一种架空线-高压电缆混合线路故障定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力系统继电保护领域的方法，具体讲涉及一种架空线-高压电 缆混合线路故障定位方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国城市建设发展和环境的需要，架空线-高压电缆混合线路以其特有的优 势在输配电工程中的应用越来越广泛。当超高压输电线路发生故障时，尽可能快地精准定 位故障并切除故障，减少故障给电力设备及系统带来的损失，提高电力系统运行的可靠性 和安全性，具有十分重要的意义。
[0003] 对于超高压混联线路故障定位的研究，根据测距原理的不同，可分为行波法和故 障分析法两类。
[0004] 行波法是根据线路故障后行波传输理论实现测距的方法。考虑混联线路不同区段 波速不同的特点，目前应用的行波测距算法主要有单端法、双端法及不同区段的波速归一 法等，具有速度快，基本不受过渡电阻影响等优点。但当混合线路中存在多区段及多点补偿 时，故障行波容易受到电缆-架空线接合处行波多次折反射的影响，存在波头不易捕捉，测 距成功率较低等缺点。
[0005] 故障分析法是根据系统有关参数和测距点的电压电流列出测距方程，对其进行分 析计算，求出故障点到测距点之间的距离的一种方法。目前应用的混联线路故障分析测距 算法主要有以下几种：（1)基于故障点电压幅值的故障点搜索算法等，其算法原理简单，但 应用线路分布参数计算时存在计算量大和伪根识别问题。（2)建立基于故障点电压电流方 程的测距函数，对故障位置进行求解，这种方法对于混合线路来说一般函数比较复杂，计算 精度受电气量采集的准确度影响较大，存在测距结果鲁棒性不高的问题。
【发明内容】
[0006] 为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种架空线-高压电缆混合线路故障定 位方法。
[0007] 实现上述目的所采用的解决方案为：
[0008] -种架空线-高压电缆混合线路故障定位方法，该方法包括如下具体步骤：
[0009] 测量得到线路两侧M、N端点三相电压、电流相量，运用对称分量法分别求出两侧 的负序电压、负序电流、正序电压、正序电流；
[0010] 根据负序电压，判断故障类型是非对称故障还是三相对称故障；
[0011] 针对非对称故障，由双端电气量M侧和N侧的三相电压、电流相量分别计算沿线各 点负序电压幅值然后进行比较，实现故障定位；
[0012] 针对三相对称故障，采用正序电压变化量幅值比较的方法进行故障定位。
[0013] 测量得到线路两侧M、N端点三相电压、电流相量，运用对称分量法分别求出两侧 的负序电压、负序电流、正序电压、正序电流包括：
[0014] 线路保护装置测量所述线路两侧M、N端点三相电压、电流相量
[0015] 根据测量的电压相量、电流相量，运用对称分量法分别求出两侧的负序电压、负序 电流、正序电压、正序电流：
其中各参 数的下标1表示正序参数，下标2表示负序参数。
[0016] 根据负序电压是否为零，判断故障类型是非对称故障还是三相对称故障包括：
[0017]
则故障类型是三相对称故障；
[0018]
则故障类型是非对称故障。
[0019] 针对非对称故障，由双端电气量M侧和N侧的三相电压、电流相量分别计算沿线各 点负序电压幅值然后进行比较，实现故障定位包括：
[0020] 以M端点为测量点，由故障相的负序电压￡?_2\负序电流L2 _计算M点的负序前 行波和负序反行波Sro2的幅值和相位；
[0021] 前行波为：
为参数均匀架空线路负序波阻抗； 私为参数均匀架空线路负序电阻；L2为参数均匀架空线路负序电感；G2为参数均匀架空线 路负序电导；C2为参数均匀架空线路负序电容；ω = 2 π f，f为交流电频率；i为虚部； [0026] 按设定步长△ X，以快速搜索算法计算故障线路中任一点X的负序行波幅值衰减 和相位延迟A2(X);
为负序衰减常数；β 2为 负序衰减常数的实部；α 2为负序衰减常数的虚部；Α2 (X)的相位延迟与计算点距离X成正 比，而其中的幅值衰减部分与故障点距离为指数关系，实际装置中难以直接计算，一般通 过查表来实现，当搜索点很多时会占用较大存储空间；
[0029] 为减少运算量和节省存储空间，将幅值衰减部分采用泰勒级数展开：
[0031] 其中，|a2(x) I为负序行波幅值衰减的幅值；
[0032] 其中β值非常小，在线路不是特别长的情况下上式采用线性等效即可达到很高 的精度；
[0034]由于计算时并不知道故障点的位置，因此在故障位置之前的计算结果为混合线路 中真实的沿线负序电压，故障位置之后的计算结果为虚假的沿线负序电压，由负序行波幅 值衰减和相位延迟，计算沿线负序电压
;
[0036] 由沿线负序电压￡> 计算沿线负序电压的幅值. Xivl 2 ，.
