一种架空线‑高压电缆混合线路故障定位方法技术

本发明专利技术提供了一种架空线‑高压电缆混合线路故障定位方法，包括：(1)分别测量线路两侧M、N端点的三相电压、电流相量，运用对称分量法分别计算出两侧的负序电压、负序电流、正序电压、正序电流；(2)根据负序电压，判断故障类型；(3)若为非对称故障，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，负序电压幅值相等的点即是故障点；(4)若为三相对称故障，采用正序电压变化量幅值比较的方法进行故障定位，正序电压幅值变化量相等的点即是故障点。本发明专利技术针对架空线‑电缆混联线路的参数特性，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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。 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。 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。 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。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种架空线-高压电缆混合线路故障定 位方法。 实现上述目的所采用的解决方案为： -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： 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； 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； 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； 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。 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： 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 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。 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：则故障类型是三相对称故障；则故障类型是非对称故障。 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： 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； 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； 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； 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： 其中，|a2(x) I为负序行波幅值衰减的幅值； 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；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; 由沿线负序电压￡> 计算沿线负序电压的幅值. Xivl 2 ，. 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； 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； 以N端点为测量点详细测量、计算过程如下： 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； 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； 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;由沿线负序电压9计算沿线负序电压的幅值I ; 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； 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。 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： 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； 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； 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； 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： 其中，Ia1(X) I为正序行波幅值衰减的幅值； 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； 由正序行波幅值衰减和相位延迟，计算沿线正序电压; 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； 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； 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 ? 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，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种架空线‑高压电缆混合线路故障定位方法，其特征在于，所述方法包括：(1)分别测量线路两侧M、N端点的三相电压、电流相量；运用对称分量法分别计算出两侧的负序电压、负序电流、正序电压、正序电流；(2)根据所述负序电压，判断故障类型；(3)若为非对称故障，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，负序电压幅值相等的点即是故障点；(4)若为三相对称故障，采用正序电压变化量幅值比较的方法进行故障定位，正序电压幅值变化量相等的点即是故障点。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李仲青，李博通，姜宪国，王兴国，李肖，刘凯波，唐志军，黄巍，林国栋，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，天津大学，国网福建省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11