一种混合输电线路故障测距方法、装置及计算机存储介质与流程
本发明涉及一种混合输电线路故障测距方法、装置及计算机存储介质。
背景技术：
高压输电线路发生故障后需要准确获知故障位置，以便快速检修，因此高压线路保护均配置故障测距功能。线路保护故障测距使用最广泛的方法是在故障发生后测量故障点到保护安装处的阻抗，根据测量阻抗与线路全长阻抗的比值计算故障位置，这种方法适用于线路阻抗参数均匀分布的线路。但是，受输电走廊土地因素以及环境因素的制约，目前混合输电线路的应用越来越广泛，比较常见的混合输电线路为架空线-电缆线混合架设的输电线路。由于架空线部分和电缆线部分的参数存在一定的差异，同一电流在不同参数的线路单位长度上的电压降落不同，致使当传统的故障测距方法应用在混合输电线路中会大幅度增大测距误差，进而大幅度降低故障测距精度。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种混合输电线路故障测距方法、装置及计算机存储介质，用以解决现有的故障测距方法应用在混合输电线路上时会降低故障测距精度的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种混合输电线路故障测距方法，包括以下步骤：
(1)将混合输电线路划分为至少两段线路，使相邻两段线路的种类不同；
(2)当发生故障时，从送端到受端，依次计算各段线路的测量阻抗，直至确定故障所处的线路段；
其中，在计算得到任一段线路的测量阻抗时，将该测量阻抗与该段线路的全长阻抗相比，若测量阻抗小于或者等于全长阻抗，则确定故障处于该段线路中；若测量阻抗大于全长阻抗，则计算下一段线路的测量阻抗；其中，在计算第一段线路的测量阻抗时，根据检测到的第一段线路首端的电压和电流数据计算得到第一段线路的测量阻抗；在计算后续各段线路的测量阻抗时，根据前一段线路首端的电压和电流数据以及前一段线路的波阻抗和传播系数计算得到该段线路首端的电压和电流数据，然后，根据该段线路首端的电压和电流数据计算该段线路的测量阻抗；
(3)根据故障所处的线路段的测量阻抗进行混合输电线路的故障测距。
对混合输电线路中每一段线路的测量阻抗进行单独计算，当故障没有发生在该段线路中时，根据该段线路首端的电压电流数据与下一段线路首端的电压电流数据之间的关系计算得到下一段线路首端的电压电流数据，然后计算下一段线路的测量阻抗，依次类推，直至出现某一段线路对应的测量阻抗小于或者等于该段线路全长对应的阻抗，那么，就能够得到故障所在线路，根据得到的测量阻抗进行混合输电线路的故障测距。因此，不管混合输电线路中的各段线路之间存在怎样的差异，该混合输电线路故障测距方法将混合输电线路进行分段，化整为零，线路之间的差异就不再影响测量阻抗的计算，那么，该混合输电线路故障测距方法就能够实现故障的准确定位，相较于传统的故障测距方法，该混合输电线路故障测距方法应用在混合输电线路中会大幅度提升故障测距精度，降低故障测距误差。
进一步地，为了提高各段线路首端的电压电流数据的准确性，根据第i段线路首端的电压和电流数据以及第i段线路的波阻抗和传播系数计算得到第i+1段线路首端的电压和电流数据的计算公式为：
其中，i＝1、2、……、t-1，t为混合输电线路划分的线路段数，
进一步地，zcr(i)和γ(i)的计算公式为：
其中，l(i)为第i段线路的电感，c(i)为第i段线路的电容。
本发明还提供一种混合输电线路故障测距装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现的混合输电线路故障测距方法包括以下步骤：
(1)将混合输电线路划分为至少两段线路，使相邻两段线路的种类不同；
(2)当发生故障时，从送端到受端，依次计算各段线路的测量阻抗，直至确定故障所处的线路段；
其中，在计算得到任一段线路的测量阻抗时，将该测量阻抗与该段线路的全长阻抗相比，若测量阻抗小于或者等于全长阻抗，则确定故障处于该段线路中；若测量阻抗大于全长阻抗，则计算下一段线路的测量阻抗；其中，在计算第一段线路的测量阻抗时，根据检测到的第一段线路首端的电压和电流数据计算得到第一段线路的测量阻抗；在计算后续各段线路的测量阻抗时，根据前一段线路首端的电压和电流数据以及前一段线路的波阻抗和传播系数计算得到该段线路首端的电压和电流数据，然后，根据该段线路首端的电压和电流数据计算该段线路的测量阻抗；
