一种配电网混合线路中故障点的定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力领域，尤其涉及一种配电网混合线路中故障点的定位方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力系统的发展，架空-电缆混合线路在电网中尤其是配电网中获得越来越 广泛的应用。配电网结构复杂，分支较多，故障电流小，利用电气量实现故障定位困难较大， 同时混合线路对故障点定位要求较高，尤其对于地下电缆区段的高精度定位对于减小检修 工作量具有重要意义。目前行波故障测距技术在输电网中已获得成功应用，研究在配电网 中实现行波故障测距技术将是一个重要的研究方向。
[0003]目前国内外已有部分学者针对混合线路故障行波测距技术展开了研究。传统的方 法包括单一化方法、基于时间中点或时间差进行搜索确定故障点的方法、利用小波分解理 论对波速度进行提取分析以及利用脉冲电流的改进方法。
[0004] 但是以上方法均利用固定的架空线路及电缆线路的波速度或利用信号处理方 式提取波速度，但研究表明，架空线中波速相对稳定，随着电压等级的不同，故障行波的 传播速度约在光速的97% -99%范围内变化，而故障行波在电缆线路中的波速为106m/ us-220m/us，稳定性相对较差。电缆线路中故障行波波速度波动较大，波速度取值的准确度 对测距结果具有重要影响，混合线路故障行波测距中电缆线路波速不稳定性是引入测距误 差的主要因素之一。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有技术的缺点，本发明提供一种配电网混合线路中故障点的定位方 法，该方法利用区外故障实现电缆线路波速在线测量，根据实测波速度与各及节点时间差 的对应关系可准确判定线路故障区间，进一步根据实测时间差的变化量与波速的正比关 系，可精确实现故障点定位。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0007] -种配电网混合线路中故障点的定位方法，所述混合线路包括架空线路和电缆线 路这两种类型，按照线路类型将混合线路划分为若干个线路区间，两个相邻的同一类型线 路为同一线路区间；测量每一线路区间的长度及故障行波在架空线路中传播的速度；混合 线路两端均设有测量端；包括：
[0008] 步骤（1):采用监测区外故障的方法，在线测量故障行波在电缆线路中的传播速 度；
[0009] 步骤（2):设任一线路区间的一个端点处发生故障，根据每一线路区间的长度及 故障行波在线路区间的传播速度，计算初始故障行波到达混合线路两测量端的时间差；该 时间差设为节点时间差，建立线路区间端点与节点时间差的一一对应关系，存储至数据 库；
[0010] 步骤（3):在混合线路实际发生故障时，测量初始故障行波到达混合线路两测量 端的实测时间差；该实测时间差依次与数据库中的节点时间差相比较，获取与实测时间差 最接近的两个相邻的节点时间差，确定这两个相邻的节点时间差对应的线路区间为故障线 路区间；
[0011] 步骤（4):根据实际故障点到故障线路区间一端点的距离等于实测时间差与故障 线路区间的该端点所对应的节点时间差的差值乘以故障行波在故障线路区间中传播速度 数值的一半，计算实际故障点的位置。
[0012] 所述步骤（1)的具体过程为：
[0013] 步骤（I. 1):设发生区外故障，分别测量故障行波达到混合线路两测量端的时刻；
[0014] 步骤（1. 2):根据每一线路区间的长度、故障行波在架空线路中传播的速度及故 障行波达到混合线路两测量端的时刻，求取故障行波在电缆线路中的传播速度。
[0015] 所述步骤（1. 2)中，故障行波在电缆线路中的传播速度为：
[0016]
[0017] 式中，Ia表示电缆线路的总长度；表示架空线路的总长度；Va为故障行波在架 空线路中传播速度；t' M、t' N表示发生区外故障时，初始故障行波分别到达混合线路的M 测量端和N测量端的时刻。
[0018] 所述步骤（3)中，在混合线路两测量端分别安装行波故障测距装置，利用行波故 障测距装置分别测量初始故障行波分别到达混合线路两测量端的时刻，进而测量出初始故 障行波分别到达混合线路两测量端的实测时间差。
