。具体来说，大于本侧模极大值门槛的第一个波头被识别为本测的初始波头。

步骤2.4，按M侧和N侧初始波头之间的相对时间Δt₁进行测距；基于行波双端测距得到的第一故障距离，满足如下关系式：

式中，

l₀为实际测距结果，

l_M、l_N分别为故障点距本侧、对侧的距离，

l₁、l₃分别为第一段架空线路、第二段架空线路的长度，

l₂为电缆线路的长度，

v₁、v₂分别为架空线路、电缆线路的波速度，

△t₁为故障初始行波波头达到M侧和N侧的相对时间。

将电缆线路长度l₂按照波速度换算为架空线路长度，换算后的长度为

因此，按行波双端测距公式计算的实际测距结果

行波双端测距需要再按电缆线路的实际长度，分别报出故障点距M侧、N侧的距离l_M、l_N。

步骤2只是初步进行行波双端测距，所得到的第一故障距离还需要进行修正。

步骤3，仅电缆线路小差保护动作时对电缆线路进行工频双端测距，当计算得到电缆线路故障测距结果时，则判定电缆线路上发生故障并进入步骤4，当无法计算得到电缆线路故障测距结果时，则对任一段架空线路进行工频双端测距。

当计算得到架空线路故障测距结果并且小差保护动作时则判定小差保护区间内的架空线路上发生故障并进入步骤4，当计算得到架空线路故障测距结果但小差保护未动作时则判定小差保护区间外的架空线路上发生故障并进入步骤4；当无法计算得到架空线路故障测距结果时，则对混合线路进行工频双端测距并进入步骤5。

具体地，步骤3包括：

步骤3.1，仅电缆线路小差保护动作时进入步骤3.2；否则，电缆线路小差保护未动作时进入步骤3.3。

电缆线路DL的D点和L点分别配置电流差动保护装置，称为小差，两台小差保护通过光纤通道通信，实时采集电缆两端电流，即CT3和CT4的电流，CT3和CT4之间发生线路区内故障时，小差保护动作，将动作信号传至混合线路MN的两侧，作为闭锁重合闸信号。为节约成本，在电缆线路DL两端不安装PT或者采用全光纤电子式互感器，因此电缆线路DL不能设置行波测距装置。尤其是，CT3和CT4均安装在架空线路和电缆线路的连接点附近，并且通常安装在架空线上。因此，CT3和CT4之间包含电缆线路DL、CT3至连接点D之间的一小段架空线、CT4至连接点L之间的一小段架空线。

行波测距装置接收电缆线路小差保护的动作信号，动作信号包括：跳A相，跳B相，跳C相和跳三相。

混合线路MN包含了2个架空线路与电缆线路的连接点D和L，以及M侧母线和N侧母线，而故障行波在连接点及母线处发生复杂的折射和反射过程，对单端行波测距影响较大。因此，只能采用在线的行波双端测距。

按相关规定要求，线路长度在300km以下，行波测距误差≤500m。因此，仅仅通过行波测距功能，还不能严格区分是架空线路上的F1、F2、F4或F5故障，还是电缆线路上的F3故障。

具体故障点的定位，需要工频双端测距结合小差保护动作进行判别。若小差保护动作，则准确判断是CT3与CT4之间发生线路区内故障，即F2、F3或F4故障；否则判断是CT1与CT3之间的第一段架空线路上的F1故障，或CT3与CT2之间的第二段架空线路上的F5故障。但是具体是哪条架空线路发生故障，需要根据测距结果进行判断。而CT3与CT4之间包括电缆线路DL，以及CT3与连接点D之间一小段架空线、连接点L与CT4之间的一小段架空线，对于CT3和CT4之间的故障究竟为电缆线路上的F3故障，还是第一段架空线路上的F2故障、第二段架空线路上的F4故障，也需要进一步判别。

步骤3.2，对电缆线路进行工频双端测距，当计算得到电缆线路故障测距结果时，则判定电缆线路上发生故障并进入步骤4，当无法计算得到电缆线路故障测距结果时，则对架空线路进行工频双端测距，即进入步骤3.3。

具体地，步骤3.2包括：

步骤3.2.1，利用混合线路本侧和对侧同一时刻的正序电流和电压、零序电流和电压，计算得到电缆线路两侧的工频正序电压和电流，零序电压和电流。

本实施例中，电缆两端不安装PT，因此不能直接得到电压量。电缆两端的差动保护和混合线路两端的差动保护没有实现同步，因此需要通过长线方程，由混合线路的M、N两侧的正序电压和电流，推算出电缆线路D、L两侧的正序电压和电流；由混合线路的M、N两侧的零序电压和电流，推算出电缆线路D、L两侧的零序电压和电流。

首先计算混合线路M侧、N两侧的正序电流和电压，零序电流和电压，满足如下关系式：

式中，

分别为混合线路M侧的三相电压向量，

分别为混合线路M侧的三相电流向量，

分别为混合线路N侧的三相电压向量，

分别混合线路N侧的三相电流向量。

且

和

均为电流差动保护动作后15ms附近的同一时刻数据。

计算混合线路M侧的零序电压

零序电流

和混合线路N侧的零序电压

零序电流

满足如下关系式：

和

为同一时刻的数据。通过M侧的正序电压

和电流

计算电缆线路D侧的正序电压

和电流

通过N侧的正序电压

和电流

计算电缆线路L侧的正序电压

和电流

满足如下关系式：

式中，

Z_c1为架空线路的线路正序波阻抗，

γ₁为架空线路的线路正序传播系数，

为M侧的正序电压。

计算电缆线路D侧的零序电压

和电流

计算电缆线路L侧的零序电压

和电流

满足如下关系式：

式中，

Z_c10为架空线路的线路零序波阻抗，

γ₁₀为架空线路的线路零序传播系数。

步骤3.2.2，根据混合线路大差保护动作信号判断故障类型；其中，当混合线路大差保护动作信号为跳A相或跳B相或跳C相中的单相动作信号时，则判定为单相接地故障；当混合线路大差保护动作信号为跳A相或跳B相或跳C相中的两相或三相动作信号，或混合线路大差保护动作信号为跳三相动作信号时，则判定为相间故障或三相故障。

