一种考虑接头电阻的架空-电缆混合线路故障测距方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电缆系统故障检测技术领域，尤其是涉及一种架空-电缆混合线路故 障测距方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代化城镇的快速发展，城区可用空间日益紧张，而架空线路占用了大量空 间资源，是阻碍城镇建设的主要因素之一。若用埋地电缆代替架空线路，则能够减轻线路通 道压力，改善城镇可用空间紧张的局面，便于美化市容、优化城市布局。另外，采用电缆传输 电能不仅可提高线路的输送容量，还可降低变压器的出线规模，具有较高的安全性及可靠 性。因此，城区内采用架空线路，而市区内采用电缆线路的架空-电缆混合线路在电力系统 中已占据了十分重要的地位。
[0003] 在电力系统中，高压输电线路起着输送电能的桥梁作用，一旦输电线路发生故障， 将直接威胁到电能的正常传输，造成大范围停电，甚至威胁整个电力系统的安全。因此，对 架空-电缆混合线路故障点进行快速准确的定位，不仅能加快故障线路的检修进度，尽快恢 复供电，且能减少停电损失，加强电力系统运行的安全性及可靠性。
[0004] 目前，对架空-电缆混合线路的故障定位方法主要可分为两种，一是行波法，通过 分析故障行波包含的故障点信息，利用故障行波的传输时间对故障距离进行计算;二是故 障分析法，通过利用线路两端的同步电气量构造冗余的测距方程，从而对故障点进行定位。 但现有方法均未考虑架空线-电缆连接处的接头电阻对故障测距结果的影响，而在实际中， 接头电阻对混合线路的电压及电流分布情况存在较为明显的影响。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对上述问题提供一种高效、准确的考虑接头电阻的架空-电缆 混合线路故障测距方法，有效提高故障点位置判断精确度。
[0006] 为实现本发明所述目的，本发明提供一种考虑接头电阻的架空-电缆混合线路故 障测距方法，该方法通过建立故障测距方程并检测线路连接处的电流来求得接头电阻并消 除其产生的测距误差，所述测距方法包括以下步骤：
[0007] (1)通过差分傅氏算法分别提取架空线故障后电缆端的三相电压工频分量 、三相电流工频分量,λκ，架空线端的三相电压工频分量 ，心λτ·、三相电流工频分量w，λ。，以及线路连接处三相电流的工频分量 ? ·_ · /./I, IJB,IJC ；
[0008] (2)对上述工频分量进行对称分量变换，得到对应的零序、正序和负序量；
[0009] (3)根据步骤(2)中得到的架空-电缆混合线路两端的电压电流正序量，计算线路 连接处的电流正序量；
[0010] (4)比较计算与实测的线路连接处电流，对故障区间进行判断；
[0011] (5)计算线路连接处正常线路侧的电压电流；
[0012] (6)根据步骤(5)的计算结果计算线路连接处故障线路侧的电压电流；
[0013] (7)针对故障所在线路段建立故障点电压方程；
[0014] (8)将线路电压电流的正序和负序量代入步骤(7)中建立的电压方程，获得简化的 正序及负序电压方程；
[0015] (9)根据步骤(8)中所述的正序及负序电压方程，计算接头电阻；
[0016] (10)根据步骤(9)中的接头电阻以及步骤(8)中的正序电压方程，获得故障距离。
[0017]所述步骤(2)中的对称分量变换为：
[0019]
; ?>Λ/?，?λη,?λ/2为电缆端三相电压 的零序、正序和负序分量；
[0020] 同理，获得故障后电缆端三相电流零序、正序和负序分量）:w()、hwl、，架空 线端三相电压序分量&M)、Λν丨、?〇ν 2，架空线端三相电流序分量以及线路 连接处三相电流序分量。
[0021] 所述步骤(3)中，计算线路连接处的电流正序量为：
[0024] 式中义石分别为电缆和架空线波阻抗；γ?，γ2分别为电缆和架空线传播常数； Li，L 2分别为电缆和架空线长度；，/、分别为根据电缆端和架空线端计算得到的线路 连接处的电流正序量;分别为电缆端和架空线端三相电压的正序量;，]^ 分别为电缆端和架空线端三相电流的正序量。
[0025] 所述步骤(4)中，对故障区间进行判断的具体过程为：
[0026]若L 且=L，则故障点位于电缆线上；若且，则故 障点位于架空线上;若f = = /、，则故障点位于线路连接处；
[0027] 其中，. 分别为根据电缆端和架空线端计算得到的线路连接处的电流正序 量，）^为实测得到的线路连接处电流正序量。