[0019] 所述步骤（1. 1)中，在混合线路两测量端分别安装行波故障测距装置，利用行波 故障测距装置分别到达混合线路两测量端的时刻。
[0020] 所述步骤（4)中，实际故障点到靠近M测量端的故障线路区间的端点的距离Γ " 为：
[0021]
[0022] 式中，tn为故障线路区间靠近M测量端的节点时间差，V为故障行波在故障线路区 间中的传播速度；η表示靠近M测量端的故障线路区间的端点标号，η为自然数；t MN表示实 际发生故障时，初始故障行波到达混合线路M测量端和N测量端的实测时间差。
[0023] 所述步骤⑷中，当n = 0时，实际故障点到混合线路M测量端的的距离1"为：
[0024] Im= 1' m
[0025] 当η多1时，实际故障点到混合线路M测量端的的距离1"为：
[0026]
[0027] 式中，i表示线路区间的端点标号；与M测量端重合的线路区间的端点的标号为0， 从M测量端到N测量端线路区间的端点标号依次增加 I ;li(i+1)表示线路区间端点标号为i 到 i+Ι的线路区间的长度。
[0028] 所述步骤（3)中的故障线路区间为架空线路区间或电缆线路区间。
[0029] 本发明的有益效果为：
[0030] (1)本发明根据混合线路的行波传播特征，采用实测初始行波到达测量端时间差 与节点时间差相比较来确定故障线路区段，结合在线实测电缆波速误差情况下精确判定巡 线点的位置，可通过该方法校正常规故障测距结果与实际巡线位置的误差，提高巡线及故 障排除的高效性和精确性；
[0031] (2)本发明考虑混合线路故障行波测距中电缆线路波速不稳定性因素，利用区外 故障实现测量区段电缆波速在线测量，在故障区段准确识别的基础上，利用波速在线计算 模式可精确确定故障巡线点位置；
[0032] (3)本发明有效地消除了波速误差对故障测距及计算巡线点确定带来的影响，计 算结果更加精确有效。
【附图说明】
[0033] 图1是架空一电缆混合线路示意图；
[0034] 图2a)是实施例一的M端电流行波；
[0035] 图2b)是实施例一的M端电流行波对应的小波变换系数；
[0036] 图2c)是实施例一的N端电流行波；
[0037] 图2d)是实施例一的N端电流行波对应的小波变换系数；
[0038] 图3a)是实施例二的M端电流行波；
[0039] 图3b)是实施例二的M端电流行波对应的小波变换系数；
[0040] 图3c)是实施例二的N端电流行波；
[0041 ]图3d)是实施例二的N端电流行波对应的小波变换系数；
[0042] 图4a)是实施例二的M端电流行波；
[0043] 图4b)是实施例三的M端电流行波对应的小波变换系数；
[0044] 图4c)是实施例二的N端电流彳丁波；
[0045] 图4d)是实施例三的N端电流行波对应的小波变换系数。
【具体实施方式】
[0046] 下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
[0047] 架空-电缆混合线路结构，如图1所示，以标号0-4将混合线路分为四个线路区 间。一般而言，架空线路的波阻抗为300 Ω-500 Ω，而电缆线路波阻抗为10 Ω-100 Ω，故障 行波将在混合线路的连接点处发生复杂的折反射现象。
[0048] 当线路F点发生故障时，将有故障电流行波i产生并沿线路向两个母线测量端传 播，如图1所示。设故障行波i到达2标号处时为τ i时刻，则测量端N处测得的反向电流 行波、为：
[0049]
(1)
[0050] 式中，τ2, τ3分别为故障行波经过2-3,3_4线路区间所用时间；γ p，^分别为故 障电流行波由架空线路入射电缆电路和由电缆电路入射架空线路的折射系数；βρ，Pq架 空线路入射电缆电路和由电缆电路入射架空线路的反射系数；β 故障电流行波在测量 端N处的反射系数。
[0051] 式（1)中第一项为测量端N初始反向行波波头分量，后续为测量端N正向行波在 区间3-4, 2-4间的折反射行波分量。由此可见，架空线-电缆混合线路里面折反射行波相当 复杂，若逐个识别波头性质将相当困难。同时上式反向行波表达式中，忽略了透射过测量端 M并经相邻线路折反射回故障线路的行波对测量端N的影响以及测量端N正向行波在0-4 区间各区段及故障点处的折反射行波分量。因此，故障行波在混合线路中的折反射情况相 当复杂，故障初始行波后的后续行波波头的性质不易识别，在混合线路中适合使用