首先根据接收到的大差保护的动作信号判断故障类型，若只有跳A相或跳B相或跳C相中的一相动作信号，则判为单相接地故障。

步骤3.2.3，单相接地故障下，判断电缆线路两侧的零序电压是否均小于设定电压阀值，其中设定电压阀值为3V；若是则使用电缆线路的零序电压和电流进行工频双端测距；若否则使用电缆线路的正序电压和电流进行工频双端测距；相间故障或三相故障下，均使用电缆线路的正序电压和电流进行工频双端测距。

步骤3.2.4，当工频双端测距有解，即计算得到电缆线路本侧至故障点距离和电缆线路对侧至故障点距离，并且电缆线路本侧至故障点距离和电缆线路对侧至故障点距离均不超过1.05倍的电缆线路长度，则判定电缆线路上发生故障，进入步骤4；若工频双端测距无解或任一侧的测距结果超过1.05倍的电缆线路长度，则进入步骤3.3。

经较大过渡电阻接地故障下，若电缆线路两侧零序电压均小于设定电压阀值，则工频双端测距按零序分量计算故障测距，满足如下关系式：

式中，

l₂₁为D侧至故障点的距离，

l₂₂为L侧至故障点的距离，

分别为D侧的零序电压和电流，

分别为L侧的零序电压和电流，

Z_c20为电缆线路的线路零序波阻抗，

γ₂₀为电缆线路的线路零序传播系数。

工频双端测距l₂₁和l₂₂的方程有解，且计算结果均不超过1.05l₂，认为电缆线路的工频双端测距有合理的故障测距结果。

若有故障测距结果，则判定故障点在电缆线路上，如图3中F3所示，直接进入步骤4；若没有故障测距结果，则进入步骤3.3。

工频双端测距按正序分量计算故障测距，满足如下关系式：

式中，

分别为D侧的正序电压和电流，

分别为L侧的正序电压和电流，

Z_c2为电缆线路的线路正序波阻抗，

γ₂为电缆线路的线路正序传播系数。

工频双端测距l₂₁和l₂₂的方程有解，且计算结果均不超过1.05l₂，认为电缆线路的工频双端测距有合理的故障测距结果。

若有故障测距结果，则判定故障点为在电缆线路上，如图3中F3所示，直接进入步骤5；若没有故障测距结果，则进入步骤3.3。

本实施例中，通过步骤3.2的工频双端测距得到了故障测距结果，可以判断是电缆线路上发生了故障，故障点为F3，因此进入步骤4和步骤2中基于行波双端测距得到的第一故障距离进行比较。若通过步骤3.2没有得到故障测距结果，则判断架空线路上发生了故障，故障点为F1、F2或F4、F5，因此进入步骤3.3，基于工频双端测距进一步判别架空线路上的故障点是在第一段架空线路MD上的F1或F2，还是在第二段架空线路LN上的F4或F5。

步骤3.3，对任一段架空线路进行工频双端测距，当计算得到架空线路故障测距结果并且小差保护动作时则判定小差保护区间内的架空线路上发生故障并进入步骤4，当计算得到架空线路故障测距结果但小差保护未动作时则判定小差保护区间外的架空线路上发生故障并进入步骤4；当无法计算得到架空线路故障测距结果时，则对混合线路进行工频双端测距。

具体地，步骤3.3包括：

步骤3.3.1，利用混合线路本侧和对侧同一时刻的正序电流和电压、零序电流和电压，计算得到任一段架空线路两侧的工频正序电压和电流，零序电压和电流。

1)计算第一段架空线路MD的D侧的正序电压和电流，零序电压和电流。

计算MD架空线路D侧的正序电压

和电流

满足如下关系式：

式中，

Z_c2、Z_c1分别为电缆线路、架空线路的线路正序波阻抗，

γ₂、γ₁分别为电缆线路、架空线路的线路正序传播系数，

l₂、l₃分别为DL电缆线路、LN第二架空线路全长，

分别为N侧的正序电压和电流。

计算出MD架空线路D侧的零序电压

和电流

满足如下关系式：

式中，

Z_c20、Z_c10分别为电缆段、架空线段的线路零序波阻抗，

γ₂₀、γ₁₀分别为电缆段、架空线段的线路零序传播系数，

l₂、l₃分别为DL电缆段、LN段架空线线路全长，

分别为N侧的零序电压和电流。

2)计算第二段架空线路LN的L侧的正序电压和电流，零序电压和电流。

计算LN架空线路L侧的正序电压

和电流

满足如下关系式：

式中，

Z_c2、Z_c1分别为电缆段、架空线段的线路正序波阻抗，

γ₂、γ₁分别为电缆段、架空线段的线路正序传播系数，

l₂、l₁分别为DL电缆段、MD段架空线线路全长，

分别为M侧的正序电压和电流。

计算LN架空线路L侧的零序电压

和电流

满足如下关系式：

式中，

Z_c20、Z_c10分别为电缆段、架空线段的线路零序波阻抗，

γ₂₀、γ₁₀分别为电缆段、架空线段的线路零序传播系数，

l₂、l₁分别为DL电缆段、MD段架空线线路全长，

分别为M侧的零序电压和电流。

步骤3.3.2，根据混合线路大差保护动作信号判断故障类型；其中，当混合线路大差保护动作信号为跳A相或跳B相或跳C相中的单相动作信号时，则判定为单相接地故障；当混合线路大差保护动作信号为跳A相或跳B相或跳C相中的两相或三相动作信号，或混合线路大差保护动作信号为跳三相动作信号时，则判定为相间故障或三相故障。

