一种基于时域分析的三芯电缆故障定位方法技术

一种基于时域分析的三芯电缆故障定位方法，首先，利用故障发生后电缆线路首端和末端测量的线芯电流、对地电压和接地线电流时域信号，计算虚拟故障点处三相线芯和屏蔽层之间的电压、三相线芯流向屏蔽层的电流；然后，估计虚拟故障点处三相线芯和屏蔽层间的虚拟故障电阻，计算虚拟故障点处三相线芯和屏蔽层之间的电压差在一段时间内的积分，确定虚拟故障点在线路全长范围内变动时积分最小值对应的虚拟故障距离；最后，通过比较虚拟故障距离处计算得到的三相虚拟故障电阻在一段时间内的均值确定故障相，该故障相对应的最小虚拟故障距离即为实际的故障距离。仿真表明该方法能准确辨识不同故障状况下的故障相和故障精确位置，具有较高的工程应用价值。有较高的工程应用价值。有较高的工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时域分析的三芯电缆故障定位方法


[0001]本专利技术涉及电网设备故障排查
，具体涉及一种基于时域分析的三芯电缆故障定位方法。

技术介绍

[0002]随着城市化进程的加快，电缆在城网供电中所占的份量也越来越重，已逐步取代了架空供电线路，被广泛应用于配电网。电缆线路容易因外力、环境等因素导致故障，而电缆线路大多敷设于地下，故障查找困难。为了提高运维效率、提升配网电缆故障感知水平、保证配网安全稳定运行，进行三线电缆故障定位势在必行。
[0003]目前，仅有针对中、高压单芯电缆线路的故障定位方法，而尚未由针对三芯电缆结构提出有效的故障定位方法。单芯电缆故障定位方法主要分为两类：行波法和阻抗法。行波法主要利用波头到达时刻与故障距离的关系实现定位；阻抗法则利用线路一端或者两端稳态电压、电流相量，通过求解包含故障距离、线路参数的方程(组)实现定位。文献《基于全波形信息的混联线路单端行波定位方法》(邓丰、李欣然、曾祥君，电工技术学报)构建了不同故障位置和故障状况下的行波时频能量谱矩阵，通过比较不同位置的全波波形能量相关性确定电缆
‑
架空混联线路的故障位置。文献《利用故障特征频带和TT变换的电缆单端行波测距》(束洪春、田鑫萃、董俊、杨毅，中国电机工程学报)采用TT变换精确标定两个行波波头到达时刻，利用单端法实现单芯电缆故障精确测距。文献《计及金属护层结构的电缆单端故障测距方法》(唐进、张姝、林圣、何正友，中国电机工程学报)通过迭代正常相线芯和护层电流故障稳态分量在故障点前后的差值以确定单芯的故障精确位置。
[0004]不同于单芯电缆，三芯电缆结构复杂，三相导芯和金属屏蔽层之间的存在强电磁耦合，现有研究所提出的故障定位方法无法适用这种复杂情况。此外，由于三芯电缆线路距离短，行波波头辨识困难，研究行波法的意义不大；阻抗法虽然不需要辨识行波波头，但实际稳态故障信号有时无法获取，研究阻抗法的价值不高。因此，基于故障时域等效模型，利用故障时域信号实现三芯电缆的故障定位方法具有重要价值和意义。