[0028] 所述步骤(5)中，设故障点位于电缆线，则计算线路连接处正常线路侧的电压电流 的公式为
[0031 ]式中：Z2为架空线波阻抗；γ 2为架空线传播常数;。为架空线长度；为架空线 端三相电压的正序量；为架空线端三相电流的正序量；分别为线路连接处正 常线路侧的电流和电压；
[0032]故障点位于架空线时的正常线路侧的电压电流的计算与上式同理。
[0033] 所述步骤(6)中，设故障点位于电缆线，则计算线路连接处故障线路侧的电压电流 公式为
[0034] ihm=HnR
[0035] jml - jm
[0036] 式中：R为接头电阻；]和&W1分别为线路连接处正常线路侧的电流和电压; 和汐爾，另丨臓麟雛章繼各侦_、流軸Μ;
[0037] 故障点位于架空线时的故障线路侧的电压电流的计算与上式同理。
[0038] 所述步骤(7)中，设故障点位于电缆线，故障点电压方程为：
[0039] JJ cosh;/rv -7ι/ι Z, s\nhyrx = Uu；· cosh;/, (L, -x)- iu.n Z. sinh r, (L, - .r)
[0040] 式中：x为待求的故障点到电缆线首端距离，即故障距离;Zi为电缆线波阻抗；丫:为 电缆线传播常数;"为电缆线长度;& M1为电缆线端三相电压的正序量;为电缆线端三相 电流的正序量;分别为线路连接处故障线路侧的电流和电压；
[0041] 故障点位于架空线时的故障点电压方程与上式同理。
[0042] 所述步骤(8)中，简化的正序及负序电压方程为：
[0045] 式中：γ 11，γ 12分别为电缆线传播常数的正序量及负序量，并有：
[0046] γ 11= γ u= γ ι；
[0050]其中，k=l，2,分别代表正序及负序分量;R为接头电阻；γι为电缆线传播常数;U 为电缆线长度;^^和^#分别为线路连接处正常线路侧的电流和电压的正序及负序分量； Zik为电缆线波阻抗正序及负序分量;为电缆线端三相电压的正序及负序分量；h#为电 缆线端三相电流的正序及负序分量。
[0052]所述步骤(10)中，故障距离的计算公式为：
[0054] 与现有技术相比，本发明能对架空-电缆混合线路的故障点进行定位，有效地、准 确地计算出故障距离，从而可及时对故障线路采取有效措施，缩短故障修复时间，具有以下 有益效果：
[0055] (1)本发明在架空-电缆混合线路的连接处增设一电流检测点能增加线路电气量 的已知量，从而能够对接头电阻进行求解；
[0056] (2)本发明通过比较计算及实测得到的混合线路连接处的电流能准确判断故障区 间，将问题转化为单一线路类型的故障测距；
[0057] (3)本发明将线路连接处的接头电阻对线路电压的影响进行了考虑，消除接头电 阻对定位结果的影响，能提高故障测距的准确性；
[0058] (4)本发明应用线路电气量的正序及负序分量分别建立电压方程能对接头电阻进 行准确简便求解，从而得到更为准确的故障点位置。
【附图说明】
[0059]图1为本发明架空-电缆混合线路故障测距的流程图；
[0060] 图2为本实施例中线路故障示意图。
【具体实施方式】
[0061] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案 为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于 下述的实施例。
[0062] 参照图1及图2,以一单相接地短路架空-电缆混合线路为研究对象进行故障测距， 按照下列步骤定位故障点：
[0063] 步骤1:根据实测到的架空-电缆混合线路两端电压电流数据，及通过在架空电缆 线路连接处的电流数据分别应用差分傅氏算法，计算架空-电缆混合线路短路故障时，电缆 端三相电压的工频分量&说，，三相电流的工频分量，架空线端三相 电压的工频分量&叫6_，￡^，三相电流的工频分量]^，)^，]^，线路连接处三相电流的 工频分量}，本步骤中所述的差分傅氏算法是本领域内常用的数学方法，因此发 明人在此不再进行详细的描述；
[0064]步骤2:分别对架空-电缆混合线路两端三相电压电流的工频分量及线路连接处电 流的工频分量进行对称分量变换，得到线路不对称短路故障时线路两端三相电压电流工频 分量及连接处电流工频分量的零序、正序及负序分量，并记为L ,其中，i =0，1，2,分别代表零序、正序及负序分量。以电缆端三相电压为例进行说明，所述的变换公 式为：
[0067]步骤3:分别应用混合线路两端的电压电流正序量计算线路连接处的电流正序量， 所述的电流计算公式为：
[0070] 式中义石分别为电缆和架空线波阻抗；γ?，γ2分