步骤3.3.3，单相接地故障下，判断任一段架空线路两侧的零序电压是否均小于设定电压阀值，其中设定电压阀值为3V；若是则使用任一段架空线路的零序电压和电流进行工频双端测距；若否则使用任一段架空线路的正序电压和电流进行工频双端测距；相间故障或三相故障下，均使用任一段架空线路的正序电压和电流进行工频双端测距。

1)计算第一段架空线路MD的工频双端测距。

若为单相接地故障，且两端零序电压均小于设定电压阀值，为经较大过渡电阻接地故障，按零序分量计算故障测距。

经较大过渡电阻接地故障，若架空线路MD两端的零序电压均小于设定电压阀值，双端测距按零序分量计算故障测距，满足如下关系式：

式中，

l₁为MD架空线路的线路全长，

l₁₁为M侧至故障点的距离，

l₁₂为D侧至故障点的距离，

分别为M侧的零序电压和电流，

分别为D侧的零序电压和电流，

Z_c10为架空线路的线路零序波阻抗，

γ₁₀为架空线路的线路零序传播系数。

若为相间故障、三相故障，或单相接地故障且两端任一零序电压大于设定电压阀值，按正序分量计算故障测距，满足如下关系式：

式中，

l₁为MD架空线路的线路全长，

l₁₁为M侧至故障点的距离，

l₁₂为D侧至故障点的距离，

分别为M侧的正序电压和电流，

分别为D侧的正序电压和电流，

Z_c1为架空线路的线路正序波阻抗，

γ₁为架空线路的线路正序传播系数。

2)计算第二段架空线路LN的工频双端测距。

若为单相接地故障，且两端零序电压均小于设定电压阀值，为经较大过渡电阻接地故障，按零序分量计算故障测距，满足如下关系式：

式中，

l₃为LN架空线路的线路全长，

l₃₁为L侧至故障点的距离，

l₃₂为N侧至故障点的距离，

分别为L侧的零序电压和电流，

分别为N侧的零序电压和电流，

Z_c10为架空线路的线路零序波阻抗，

γ₁₀为架空线路的线路零序传播系数。

若为相间故障、三相故障，或单相接地故障且两端任一零序电压大于设定电压阀值，按正序分量计算故障测距，满足如下关系式：

式中，

l₃为LN架空线路的线路全长，

l₃₁为L侧至故障点的距离，

l₃₂为N侧至故障点的距离，

分别为L侧的正序电压和电流，

分别为N侧的正序电压和电流，

Z_c1为架空线路的线路正序波阻抗，

γ₁为架空线路的线路正序传播系数。

步骤3.3.4，当工频双端测距有解，即计算得到任一段架空线路本侧至故障点距离和任一段架空线路对侧至故障点距离，并且任一段架空线路本侧至故障点距离和任一段架空线路对侧至故障点距离均不超过1.05倍的任一段架空线路长度，此时若小差保护动作，则判定小差保护区间内的架空线路上发生故障并进入步骤4，若此时小差保护未动作，则判定小差保护区间外的架空线路上发生故障并进入步骤4；若工频双端测距无解或任一侧的测距结果超过1.05倍的任一段架空线路长度，则对混合线路进行工频双端测距并进入步骤5。

1)架空线路MD若有测距结果，小差保护动作时判为F2点故障，小差保护没有动作时判为F1点故障。若没有测距结果，计算LN架空线路工频双端测距。

MD架空线路包括CT1至CT3之间、CT3至连接点D之间的架空线路，包括故障点F1和F2。若MD架空线工频双端测距有结果，小差保护动作时判断为F2点故障，小差保护没有动作时判断为F1点故障。

若有测距结果，进入步骤4。

工频双端测距l₁₁和l₁₂的方程有解，且计算结果均不超过1.05l₁，认为MD架空线路双端测距有合理的计算结果。

2)架空线路LN若有测距结果，小差保护动作时判断为F4点故障，小差保护没有动作时判断为F5点故障，进入步骤4，和行波双端测距结果进行比较。

LN架空线路包括连接点L至CT4之间、CT4至CT2之间的架空线路，包括故障点F4和F5。若LN架空线路工频双端测距有结果，小差保护动作时判断为F4点故障，小差保护没有动作时判断为F5点故障。

工频双端测距l₃₁和l₃₂的方程有解，且计算结果均不超过1.05l₃，认为LN架空线路双端测距有合理的计算结果。

若LN架空线路没有测距结果，M、N两侧分别利用故障相集中参数的工频电压电流计算测距。

3)使用混合线路M、N两侧的数据计算工频双端测距。

若出现两侧数据用于对时异常等情况，导致分布参数计算的工频双端没有测距结果，M、N两侧分别利用故障相集中参数的工频电压电流计算测距，满足如下关系式：

式中，

l为混合线路全长；

l_M、l_N分别为M侧、M侧距故障点距离；

D_BL为架空线每公里的二次阻抗值；

为M侧故障相电压；

为M侧故障相电流，单相接地故障时，

为

K_Z为架空线的零序电流补偿系数，

为M侧3倍零序电流；

为N侧故障相电压；

为N侧故障相电流，单相接地故障时，

为

为N侧3倍零序电流。

使用集中参数计算的工频双端测距结果，直接进入步骤5，离线修正行波测距。

步骤4，若步骤2得到的混合线路行波双端测距结果与步骤3得到的混合线路工频双端测距结果之间的误差小于等于第一设定阀值门槛，则以混合线路行波双端测距结果作为行波测距装置的输出；否则，对混合线路行波双端测距结果进行在线修正，若在线修正后的混合线路行波双端测距结果与步骤3得到的混合线路工频双端测距结果之间的误差小于等于第二设定阀值门槛时，则以在线修正后的混合线路行波双端测距结果作为行波测距装置的输出，否则进入步骤5。