技术实现思路

[0005]为了解决现有关于电缆故障定位研究存在的不足，提出一种基于时域分析的三芯电缆故障定位方法。
[0006]一种基于时域分析的三芯电缆故障定位方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1，在三芯电缆发生故障后，测量线路首端三相导芯电流、导芯对地电压、接地线电流，以及线路末端三相导芯电流、导芯对地电压、屏蔽层对地电压，获取线路阻抗和接地线电阻；
[0008]步骤2，对于所有采集得到的电流、电压，截取有效时间窗[t1,t2] 内的信号；其中，t1和t2分别为有效时间窗的起始、终止时刻；
[0009]步骤3，令虚拟故障点与线路首端的距离x的初始值为0；
[0010]步骤4，将线路首端测量的电流、电压信号带入下式计算虚拟故障点处A相、B相、C相导芯和金属屏蔽层对地电压信号u
LFAG
(t,x)、 u
LFBG
(t,x)、u
LFCG
(t,x)和u
LFSG
(t,x)：
[0011][0012]其中，u
LA
(t)、u
LB
(t)、u
LC
(t)和i
LS
(t)分别为故障发生后线路首端 A相、B相、C相导芯对地电压和接地线电流信号，i
LP
(t)和i
LS
(t)分别为故障发生后线路首端P相导芯的电流和接地线电流信号，P∈{A, B,C}，R
AP
、R
BP
、R
CP
、R
SP
分别为A相、B相、C相导芯、金属屏蔽层与P相导芯之间的互电阻，R
AS
、R
BS
、R
CS
分别为A相、B相、C 相导芯与金属屏蔽层之间的互电阻，R
SS
为金属屏蔽层的自电阻，R
S
为接地线电阻，L
AP
、L
BP
、L
CP
、L
SP
分别为A相、B相、C相导芯、金属屏蔽层与P相导芯之间的互电感，L
AS
、L
BS
、L
CS
分别为A相、B 相、C相导芯与金属屏蔽层之间的互电感，L
SS
为金属屏蔽层的自电感；
[0013]步骤5，根据u
LFAG
(t,x)、u
LFBG
(t,x)、u
LFCG
(t,x)和u
LFSG
(t,x)计算虚拟故障点处A相、B相、C相导芯和金属屏蔽层之间的电压信号 u
LFAS
(t,x)、u
LFBS
(t,x)、u
LFCS
(t,x)；
[0014]步骤6，将线路末端测量的电流、电压信号带入下式计算虚拟故障点处A相、B相、C相导芯和金属屏蔽层对地电压信号u
RFAG
(t,x)、 u
RFBG
(t,x)、u
RFCG
(t,x)和u
RFSG
(t,x)：
[0015][0016]其中，u
RA
(t)、u
RB
(t)、u
RC
(t)和u
S
(t)分别为故障发生后线路末端 A相、B相、C相导芯对地电压和金属屏蔽层对地电压，i
RP
(t)为故障发生后线路末端P相导芯电流，l为线路总长；
[0017]步骤7，根据u
RFAG
(t,x)、u
RFBG
(t,x)、u
RFCG
(t,x)和u
RFSG
(t,x)计算虚拟故障点处A相、B相、C相导芯和金属屏蔽层之间的电压信号 u
RFAS
(t,x)、u
RFBS
(t,x)、u
RFCS
(t,x)；
[0018]步骤8，根据下式，计算虚拟故障点x处，A相、B相、C相流向金属屏蔽层的电流信号i
FAS
(t,x)、i
FBS
(t,x)、i
FCS
(t,x)：
[0019][0020]步骤9，根据电压信号u
LFAS
(t,x)、u
LFBS
(t,x)、u
LFCS
(t,x)和电流信号i
FAS
(t,x)、i
FBS
(t,x)、i
FCS
(t,x)计算出虚拟故障点处A相、B相、 C相导芯与金属屏蔽层之间的虚拟故障电阻R
FAS
(t,x)、R
FBS
(t,x)、R
FCS (t,x)；
[0021]步骤10，将步骤5和步骤7的计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时域分析的三芯电缆故障定位方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，在三芯电缆发生故障后，测量线路首端三相导芯电流、导芯对地电压、接地线电流，以及线路末端三相导芯电流、导芯对地电压、屏蔽层对地电压，获取线路阻抗和接地线电阻；步骤2，对于所有采集得到的电流、电压，截取有效时间窗[t1,t2]内的信号；其中，t1和t2分别为有效时间窗的起始、终止时刻；步骤3，令虚拟故障点与线路首端的距离x的初始值为0；步骤4，将线路首端测量的电流、电压信号带入下式计算虚拟故障点处A相、B相、C相导芯和金属屏蔽层对地电压信号u
LFAG
(t,x)、u
LFBG
(t,x)、u
LFCG
(t,x)和u
LFSG
(t,x)：其中，u
LA
(t)、u
LB
(t)、u
LC
(t)和i
LS
(t)分别为故障发生后线路首端A相、B相、C相导芯对地电压和接地线电流信号，i
LP
(t)和i
LS
(t)分别为故障发生后线路首端P相导芯的电流和接地线电流信号，P∈{A,B,C}，R
AP
、R
BP
、R
CP
、R
SP
分别为A相、B相、C相导芯、金属屏蔽层与P相导芯之间的互电阻，R
AS
、R
BS
、R
CS
分别为A相、B相、C相导芯与金属屏蔽层之间的互电阻，R
SS
为金属屏蔽层的自电阻，R
S
为接地线电阻，L
AP
、L
BP
、L
CP
、L
SP
分别为A相、B相、C相导芯、金属屏蔽层与P相导芯之间的互电感，L
AS
、L
BS
、L
CS
分别为A相、B相、C相导芯与金属屏蔽层之间的互电感，L
SS
为金属屏蔽层的自电感；步骤5，根据u
LFAG
(t,x)、u
LFBG
(t,x)、u
LFCG
(t,x)和u
LFSG
(t,x)计算虚拟故障点处A相、B相、C相导芯和金属屏蔽层之间的电压信号u
LFAS
(t,x)、u
LFBS
(t,x)、u
LFCS
(t,x)；步骤6，将线路末端测量的电流、电压信号带入下式计算虚拟故障点处A相、B相、C相导芯和金属屏蔽层对地电压信号u
RFAG
(t,x)、u
RFBG
(t,x)、u
RFCG
(t,x)和u
RFSG
(t,x)：
其中，u
RA
(t)、u
RB
(t)、u
RC
(t)和u
S
(t)分别为故障发生后线路末端A相、B相、C相导芯对地电压和金属屏蔽层对地电压，i
RP
(t)为故障发生后线路末端P相导芯电流，l为线路总长；步骤7，根据u
RFAG
(t,x)、u
RFBG
(t,x)、u
RFCG
(t,x)和u
RFSG
(t,x)计算虚拟故障点处A相、B相、C相导芯和金属屏蔽层之间的电压信号u
RFAS
(t,x)、u
RFBS
(t,x)、u
RFCS
(t,x)；步骤8，根据下式，计算虚拟故障点x处，A相、B相、C相流向金属屏蔽层的电流信号i
FAS
(t,x)、i
FBS
(t,x)、i
FCS
(t,x)：步骤9，根据电压信号u
LFAS
(t,x)、u
LFBS
(t,x)、u
LFCS
(t,x)和电流信号i
FAS
(t,x)、i
FBS
(t,x)、i
FCS
(t,x)计算出虚拟故障点处A相、B相、C...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭楠，梁睿，张政一，蒋成瑞，王昊，李英恺，孔令昌，陈玉静，王子龙，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：