(3)根据故障所处的线路段的测量阻抗进行混合输电线路的故障测距。
对混合输电线路中每一段线路的测量阻抗进行单独计算，当故障没有发生在该段线路中时，根据该段线路首端的电压电流数据与下一段线路首端的电压电流数据之间的关系计算得到下一段线路首端的电压电流数据，然后计算下一段线路的测量阻抗，依次类推，直至出现某一段线路对应的测量阻抗小于或者等于该段线路全长对应的阻抗，那么，就能够得到故障所在线路，根据得到的测量阻抗进行混合输电线路的故障测距。因此，不管混合输电线路中的各段线路之间存在怎样的差异，该混合输电线路故障测距装置将混合输电线路进行分段，化整为零，线路之间的差异就不再影响测量阻抗的计算，那么，该混合输电线路故障测距装置就能够实现故障的准确定位，相较于传统的故障测距方式，该混合输电线路故障测距装置应用在混合输电线路中会大幅度提升故障测距精度，降低故障测距误差。
进一步地，为了提高各段线路首端的电压电流数据的准确性，根据第i段线路首端的电压和电流数据以及第i段线路的波阻抗和传播系数计算得到第i+1段线路首端的电压和电流数据的计算公式为：
其中，i＝1、2、……、t-1，t为混合输电线路划分的线路段数，
进一步地，zcr(i)和γ(i)的计算公式为：
其中，l(i)为第i段线路的电感，c(i)为第i段线路的电容。
本发明还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有混合输电线路故障测距方法的程序，所述混合输电线路故障测距方法的程序被至少一个处理器执行时实现的混合输电线路故障测距方法包括以下步骤：
(1)将混合输电线路划分为至少两段线路，使相邻两段线路的种类不同；
(2)当发生故障时，从送端到受端，依次计算各段线路的测量阻抗，直至确定故障所处的线路段；
其中，在计算得到任一段线路的测量阻抗时，将该测量阻抗与该段线路的全长阻抗相比，若测量阻抗小于或者等于全长阻抗，则确定故障处于该段线路中；若测量阻抗大于全长阻抗，则计算下一段线路的测量阻抗；其中，在计算第一段线路的测量阻抗时，根据检测到的第一段线路首端的电压和电流数据计算得到第一段线路的测量阻抗；在计算后续各段线路的测量阻抗时，根据前一段线路首端的电压和电流数据以及前一段线路的波阻抗和传播系数计算得到该段线路首端的电压和电流数据，然后，根据该段线路首端的电压和电流数据计算该段线路的测量阻抗；
(3)根据故障所处的线路段的测量阻抗进行混合输电线路的故障测距。
对混合输电线路中每一段线路的测量阻抗进行单独计算，当故障没有发生在该段线路中时，根据该段线路首端的电压电流数据与下一段线路首端的电压电流数据之间的关系计算得到下一段线路首端的电压电流数据，然后计算下一段线路的测量阻抗，依次类推，直至出现某一段线路对应的测量阻抗小于或者等于该段线路全长对应的阻抗，那么，就能够得到故障所在线路，根据得到的测量阻抗进行混合输电线路的故障测距。因此，不管混合输电线路中的各段线路之间存在怎样的差异，该计算机存储介质将混合输电线路进行分段，化整为零，线路之间的差异就不再影响测量阻抗的计算，那么，该计算机存储介质就能够实现故障的准确定位，相较于传统的故障测距方法，该计算机存储介质应用在混合输电线路中会大幅度提升故障测距精度，降低故障测距误差。
进一步地，为了提高各段线路首端的电压电流数据的准确性，根据第i段线路首端的电压和电流数据以及第i段线路的波阻抗和传播系数计算得到第i+1段线路首端的电压和电流数据的计算公式为：
其中，i＝1、2、……、t-1，t为混合输电线路划分的线路段数，
进一步地，zcr(i)和γ(i)的计算公式为：
其中，l(i)为第i段线路的电感，c(i)为第i段线路的电容。
附图说明
图1是本发明提供的混合输电线路的一种具体实施方式结构图；
图2是本发明提供的混合输电线路故障测距方法的一种具体实施方式流程图。
具体实施方式