其中，第一设定阀值门槛大于等于-5％且小于等于5％；第二设定阀值门槛大于等于-10％且小于等于10％。

图6为行波双端测距在线修正示意图。图中的△t2为工频双端测距的距离对应的行波传输时间，△t3为修正波头与固定波头的时间间隔。

具体地，步骤4包括：

步骤4.1，对于步骤3得到的电缆线路故障测距结果、架空线路故障测距结果进行调整，其中，电缆线路故障测距结果包括电缆线路本侧至故障点距离l₂₁和电缆线路对侧至故障点距离l₂₂，第一段架空线路故障测距结果包括第一段架空线路本侧至故障点距离l₁₁和第一段架空线路对侧至故障点距离l₁₂，第二段架空线路故障测距结果包括第二段架空线路本侧至故障点距离l₃₁和第二段架空线路对侧至故障点距离l₃₂；具体为：

步骤4.1.1，若l₁₁和/或l₁₂超过l₁时，则max(l₁₁，l₁₂)取l₁；若l₁₁＞l₁₂且l₁₁＞0.6l₁时，则l₁₂＝l₁-l₁₁；若l₁₂＞l₁₁且l₁₂＞0.6l₁时，则l₁₁＝l₁-l₁₂。其中，l₁为第一段架空线路长度；

步骤4.1.2，若l₂₁和/或l₂₂超过l₂时，则max(l₂₁，l₂₂)取l₂；若l₂₁＞l₂₂且l₂₁＞0.6l₂时，则l₂₂＝l₂-l₂₁；若l₂₂＞l₂₁且l₂₂＞0.6l₂时，则l₂₁＝l₂-l₂₂。其中，l₂为电缆线路长度；

步骤4.1.3，若l₃₁和/或l₃₂超过l₃时，则max(l₃₁，l₃₂)取l₃；若l₃₁＞l₃₂且l₃₁＞0.6l₃时，则l₃₂＝l₃-l₃₁；若l₃₂＞l₃₁且l₃₂＞0.6l₃时，则l₃₁＝l₃-l₃₂。其中，l₃为第二段架空线路长度；

步骤4.2，以混合线路的本侧最大模极大值的波头与对侧最大模极大值的波头中的最大波头所在侧的初始波头，作为固定波头。

步骤4.3，若步骤2得到的混合线路行波双端测距结果与步骤3得到的混合线路工频双端测距结果之间的误差小于第一设定阀值门槛，则以混合线路故障测距结果作为行波测距装置的输出；其中，步骤3得到的混合线路工频双端测距结果包括：电缆线路故障测距结果，架空线路故障测距结果；

若步骤2得到的基于行波双端测距得到的第一故障距离与步骤3得到的电缆线路故障测距结果和/或架空线路故障测距结果之间的误差大于等于第一设定阀值门槛，其中第一设定阀值门槛大于等于-5％且小于等于5％，按固定波头所在侧的电缆线路故障测距结果和/或架空线路故障测距结果，在线修正混合线路故障测距结果；

具体地，步骤4.3包括：

步骤4.3.1，将固定波头所在侧的混合线路工频双端测距结果按照行波速度换算为行波时间△t₂；其中，混合线路工频双端测距结果包括：电缆线路故障测距结果，架空线路故障测距结果；

将固定波头所在侧的电缆线路故障测距结果和/或架空线路故障测距结果按照行波速度换算为行波时间△t₂，满足如下关系式：

式中，

l_M、l_N分别为故障点距本侧、对侧的距离，

l₁、l₃分别为第一段架空线路、第二段架空线路的长度，

l₂为电缆线路的长度，

v₁、v₂分别为架空线路、电缆线路的波速度。

步骤4.3.2，从另一侧的行波录波中查找与△t₂时刻前后的最近波头；

通过步骤4.3.1，将行波测距的结果转换为时刻△t₂，查找从固定波头对应时刻开始，在另一侧行波录波中经过时间段△t₂后的时刻前后的波头。

根据波头对应时刻与△t₂时刻的最短距离，确定时刻前后的最近波头。

步骤4.3.3，以最近波头与固定波头的时间间隔△t₃，在线修正混合线路行波双端测距结果。

最近波头与固定波头的时间间隔为△t₃，按步骤2.4的计算方法，换算为行波测距结果，得到在线修正混合线路故障测距结果。

步骤4.4，在线修正后的混合线路行波双端测距结果与步骤3得到的混合线路工频双端测距结果之间的误差小于等于第二设定阀值门槛，其中第二设定阀值门槛大于等于-10％且小于等于10％，则以在线修正后的混合线路行波双端测距结果作为行波测距装置的输出，否则进入步骤5。

