硅谷杂志：一种10kv自闭/贯通线路故障诊断方法 |
| 2012-12-05 11:11 作者：万 喻 王 勋 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网12月5日文】 据《硅谷》杂志2012年第18期刊文，在自闭贯通线路故障测距中，利用故障产生的暂态行波实现配电架空线与电缆线混合线路故障测距的方法，众所周知，在混合线路中由于线路的介质的不同导致行波在线路的传播速不同，所以无法采用波速不变的行波双端测距法。针对这些问题，在行波双端测距法的基础上提出基于行波的传播时间相同，距离变量不同的故障搜索算法（对线路进行等效归一），并通过ATP仿真验证方法其有效性。
0引言
随着我国电力系统的迅猛发展以及技术的进步，使得电力电缆越来越多代替架空线路而得到广泛使用，因此在铁路输电网中10kv自闭/贯通线路使用架空—电缆混合配电线路日益增多[1]。但是在现场的实际运行中，我们会发现由于波速存在不恒定问题，使得运用传统的行波测距法无法快速在混合线路进行故障定位。
针对上述问题本文提出了基于距离变量不同，时间相同（对线路进行等效归一）的故障搜索算法。算法的核心思想是把不同介质的线路进行等效归一，例如在架空—电缆混合配电线路中把电缆线长度进行一定的数学处理等效成架空线路长度，从而使得整条架空—电缆混合配电线路变成了架空线路，然后通过计算分析所得的故障时间测量值，计算得出故障距离，然后与等效归一后线路进行比较，从而判断故障点落在那个区间段，最后计算出实际的故障距离。该算法只需要知道线路具体结构（进行等效归一）监理等效的数学模型以及不同导体分电气布参数量（计算行波传播速度），就可以准确算出故障点[2]。
1行波测距方法的研究
当自闭贯通线路为相同导电介质的线路（例如架空线路）时，行波在自闭贯通线路上的传播速度为恒定不变，波速即表示。如图1所示，当在线路MN中S点发生故障时，故障点处产生的行波向线路两端传播。行波波头到达两测量端的绝对时间分别为t1和t2。则可得出以下方程组：
（1）
式中和分别为端和端母线到故障点的距离。为线路的长度。由上可知只有故障发生在之间时此法才有效。通过上式可以得到端和端到故障点的距离：
（2）
当线路为架空—电缆混合线路时，行波在线路上的传播速度将不是单一的，上述方法也就失去效用。
线路进行等效归一法：假设架空线中的行波速度为v1，电缆中的行波速度为v2，若以架空行路行波波速v1为基准，将电缆线路换算成架空线路，即为L2长的电缆线路，折算系数：k=v1/v2，换算后的长度为，折算后的输电线路总长度为：，然后通过测距装置所获得的数据，进行小波变换处理得到故障初始行波波头的时间t1和t2，通过换算得到原来的实际线路，进行比较判断可得故障点在那个区间段，再通过计算即可实现准确测距。
2基于距离变量的故障判断搜索法[2]
行波的传播速度是与线路的介质有关，在不同的介质线路中行波的波速不同的，而在相同介质的线路中波的速度是基本不变的。在架空—电缆混合线路中，只要知道线路的具体结构，以及架空线和电缆线中的各参数分量和长度，就可以把电缆线路（以架空线路为基准）折算成架空线路；同理，已知一段架空—电缆混合线路的等效网络结构图和初始行波波头从线路测量端传播到线路中故障点所需的时间，就判断其故障点所在的线路区间段，再通过计算就可以的出该故障点的准确位置。基于上述原理，提出了基于距离变量的故障判断搜索算法，该算法解决了波速度不恒定问题[3]。
为了分析研究方便，假设行波的传播速度分别为v1和v2。图1、图2为所示的混合线路结构图。
图1线路结构图
算法步骤如下：
1）确定线路MN的网络结构，建立数学模型，每段线路的长度和电气参数分量。
2）确定混合线路中各个区间段线路的长度和行波在不同介质线路上的传播速度v后，把各段电缆线路折算成为架空线路。图1中MA，AB，BC，CD，DN段分别对应的图4中的MA'，A'B'，B'C'，C'D'，D'N'段及对应的时间分别记为Δt1，Δt2，Δt3，Δt4，Δt5。其中LMA=LMA'，LBC=LB'C'，LDN=LD'N；LA'B'=kLAB，LC'D'=kLCD。。
3）根据混合线路测量端的信号采集装置分别记录的初始行波到达时间，然后对故障波头的进行提取，准确地确定计算时间，进而求得故障行波到线路两端的时间[4]。再根据距离公式，算出故障行波到达线路两端的距离。
4）如图2所示，故障初始行波到达线路M端的时间记为Δts。以M为初始端开始计算，由于可判断故障点在MA段线路之后；由可得故障点在A'B'段线路上；A'B'段线由电缆线折算出的架空线路，即AB段为电缆线，求出故障点到M点的距离为v2×（Δts－Δt1）+LMA。
图2故障时配电混合线路结构图
3算例仿真
由于自闭/贯通混合线路为三相线路，故障时分解产生的故障量为三个独立的分量，因此为了仿真实验方便将采用的仿真线路为单相线路。确定架空线路的分布电感仿真参数L1=1002uH/km，分布电容仿真参数C1=为0.0121uF/km。电缆线路的分布电感仿真参数L2=248uH/km，分布电容仿真参数C2=0.169uF/km。仿真中行波波速由公式确定，通过计算可知架空线中的波速v1=2.857×108m/s，电缆中的波速v2=1.501×108m/s。
本文采用ATP仿真软进行仿真，仿真线路结构为图1，仿真模型如图3所示。混合线路由3段架空线和2段电缆线共计5段线路组成，由M端长度依次为6km，9km，7km，5km，4km，总长度为31km，采样频率为1MH测量端检测到暂态电压行波波形，由上述
图3模拟仿真图
条件求得行波将电缆长度换算成架空线路长度依次为：Δt1=0.0204ms，Δt2=0.0599ms，Δt3=0.0239ms，Δt4=0.0333ms，Δt5=0.0137ms，总时间t=0.1512ms；LMA'=6km，LA'B'=17.6km，LB'C'=7km，LC'D'=9.75km，LD'N=4km。
图4始端小波变换模极大值
图5末端小波变换模极大值
设行波由故障点传到线路始端的时间为t1，传到线路末端的时间为t2。图4中波形表示线路始端检测到的行波进行小波变换得到模极大值幅值，通过读数得t1=0.0342ms图5波形表示线路末端检测到的行波进行小波变换得到模极大值幅值，通过读数得t2=0.1175ms。由且可判定故障发生在AB线路上。故障点到M端的距离。与实际相差13.1m，满足精度要求。
通过故障点在不同区间段进行类似仿真试验，得出以下仿真结果如下。
表a混合线路各区段故障时定位结果
故障区段 故障位置/km 测距结果/km 测距误差/m
MA 3.000 3.016 16
AB 10.000 10.013 13
BC 15.000 15.012 12
CD 20.000 19.992 -8
DN 25.000 24.979 -21
4结语
本文主要从理论上对混合线路故障定位方法进行了分析验证，仿真结果表明，基于时间变量的搜索算法准确可行的。
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