混合输电线路故障测距方法实施例：
本实施例提供一种混合输电线路故障测距方法，适用的对象是混合输电线路，一般情况下，混合输电线路为架空线-电缆线混合输电线路，当然，混合输电线路还可以是由其他至少两种不同种类的电路构成。本实施例中，混合输电线路以架空线-电缆线混合输电线路为例进行说明。
混合输电线路故障测距方法包括以下步骤：
首先，将混合输电线路划分为至少两段线路，使相邻两段线路的种类不同。因此，本实施例中，混合输电线路包括至少一段架空线和至少一段电缆线，架空线和电缆线的具体个数不作限定，架空线和电缆线交错设置，即不考虑混合输电线路两端的线路段的话，两段架空线之间设置一段电缆线，两段电缆线之间设置一段架空线。设定混合输电线路中的分段线路的个数为t，从送端到受端，将混合输电线路中的各段线路依次称为第一段线路、第二段线路、……、第i段线路、第i+1段线路、……、第t段线路。
然后，由于除了第一段线路的后续其他各段线路首端的电压和电流数据的计算中需要用到前一段线路的波阻抗和传播系数(也称为传播常数)，那么，这里先说明波阻抗和传播系数。
对于某一段线路，利用该段线路的线路实际参数计算该段线路的波阻抗和传播系数。由于后续过程中需要用到该段线路的正序波阻抗、正序传播系数、零序波阻抗和零序传播系数，那么就需要利用线路实际参数计算该段线路的正序波阻抗、正序传播系数、零序波阻抗和零序传播系数。线路实际参数包括该段线路的正序阻抗z1、正序阻抗灵敏角
波阻抗和传播系数的计算公式如下：
其中，zcr和γ分别为波阻抗和传播系数，r、l、g、c分别为线路的电阻、电感、电导和电容，一般情况下，这四个参数为线路每公里的对应参数。
对于高压线路，有r远小于ωl，g远小于ωc，故可以对波阻抗zcr和传播系数γ做如下简化：
上式中，当l和c取正序电感l1和正序电容c1时，可得正序波阻抗zcr1和正序传播系数γ1，l1和c1可为直接给定的数值，也可由线路实际参数计算而得，计算公式如下：
c1＝2πf*zc1*l
当l和c取零序电感l0和零序电容c0时，可得零序波阻抗zcr0和零序传播系数γ0，l0和c0可为直接给定的数值，也可由线路实际参数计算而得，计算公式如下：
c0＝2πf*zc0*l
其中，f为工频频率50hz。
那么，对于第i段线路，不管第i段线路是架空线还是电缆线，其波阻抗和传播系数的计算公式如下，不同点在于计算公式中的参数取值不同。
其中，zcr(i)为第i段线路的波阻抗，γ(i)为第i段线路的传播系数，l(i)为第i段线路的电感，c(i)为第i段线路的电容。
那么，正序波阻抗和正序传播系数，以及零序波阻抗和零序传播系数按照上文给出的计算公式进行计算，其中涉及到的参数与第i段线路相关。
当发生故障时，根据电压检测设备和电流检测设备采集第一段线路首端(即起始端)的电压和电流数据，电压和电流数据为能够计算得到测量阻抗的相关的电压和电流数据，这里，包括相电压、相电流、相间电压和相间电流，分别记为
根据第一段线路首端的电压和电流数据计算第一段线路的测量阻抗，得到第一测量阻抗zx1。
若zx1＞z11，其中，z11为第一段线路全长l1对应的阻抗(即第一段线路的全长阻抗)，具体是正序阻抗，表示故障没有在第一段线路中，那么，根据第一段线路首端的电压和电流数据以及第一段线路的波阻抗zcr(1)和传播系数γ(1)计算得到第二段线路首端的电压和电流数据
其中，如果计算第二段线路首端的正序电压和电流以及负序电压和电流，则采用如下计算公式：
其中，p＝1、2，zcr1(1)为第一段线路的正序波阻抗，γ1(1)为第一段线路的正序传播系数。
如果计算第二段线路首端的零序电压和电流，则采用如下计算公式：
其中，zcr0(1)为第一段线路的零序波阻抗，γ0(1)为第一段线路的零序传播系数。
因此，通过上述计算公式能够得到第二段线路首端的电压和电流数据，具体是得到第二段线路首端的正序、负序、零序电压和电流，利用正序分量法可得第二段线路首端的各相电压和电流。
根据第二段线路首端的电压和电流数据计算第二段线路的测量阻抗，得到第二测量阻抗zx2。