步骤5，利用两侧行波测距装置的行波录波数据，离线进行行波双端测距及行波单端测距；以离线计算获得的混合线路故障测距结果作为行波测距装置的输出。

在线修正后的行波双端测距，与工频双端测距误差大于第二设定阀值门槛，或采用集中参数计算的工频双端测距，需要进行离线行波双端测距。

离线行波测距不受模极大值门槛的限制，可以查找更多的波头。

行波测距装置的行波录播数据较长，包括故障前5ms、故障后10ms的录波数据，装置在线报出测距结果后可通过装置的录播文件或子站软件进行手动计算，以校核装置的测距结果，参考工频双端测距结果，增加行波测距结果的可信度，防止波头识别错误导致测距不正确。一旦行波测距准确识别了故障波头，将具备很高的测距精度，可以满足混合线路的测距要求。

具体地，步骤5包括：

步骤5.1，通过行波录波分析软件打开两侧的行波录波文件。

步骤5.2，将步骤3得到的测距结果按照行波速度换算为测距行波时间，行波录波分析软件选择双端离线测距时，查找两侧录波之间的时间间隔最接近测距行波时间的两个波头，并将这两个波头的间隔时间换算为本侧及对侧的行波双端离线测距结果；行波录波分析软件选择单端离线测距时，查找本侧和对侧录波中的时间间隔最接近测距行波时间的两个波头，并将这两个波头的间隔时间换算为本侧和对侧行波单端离线测距结果。

步骤5.2，将步骤3得到的本侧电缆线路故障测距结果和/或架空线路故障测距结果按照行波速度换算为行波时间△t₄。

将本侧电缆线路故障测距结果和/或架空线路故障测距结果按照行波速度换算为行波时间△t₄。

行波录波分析软件选择双端离线测距，前后滑动间隔为△t₄的两条标尺，查找两侧录波之间的时间间隔最接近△t₄的两个波头，将这两个波头间隔时间换算为本侧及对侧的行波双端离线测距结果。

将△t₄换算为行波测距的距离，得到本侧及对侧的行波双端离线测距结果。

行波录波分析软件选择单端离线测距，滑动间隔为△t₄的两条标尺，查找本侧录波中的时间间隔最接近△t₄的两个波头，将这两个波头间隔时间△t₅换算为本侧行波单端离线测距结果；将对侧电缆线路故障测距结果和/或架空线路故障测距结果按照行波速度换算为行波时间△t₅，滑动间隔为△t₅的两条标尺，查找对侧录波中的时间间隔最接近△t₆的两个波头，将这两个波头间隔时间△t₇换算为对侧行波单端离线测距结果。

行波单端测距将测距结果换算为时间间隔，满足如下关系式：

将某侧行波录波中的最接近工频双端测距结果的时间间隔换算为单端行波测距结果，满足如下关系式：

式中，

l₀为实际测距结果，

l_M、l_N分别为故障点距本侧、对侧的距离，

l₁、l₃分别为第一段架空线路、第二段架空线路的长度，

l₂为电缆线路的长度，

v₁、v₂分别为架空线路、电缆线路的波速度。

步骤5.3，在线修正后的行波测距结果误差大于第二设定阀值门槛或采用混合线工频双端测距时，分析行波波头时间间隔，计算出1组或几组离线双端和单端测距结果。

在大差保护保护动作的前提下，根据小差保护的动作情况，可以大致判别故障点。若小差保护动作，故障点为F2、F3或F4；若小差保护没有动作，故障点为F1或F2。工频双端测距在步骤3中，结合小差保护动作情况，按电缆线路、第一段架空线线路、第二段架空线路分别测距，并判别出故障点所在的F1、F2、F3、F4、F5具体位置。若工频双端分布参数测距没有结果，按工频集中参数计算并报出测距结果。行波测距在步骤2、步骤4和步骤5中判别故障点距离，行波测距会更精确。若在线或离线行波测距有结果，以行波测距结果为准。

行波测距装置实现混合线故障测距的方法及系统，行波测距装置获取混合线两端的三相电流与三相电压，接收混合线路两端及电缆线路两端的差动保护动作信号；根据收到的动作信号，判断故障点在电缆线路还是架空线路上；通过行波双端测距和工频双端测距进一步判断故障点所在的架空线路；若行波双端测距和工频双端测距的误差大于第一设定阀值门槛时，在线修正行波双端测距；若行波双端测距和工频双端测距的误差大于第二设定阀值门槛时，离线计算行波双端测距和行波单端测距；双端工频测距在单相接地故障且两侧零序电压小于设定电压阀值时采用零序分量测距，其它情况采用正序分量测距。本发明通过小差保护的情况，结合行波双端测距、工频双端测距以及在线修正行波测距结果、离线行波测距结果，定位故障所在的具体电缆线路及架空线路，实现精确计算故障点的距离。可以降低混合输电线路的架空线路和电缆线路连接点的影响，解决混合线路行波测距可能不准确或失败的问题。

需要说明的是，混合线指的是架空线路+电缆线路的全线路。

本发明另一方面还提出了一种基于行波测距的混合线路故障测距系统，包括采集及处理单元，信号接收单元，行波双端测距单元，行波单端测距单元，工频双端测距单元。

采集及处理单元，用于实时采集行波测距装置安装处的三相电流和电压，采样频率为3.4MHz，采样值带时间戳。存储包括故障前5ms、故障后10ms的录波数据，形成行波录波文件，供在线或离线行波测距。为行波双端测距单元和行波单端测距单元提供采样频率为3.4MHz的电流暂态量数据。行波测距装置实时采集4.8kHz的电流和电压采样值，采样值带时间戳，存储装置启动时以及收到保护动作信号时的前60ms和后100ms的录波数据，形成行波录波文件，提供给本侧和对侧工频双端测距单元使用。将本侧采集的数据发送到电力数据调度网，并通过电力数据调度网获取对侧三相电流和电压。