[0038] 当计算点到达电缆区域时，由于电缆参数与架空线参数不同，因此不能继续采用 架空线首端电压计算。此时已计算得到的架空线-电缆连接点处的电压为始端电压并采用 电缆参数继续进行电缆区段沿线各点负序电压幅值的计算；
[0039] 以N端点为测量点，同理可得沿线负序电压
2为N点的负序前行波，S112为N点 负序反行波；
[0041] 以N端点为测量点详细测量、计算过程如下：
[0042] 由故障相的负序电压负序电流计算N点的负序前行波户，和负序反行 波的幅值和相位；
[0043] 前行波为：
为参数均匀架空线路负序波阻抗； 私为参数均匀架空线路负序电阻；L2为参数均匀架空线路负序电感；G2为参数均匀架空线 路负序电导；C2为参数均匀架空线路负序电容；ω = 2 π f，f为交流电频率；i为虚部； [0048]由于计算时并不知道故障点的位置，因此在故障位置之前的计算结果为混合线路 中真实的沿线负序电压，故障位置之后的计算结果为虚假的沿线负序电压，由负序行波幅 值衰减和相位延迟，计算沿线负序电压CXviV2;
[0050]由沿线负序电压9计算沿线负序电压的幅值I ;
[0052] 混合线路中发生单相接地、两相相间或两相接地的不对称故障后，线路上会产生 负序电压。由于故障前沿线负序电压为〇,因此故障后负序电压幅值变化量即为当前的负序 电压幅值；
[0053] 比较幅 若相等，则X为故障距离，若不相等，按设定步长A x 变化X，继续计算沿线负序电压，至幅值相等终止计算，此时X为故障距离。
[0054] 针对三相对称故障，采用正序电压变化量幅值比较的方法进行故障定位包括：
[0055] 以M端点为测量点，由故障相的正序电压正序电流/,"1计算M点的正序前行 波和正序反行波的幅值和相位；
[0056] 前行波为：
丨为参数均匀架空线路正序波阻抗； 札为参数均匀架空线路正序电阻；L i为参数均匀架空线路正序电感；G i为参数均匀架空线 路正序电导W1为参数均匀架空线路正序电容；ω = 2 π f，f为交流电频率；i为虚部； [0061] 按设定步长Δχ，以快速搜索算法计算故障线路中任一点X的正序行波幅值衰减 和相仿钲识a, ω :
t为正序衰减常数；P1为正 序衰减常数的实部；Ct :为正序衰减常数的虚部^1(X)的相位延迟与计算点距离X成正比， 而其中的幅值衰减部分与故障点距离为指数关系，实际装置中难以直接计算，一般通过查 表来实现，当搜索点很多时会占用较大存储空间；
[0064] 为减少运算量和节省存储空间，将幅值衰减部分采用泰勒级数展开：
[0066] 其中，Ia1(X) I为正序行波幅值衰减的幅值；[0067] 其中β值非常小，在线路不是特别长的情况下上式采用线性等效；
[0069] 由正序行波幅值衰减和相位延迟，计算沿线正序电压;
[0071] 正序电压变化量Δ? 采用故障后测量点电压相量减去故障前电压相量的方法 获得，故障后和故障前相量时延相差整周波的倍数；
[0073] 其中，t为测量时刻；T为一周波的时间；R为相差周波的倍数；
[0074] 由正序电压变化量计算沿线正序电压变化量的幅值Δ?>γΜ1 rUI ?
[0076] 当计算点到达电缆区域时，由于电缆参数与架空线参数不同，因此不能继续采用 架空线首端电压计算。此时已计算得到的架空线-电缆连接点处的电压为始端电压并采用 电缆参数继续进行电缆区段沿线各点正序电压幅值变化量的计算；
[0077] 以N端点为测量点，同理可得沿线正序电压变化量幅值|Δ?^ν1 I .，：
为以N端点为测量点的沿线正序 电压；
[0079] 以N端点为测量点详细测量、计算过程如下：
[0080] 由故障相的正序电压1^1正序电流Ial计算N点的正序前行波户1和正序反行 波的幅值和相位；
[0081] 前行波为：
为参数均匀架空线路正序波阻抗； 札为参数均匀架空线路正序电阻；L i为参数均匀架空线路正序电感；G i为参数均匀架空线 路正序电导W1为参数均匀架空线路正序电容；ω = 2 π f，f为交流电频率；i为虚部；
[0086] 由正序行波幅值衰减和相位延迟，计算沿线正序电压.
[0088] 正序电压变化量采用故障后测量点电压相量减去故障前电压相量的方法 .Χ.Ν \. 获得，故障后和故障前相量时延相差整周波的倍数；
[0090] 其中，t为测量时刻；T为一周波的时间；R为相差周波的倍数；
[0091] 由正序电压变化量Δ??计算沿线正序电压变化量的幅值
xm ：；
[0093] 比较正序电压变化量幅值I
若相等，则X为故障距离，若不相 等，按设定步长A X变化X，继续计算沿线正序电压变化量，至变化量幅值相等终止计算，此 时X为故障距离。
[0094] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0095] 本发明针对架空线-电缆混联线路的参数特性，采用频域参数进行计算，提出了 基于沿线电压序量变化量比较分析的新型混合线路故障定位算法，基于混合线路的双端电 气量，不要求双端电气量同步，不需要先进行故障区段判断，不存在伪根识别问题，故障位 置搜索过程中可采用各种快速搜索算法，不受过渡电阻影响，在沿线电压计算中不需要查 表，计算速度快。
【附图说明】
[0096] 图1为本发明中典型两区段混合线路示意图；
[0097] 图2为本发明中输电线