若zx2≤z21，表示故障发生在第二段线路中，根据第二测量阻抗zx2计算故障距离lx2，计算公式如下：
其中，z21为第二段线路全长l2对应的阻抗，具体是正序阻抗。
那么，实际故障距离lx＝l1+lx2。
若zx2＞z21，表示故障没有在第二段线路中，则根据第二段线路首端的电压和电流数据以及第二段线路的波阻抗zcr(2)和传播系数γ(2)计算得到第三段线路首端的电压和电流数据
其中，如果计算第三段线路首端的正序电压和电流以及负序电压和电流，则采用如下计算公式：
其中，p＝1、2，zcr1(2)为第二段线路的正序波阻抗，γ1(2)为第二段线路的正序传播系数。
如果计算第三段线路首端的零序电压和电流，则采用如下计算公式：
其中，zcr0(2)为第二段线路的零序波阻抗，γ0(2)为第二段线路的零序传播系数。
因此，通过上述计算公式能够得到第三段线路首端的电压和电流数据，具体是得到第三段线路首端的正序、负序、零序电压和电流，利用正序分量法可得第三段线路首端的各相电压和电流。
根据第三段线路首端的电压和电流数据计算第三段线路的测量阻抗，得到第三测量阻抗zx3。若zx3≤z31，表示故障发生在第三段线路中，根据第三测量阻抗zx3计算故障距离lx3，计算公式如下：
其中，z31为第三段线路全长l3对应的阻抗，具体是正序阻抗。
那么，实际故障距离lx＝l1+l2+lx3。
若zx3＞z31，表示故障没有在第三段线路中，则根据第三段线路首端的电压和电流数据以及第三段线路的波阻抗zcr(3)和传播系数γ(3)计算得到第四段线路首端的电压和电流数据，与上述中的计算第三段线路首端的电压和电流数据同理。
然后，根据计算得到的第四段线路首端的电压和电流数据计算第四段线路的测量阻抗，并进行后续的比较。
以此类推。
因此，对于第i段线路，若第i段线路对应的第i测量阻抗大于第i段线路全长对应的阻抗，则根据第i段线路首端的电压和电流数据以及第i段线路的波阻抗和传播系数计算得到第i+1段线路首端的电压和电流数据，计算公式如下：
其中，这里由于存在i+1，因此，该公式中的i的取值为i＝1、2、……、t-1；
当然，可以根据上述计算线路首端的正序、负序、零序电压和电流的计算过程计算得到第i+1段线路首端的正序、负序、零序电压和电流。
然后，根据第i+1段线路首端的电压和电流数据计算得到第i+1段线路对应的第i+1测量阻抗，并比较第i+1测量阻抗与第i+1段线路全长对应的阻抗。直至某一段线路对应的测量阻抗小于或者等于该段线路全长对应的阻抗，判定故障发生在该段线路中。设定故障发生在第s段线路中，则故障距离lxs的计算公式如下：
其中，zxs为第s段线路对应的第s测量阻抗，zs1为第s段线路全长ls对应的阻抗，具体是正序阻抗。
那么，最终的实际故障距离lx＝l1+l2……+ls-1+lxs。
综上可得，当发生故障时，从送端到受端，依次计算各段线路的测量阻抗，直至确定故障所处的线路段；其中，在计算得到任一段线路的测量阻抗时，将该测量阻抗与该段线路的全长阻抗相比，若测量阻抗小于或者等于全长阻抗，则确定故障处于该段线路中；若测量阻抗大于全长阻抗，则计算下一段线路的测量阻抗；其中，在计算第一段线路的测量阻抗时，根据检测到的第一段线路首端的电压和电流数据计算得到第一段线路的测量阻抗；在计算后续各段线路的测量阻抗时，根据前一段线路首端的电压和电流数据以及前一段线路的波阻抗和传播系数计算得到该段线路首端的电压和电流数据，然后，根据该段线路首端的电压和电流数据计算该段线路的测量阻抗。
另外，如果经上述计算过程得到故障在混合输电线路之外，因区外故障测距受其它线路助增电流的影响，测距可能存在较大的误差，因此不再详细计算故障距离，仅输出故障位于混合输电线路全长之外的结果。
以下以三段线路构成的混合输电线路为例，给出一种应用实例。
如图1所示，第一段线路为架空线，第二段线路为电缆线，第三段线路为架空线，三段线路有四个端，分别是m端、n端、s端和q端。m端为第一段线路的首端，n端为第二段线路的首端，s端为第三段线路的首端。而且，m端为送端，q端为受端。
那么，采集m端的电压和电流数据，包括相电压、相电流、相间电压和相间电流，分别记为