信号接收单元，用于实时接收混合线路保护和电缆线路保护动作信号，包括跳A相、跳B相、跳C相、跳三相。

工频双端测距单元，用于接收采集及处理单元的工频电流电压，收到信号接收单元的混合线路电流差动保护动作信号后开始测距，根据是否收到信号接收单元的电缆两端电流差动保护动作信号情况，按电缆、架空线进行分段测距，并通过信号接收单元收到故障类型，在单相接地故障且零序电压小于设定电压阀值时采用零序分量测距，其它情况采用正序分量测距。工频双端测距单元输出电缆线路故障测距结果和架空线路故障测距结果。分布参数的工频双端测距没有测距结果时，采用集中参数的工频双端测距，测量MN混合线路的故障点距离。

行波双端测距单元，用于接收采集及处理单元提供的电流和电压，在信号接收单元接收到混合线路大差保护动作信号后开始测距，若计算得到的混合线路行波双端测距结果与工频双端测距单元输出的混合线路工频双端测距结果之间的误差大于第一设定阀值门槛时，在线修正混合线路行波双端测距结果，若在线修正后的混合线路行波双端测距结果与工频双端测距单元输出的混合线路工频双端测距结果之间的误差大于第二设定阀值门槛时，或采用集中参数进行工频双端测距时，通过行波录波分析软件离线修正行波双端测距。离线计算不受模极大值门槛的限制，可以使用看到的所有波头。

行波单端测距单元，用于在线修正后的行波测距结果误差大于第二设定阀值门槛或采用混合线工频双端测距时的离线计算。

采用本发明提出的混合线路两端的行波测距装置，可以定位故障所在的具体电缆段及架空线段，在线修正行波双端测距，实现精确计算故障点的距离。可以降低混合输电线路的架空线和电缆连接点的影响，解决混合线路行波测距可能不准确或失败的问题。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于行波测距的混合线路故障测距方法，混合线路包括：第一段架空线路、第二段架空线路和电缆线路，其中混合线路的两侧分别安装行波测距装置，行波测距装置均配置行波双端测距功能、行波单端测距功能和工频双端测距功能；其特征在于，所述方法包括：

步骤1，当混合线路大差保护动作时，同时进入步骤2的行波双端测距和步骤3的工频双端测距；

步骤2，识别混合线路两侧的初始波头，对混合线路进行行波双端测距，根据故障初始行波波头达到混合线路两侧的时间差得到混合线路故障测距结果，并进入步骤4；

步骤3，仅电缆线路小差保护动作时对电缆线路进行工频双端测距，当计算得到电缆线路故障测距结果时，则判定电缆线路上发生故障并进入步骤4，当无法计算得到电缆线路故障测距结果时，则对任一段架空线路进行工频双端测距；

当计算得到架空线路故障测距结果并且小差保护动作时则判定小差保护区间内的架空线路上发生故障并进入步骤4，当计算得到架空线路故障测距结果但小差保护未动作时则判定小差保护区间外的架空线路上发生故障并进入步骤4；当无法计算得到架空线路故障测距结果时，则对混合线路进行工频双端测距并进入步骤5；

步骤4，若步骤2得到的混合线路行波双端测距结果与步骤3得到的混合线路工频双端测距结果之间的误差小于等于第一设定阀值门槛，则以混合线路行波双端测距结果作为行波测距装置的输出；否则，对混合线路行波双端测距结果进行在线修正，在线修正后的混合线路行波双端测距结果与步骤3得到的混合线路工频双端测距结果之间的误差小于等于第二设定阀值门槛时，则以在线修正后的混合线路行波双端测距结果作为行波测距装置的输出，否则进入步骤5；

步骤5，利用两侧行波测距装置的行波录波数据，离线进行行波双端测距及行波单端测距；以离线计算获得的混合线路故障测距结果作为行波测距装置的输出。

2.根据权利要求1所示的基于行波测距的混合线路故障测距方法，其特征在于，

步骤1中，混合线路本侧行波测距装置将采集的两组不同采样频率的三相电流和电压发送到电力数据调度网，并通过电力数据调度网获取混合线路对侧行波测距装置采集的两组不同采样频率的三相电流和电压；

混合线路任一侧安装的行波测距装置经B码对时，采集得到两组不同采样频率的三相电流和电压；其中，第一组的采样频率为3.4MHz，采样值带时间戳；第二组的采样频率为4.8kHz，采样值带时间戳。

3.根据权利要求1所示的基于行波测距的混合线路故障测距方法，其特征在于，

步骤2包括：

步骤2.1，利用混合线路本侧和对侧的行波录波，分别确定混合线路本侧最大的模极大值波头和对侧最大的模极大值波头；

步骤2.2，利用固定门槛G_k和设定的浮动门槛F_k，以如下关系式确定本侧和对侧的模极大值门槛：

模极大值门槛＝max(G_k，F_k)

式中，

G_k为固定门槛，

F_k为设定的浮动门槛，对于各侧的浮动门槛为各侧最大的模极大值的0.2倍；

步骤2.3，利用本侧和对侧的模极大值门槛在行波录波中查找本侧初始波头和对侧初始波头；其中，大于各侧模极大值门槛的第一个波头被识别为各侧的初始波头；

步骤2.4，利用故障初始行波波头达到混合线路两侧的时间差Δt₁对混合线路进行行波双端测距，得到的混合线路故障测距结果满足如下关系式：

式中，

l₀为实际测距结果，

l_M、l_N分别为故障点距本侧、对侧的距离，

l₁、l₃分别为第一段架空线路、第二段架空线路的长度，

l₂为电缆线路的长度，

v₁、v₂分别为架空线路、电缆线路的波速度。

4.根据权利要求1所示的基于行波测距的混合线路故障测距方法，其特征在于，

步骤3包括：

步骤3.1，仅电缆线路小差保护动作时进入步骤3.2；否则，电缆线路小差保护未动作时进入步骤3.3；

步骤3.2，对电缆线路进行工频双端测距，当计算得到电缆线路故障测距结果时，则判定电缆线路上发生故障并进入步骤4，当无法计算得到电缆线路故障测距结果时，则对架空线路进行工频双端测距，即进入步骤3.3；

步骤3.3，对任一段架空线路进行工频双端测距，当计算得到架空线路故障测距结果并且小差保护动作时则判定小差保护区间内的架空线路上发生故障并进入步骤4，当计算得到架空线路故障测距结果但小差保护未动作时则判定小差保护区间外的架空线路上发生故障并进入步骤4；当无法计算得到架空线路故障测距结果时，则对混合线路进行工频双端测距。

5.根据权利要求4所示的基于行波测距的混合线路故障测距方法，其特征在于，

步骤3.2包括：

步骤3.2.1，利用混合线路本侧和对侧同一时刻的正序电流和电压、零序电流和电压，计算得到电缆线路两侧的工频正序电压和电流，零序电压和电流；

步骤3.2.2，根据混合线路大差保护动作信号判断故障类型；其中，当混合线路大差保护动作信号为跳A相或跳B相或跳C相中的单相动作信号时，则判定为单相接地故障；当混合线路大差保护动作信号为跳A相或跳B相或跳C相中的两相或三相动作信号，或混合线路大差保护动作信号为跳三相动作信号时，则判定为相间故障或三相故障；

步骤3.2.3，单相接地故障下，判断电缆线路两侧的零序电压是否均小于设定电压阀值，其中设定电压阀值为3V；若是则使用电缆线路的零序电压和电流进行工频双端测距；若否则使用电缆线路的正序电压和电流进行工频双端测距；相间故障或三相故障下，均使用电缆线路的正序电压和电流进行工频双端测距；

步骤3.2.4，当工频双端测距有解，即计算得到电缆线路本侧至故障点距离和电缆线路对侧至故障点距离，并且电缆线路本侧至故障点距离和电缆线路对侧至故障点距离均不超过1.05倍的电缆线路长度，则判定电缆线路上发生故障，进入步骤4；若工频双端测距无解或任一侧的测距结果超过1.05倍的电缆线路长度，则进入步骤3.3。

6.根据权利要求4所示的基于行波测距的混合线路故障测距方法，其特征在于，

步骤3.3包括：

步骤3.3.1，利用混合线路本侧和对侧同一时刻的正序电流和电压、零序电流和电压，计算得到任一段架空线路两侧的工频正序电压和电流，零序电压和电流；

步骤3.3.2，根据混合线路大差保护动作信号判断故障类型；其中，当混合线路大差保护动作信号为跳A相或跳B相或跳C相中的单相动作信号时，则判定为单相接地故障；当混合线路大差保护动作信号为跳A相或跳B相或跳C相中的两相或三相动作信号，或混合线路大差保护动作信号为跳三相动作信号时，则判定为相间故障或三相故障；

步骤3.3.3，单相接地故障下，判断任一段架空线路两侧的零序电压是否均小于设定电压阀值，其中设定电压阀值为3V；若是则使用任一段架空线路的零序电压和电流进行工频双端测距；若否则使用任一段架空线路的正序电压和电流进行工频双端测距；相间故障或三相故障下，均使用任一段架空线路的正序电压和电流进行工频双端测距；

步骤3.3.4，当工频双端测距有解，即计算得到任一段架空线路本侧至故障点距离和任一段架空线路对侧至故障点距离，并且任一段架空线路本侧至故障点距离和任一段架空线路对侧至故障点距离均不超过1.05倍的任一段架空线路长度，此时若小差保护动作，则判定小差保护区间内的架空线路上发生故障并进入步骤4，若此时小差保护未动作，则判定小差保护区间外的架空线路上发生故障并进入步骤4；若工频双端测距无解或任一侧的测距结果超过1.05倍的任一段架空线路长度，则对混合线路进行工频双端测距并进入步骤5。

7.根据权利要求1所示的基于行波测距的混合线路故障测距方法，其特征在于，

步骤4包括：

步骤4.1，对于步骤3得到的电缆线路故障测距结果、架空线路故障测距结果进行调整，其中，电缆线路故障测距结果包括电缆线路本侧至故障点距离l₂₁和电缆线路对侧至故障点距离l₂₂，第一段架空线路故障测距结果包括第一段架空线路本侧至故障点距离l₁₁和第一段架空线路对侧至故障点距离l₁₂，第二段架空线路故障测距结果包括第二段架空线路本侧至故障点距离l₃₁和第二段架空线路对侧至故障点距离l₃₂；具体为：

步骤4.1.1，若l₁₁和/或l₁₂超过l₁时，则max(l₁₁，l₁₂)取l₁；若l₁₁＞l₁₂且l₁₁＞0.6l₁时，则l₁₂＝l₁-l₁₁；若l₁₂＞l₁₁且l₁₂＞0.6l₁时，则l₁₁＝l₁-l₁₂。其中，l₁为第一段架空线路长度；

步骤4.1.2，若l₂₁和/或l₂₂超过l₂时，则max(l₂₁，l₂₂)取l₂；若l₂₁＞l₂₂且l₂₁＞0.6l₂时，则l₂₂＝l₂-l₂₁；若l₂₂＞l₂₁且l₂₂＞0.6l₂时，则l₂₁＝l₂-l₂₂。其中，l₂为电缆线路长度；