保护启动30ms后，并且保护跳闸后10ms后开始测距，计算测量阻抗zx1。根据故障类型确定测量阻抗zx1的计算方式：如果为单相故障，则：
其中，kz为零序补偿系数，由正序阻抗和零序阻抗参数计算可得，
如果为相间故障，则：
其中，在故障发生时就可以判定得出故障属于单相故障或者相间故障。
若zx1≤z11，则故障距离为
那么，如果计算n端的正序电压和电流以及负序电压和电流，则采用如下计算公式：
其中，p＝1、2，zcr1(1)为第一段线路的正序波阻抗，γ1(1)为第一段线路的正序传播系数。
如果计算n端的零序电压和电流，则采用如下计算公式：
其中，zcr0(1)为第一段线路的零序波阻抗，γ0(1)为第一段线路的零序传播系数。
因此，通过上述计算公式能够得到n端的电压和电流数据，具体是得到n端的正序、负序、零序电压和电流，利用正序分量法可得n端的各相电压和电流。
根据第二段线路首端的电压和电流数据计算第二段线路的测量阻抗，得到第二测量阻抗zx2。若zx2≤z21，表示故障发生在第二段线路中，如图1所示，根据第二测量阻抗zx2计算故障距离lx2，计算公式如下：
其中，z21为第二段线路全长l2对应的阻抗，具体是正序阻抗。
那么，实际故障距离lx＝l1+lx2。
若zx2＞z21，表示故障没有在第二段线路中，则根据n端的电压和电流数据以及第二段线路的波阻抗zcr(2)和传播系数γ(2)计算得到s端的电压和电流数据，与计算n端的电压和电流数据同理。
根据s端的电压和电流数据计算第三段线路的测量阻抗，得到第三测量阻抗zx3。若zx3≤z31，表示故障发生在第三段线路中，根据第三测量阻抗zx3计算故障距离lx3，计算公式如下：
其中，z31为第三段线路全长l3对应的阻抗，具体是正序阻抗。
那么，实际故障距离lx＝l1+l2+lx3。
故障测距流程如图2所示。
上述实施例中，各段线路的波阻抗和传播系数的计算过程可以在各段线路的测量阻抗计算和比较前全部完成，也可以在需要用到哪一段线路的波阻抗和传播系数的时候才计算该段线路的波阻抗和传播系数，比如：在计算第二段线路首端的电压和电流数据的时候才计算第一段线路的波阻抗和传播系数，在后续计算第三段线路首端的电压和电流数据的时候才计算第二段线路的波阻抗和传播系数等等。而且，各段线路的测量阻抗可以事先计算完成之后才进行后续的测量阻抗的比较和故障定位过程，也可以在需要用到那一段线路的测量阻抗时计算该段线路的测量阻抗，比如：在确定故障没有发生在第一段线路中后才计算第二段线路的测量阻抗，或者，在确定故障没有发生在第二段线路中后才计算第三段线路的测量阻抗等等。
上述实施例中，给出了根据电压和电流数据计算测量阻抗的计算方式，由于测量阻抗的计算方式属于现有技术，因此，本发明并不局限于上述实施例中的计算方式。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于混合输电线路故障测距方法，并不在于该故障测距方法所适用的混合输电线路，在使用该故障测距方法的基础上，任何混合输电线路均在本发明的保护范围内。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
混合输电线路故障测距装置实施例：
本实施例提供一种混合输电线路故障测距装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器在执行计算机程序时实现混合输电线路故障测距方法实施例中的混合输电线路故障测距方法，具体不再赘述。
计算机存储介质实施例：
本实施例提供一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有混合输电线路故障测距方法的程序，该混合输电线路故障测距方法的程序被至少一个处理器执行时实现混合输电线路故障测距方法实施例中的混合输电线路故障测距方法，具体不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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