步骤4.1.3，若l₃₁和/或l₃₂超过l₃时，则max(l₃₁，l₃₂)取l₃；若l₃₁＞l₃₂且l₃₁＞0.6l₃时，则l₃₂＝l₃-l₃₁；若l₃₂＞l₃₁且l₃₂＞0.6l₃时，则l₃₁＝l₃-l₃₂。其中，l₃为第二段架空线路长度；

步骤4.2，以混合线路的本侧最大模极大值的波头与对侧最大模极大值的波头中的最大波头所在侧的初始波头，作为固定波头；

步骤4.3，若步骤2得到的混合线路行波双端测距结果与步骤3得到的混合线路工频双端测距结果之间的误差小于第一设定阀值门槛，则以混合线路故障测距结果作为行波测距装置的输出；其中，步骤3得到的混合线路工频双端测距结果包括：电缆线路故障测距结果，架空线路故障测距结果；

若步骤2得到的混合线路行波双端测距结果与步骤3得到的混合线路工频双端测距结果之间的误差大于等于第一设定阀值门槛，其中第一设定阀值门槛大于等于-5％且小于等于5％，按固定波头所在侧的混合线路工频双端测距结果，在线修正混合线路行波双端测距结果；

步骤4.4，在线修正后的混合线路行波双端测距结果与步骤3得到的混合线路工频双端测距结果之间的误差小于等于第二设定阀值门槛，其中第二设定阀值门槛大于等于-10％且小于等于10％，则以在线修正后的混合线路行波双端测距结果作为行波测距装置的输出，否则进入步骤5。

8.根据权利要求7所示的基于行波测距的混合线路故障测距方法，其特征在于，

步骤4.3包括：

步骤4.3.1，将固定波头所在侧的混合线路工频双端测距结果按照行波速度换算为行波时间△t₂；其中，混合线路工频双端测距结果包括：电缆线路故障测距结果，架空线路故障测距结果；

步骤4.3.2，从另一侧的行波录波中查找与△t₂时刻前后的最近波头；

步骤4.3.3，以最近波头与固定波头的时间间隔△t₃，在线修正混合线路行波双端测距结果。

9.根据权利要求1所示的基于行波测距的混合线路故障测距方法，其特征在于，

步骤5包括：

步骤5.1，通过行波录波分析软件打开两侧的行波录波文件；

步骤5.2，将步骤3得到的测距结果按照行波速度换算为测距行波时间，行波录波分析软件选择双端离线测距时，查找两侧录波之间的时间间隔最接近测距行波时间的两个波头，并将这两个波头的间隔时间换算为本侧及对侧的行波双端离线测距结果；行波录波分析软件选择单端离线测距时，查找本侧和对侧录波中的时间间隔最接近测距行波时间的两个波头，并将这两个波头的间隔时间换算为本侧和对侧行波单端离线测距结果；

步骤5.3，在线修正后的行波测距结果误差大于第二设定阀值门槛或采用混合线工频双端测距时，分析行波波头时间间隔，计算出1组或几组离线双端和单端测距结果。

10.一种基于行波测距的混合线路故障测距系统，包括采集及处理单元，信号接收单元，行波双端测距单元，行波单端测距单元，工频双端测距单元，其特征在于，

所述采集及处理单元，用于实时采集行波测距装置安装处的三相电流和电压，采样频率为3.4MHz，采样值带时间戳，以及存储录波数据，形成行波录波文件，其中录波数据包括故障前5ms录波数据和故障后10ms的录波数据，为行波双端测距单元和行波单端测距单元提供采样频率为3.4MHz的三相电流和电压；

所述采集及处理单元，还用于实时采集行波测距装置安装处的三相电流和电压，采样频率为4.8kHz，采样值带时间戳，以及存储录波数据，形成工频录波文件，其中录波数据包括行波测距装置启动时以及收到保护动作信号时的前60ms和后100ms的录波数据，为本侧和对侧的工频双端测距单元提供采样频率为4.8kHz的三相电流和电压；

所述采集及处理单元将采集的本侧的三相电流和电压发送到电力数据调度网，并通过电力数据调度网获取对侧的三相电流和电压；

所述信号接收单元，用于实时接收混合线路大差保护动作信号和电缆线路小差保护动作信号；

工频双端测距单元，用于接收采集及处理单元提供的电流和电压，在信号接收单元接收到混合线路大差保护动作信号后开始测距，根据信号接收单元是否收到电缆线路小差保护动作信号情况，按电缆线路、架空线路分别进行测距，根据信号接收单元接收到的混合线路大差保护动作信号确定故障类型，在单相接地故障且零序电压小于设定电压阀值时采用零序分量测距，其余故障情况下均采用正序分量测距；工频双端测距单元输出电缆线路故障测距结果和架空线路故障测距结果；当基于分布参数进行工频双端测距没有测距结果时，采用集中参数进行工频双端测距，计算混合线路故障测距结果；

行波双端测距单元，用于接收采集及处理单元提供的电流和电压，在信号接收单元接收到混合线路大差保护动作信号后开始测距，若计算得到的混合线路行波双端测距结果与工频双端测距单元输出的混合线路工频双端测距结果之间的误差大于第一设定阀值门槛时，在线修正混合线路行波双端测距结果，若在线修正后的混合线路行波双端测距结果与工频双端测距单元输出的混合线路工频双端测距结果之间的误差大于第二设定阀值门槛时，或采用集中参数进行工频双端测距时，通过行波录波分析软件离线修正行波双端测距；

行波单端测距单元，用于在线修正后的行波测距结果误差大于第二设定阀值门槛或采用混合线工频双端测距时的离线计算。

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