一种基于沿线方向行波分解的配网线缆混合直配线路故障测距方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于沿线方向行波分解的配网线缆混合直配线路故障测距方法， 属于电力系统继电保护技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着城市配电网的不断发展，电缆馈线和线缆混合线路在配电网中所占的比重越 来越大。电缆与架空线相比其特殊性表现在：一是电缆结构相对复杂，一般由电缆忍、屏蔽 层、护套等组成的多导体系统组成；二是电缆多埋设于地下，与大地关系更为紧密，导致电 缆中的电磁暂态过程与架空线相比差异较大，电缆电网长度的充电电容大，行波在电缆中 传播的波速比架空线线模波速小。现有的对电缆或架空线路的故障定位方法很多，但对两 种线路混合的配电系统研究较少。由于电缆线路和架空线路的参数差异较大，使得传统的 基于线路参数均匀的配电网故障定位方法于线缆混合配电系统中应用时受到一定程度的 影响。因此急需提出一种新的线缆混合线路故障测距方法，实现配电网的准确定位。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是克服现有的基于线路参数均匀的故障定位方法在线缆混合线路 故障测距应用中的局限性，提出一种基于沿线方向行波分解的配网线缆混合直配线路故障 测距方法。
[0004] 本发明的技术方案是：一种基于沿线方向行波分解的配网线缆混合直配线路故障 测距方法，配电网线缆混合直配线路发生单相接地故障时，首先采用PCA-SVM识别线路混 合线路故障区段；然后对量测端获取的故障行波数据求取线模行波，应用得到的线模行波 并根据贝杰龙线路传递方程推算故障区段的沿线电压行波和电流行波分布，将沿线电压行 波和沿线电流行波进行沿线方向行波分解，获取沿线分布的方向行波，再利用其正向行波 乘W反向行波并于两个相继的时窗长度内进行积分来构造测距函数，最后根据测距函数沿 故障区段线长范围内的行波突变分布进行故障测距。 阳0化]具体步骤是：
[0006] (1)线缆混合线路发生单相接地故障时，采用PCA-SVM线缆混合线路故障区段识 别模型和算法，完成故障区段的判别。
[0007] 似若根据步骤（1)判别出故障位于电缆线路MJ，则在采样率IMHz下，对量测端 获得的电压、电流进行采样，得到相电流采样值序列iM,g(k)、iM,b(k)、iM,。化)，相电压采样值 序列％。化)、％b化)、％。化)，其中k表示采样点，k= 1，2，…；M表示量测端。
[000引 似根据式（1)和式似分别求出线模电流和线模电压的离散序列似和 Um'sGO :
[0009] iw's似=iM'a似-iM'bOO (1) 阳 010] UM,s(k) =UM,a(k)-UM,b(k) 似 W11] 做沿线分布的计算：利用式做和式（4)分别计算电缆线路MJ的沿线电压分布 和沿线电流分布。
[0012]
[0014] 式中，S为线模分量；X为沿线任意一点到量测端的距离；V为线路的波速度；Z。,， 为线路的特征阻抗；r,为线路单位长度电阻；UM,,(k)为量测端的线模电压行波；为 量测端的线模电流行波；％X,s(x，k)为k时刻距量测端X处的电压；iM,x,s(x，k)为k时刻距 量测端X处的电流。
[0015] (4)计算沿线分布的正向行波和反向行波：根据式（5)和式（6)分别计算电缆线 路MJ沿线分布的正向电压行波、沿线分布的反向电压行波，即
[0016] U+M,x,s= (UM,x,^e,siM,x,s)/2 妨
[0017] Um,x,s=(UM,x,s-Zc,siM,x,s)/2 (6)
[0018] (5)沿线分布的正向行波梯度和反向行波梯度的计算：利用沿线分布的正向电压 行波相邻两个采样值之差构造沿线分布的正向电压梯度，即 阳 0Wc+M,dif-u(k) =u\,x,s(k)-u\,x,s&-l) (7)
[0020] 利用沿线分布的反向电压行波相邻两个采样值之差构造沿线分布的反向电压梯 度，即 阳〇2UC 似=Uk,x,s似-Uk,x,s(k-l) 做 阳0巧 （6)计算沿线分布的正向行波突变和反向行波突变：根据式（9)提取电缆线路MJ沿线分布的正向电压行波突变，即
[0023]
9
[0024] 根据式（10)提取电缆线路MJ沿线分布的反向电压行波突变，即 阳0 巧]
':!()) 阳0%] 式中，R取为3。
[0027] (7)测距函数的构造：采用式（11)和式（12)，将步骤（6)得到的正向行波突变和 反向行波突变相乘并分别于行波观测时窗比。，k〇+LMj/(2v)]和比。+LMj/(2v)，k〇+LMj/v]内进 行积分，得到测距函数fui(X)和full(X)的沿线行波突变。
[0030] 式中，k。表示量测端M检测到的故障初始行波到达时刻；Li为主干1的线长。 阳03U 于比。，VLmj/(2v)]和比。+Lmj/(2v)，VLmj/v]两个相继时窗内，测距函数 f山（X)和fu"(X)沿线长Lmj范围内的行波突变分布点对应距离分另IJ为[Xii，Xi2,……]和
[Xm, Xii2,......]。 阳03引同样，若根据步骤（1)判别出故障位于架空线路JN，则首先根据步骤似、步骤（3) 和步骤（4)计算得到电缆MJ沿全长勺电压分布和电流分布；然后按照电缆MJ未故障的 条件，计算出电缆末端电压和电流，并记为％化。，t)和。，t);根据线缆接头J处的折 射系数Qj，求得架空线起端电压UMjQiw，t) =ajUMj(；li〇，t)，iMj(liw，t) =ajiwjdio,t)， 并记为Uw和iw。然后利用1。节点电压uw和电流iw，由式（13)和式（14)计算架空线 路沿线电压和电流为 [0033]
[0036] 上式中，波阻抗Z。和r均取架空线路波阻抗和电阻。
[0037] 然后，根据式（5)~式（10)对架空线路JN沿全线长Lw的电压分布和电流分布进 行沿线方向行波分解，获取沿线分布的方向行波，并提取沿线分布的正向行波突变和反向 行波突变，最后将二者相乘再分别于观测时窗[t0，t0+Ljw/(2v)]和[t0+Ljw/2v，t0+LvV]内 进行积分得到测距函数f'。1〇0和f'。"〇〇,其沿线长Lw范围内的行波突变分布点对应 距离分别为[X' "，X' 12,......]和[义'"1，X' "2,......]。
[0038] (8)故障定位判据的构造：
[0039] 在电缆线路MJ故障下，若[Xii，Xi2,……]中的突变距离X巧P[x"i，x"2,……]中 的突变距离^>\1满足
[0040] x>x*"=Lmj (蝴
[OOW且当x*i的突变点极性为负，X*。的突变点极性为正，时，判断故障位于电缆 线路11内并距量测端1的距离为^\。式（U)中，LM^为电缆线路MJ的线长。
[00创在架空线路JN故障下，若[X'ii，x'12,……]中的突变距离V和和 [X'm，x' "2,……]中的突变距离X"II满足 [0043]X"I+X" "=LJN (14) W44] 且当X"郝X"。的突变点极性均为负，X"i〉x"。时，判断故障位于架空线路JN内并距节点J的距离为X"I。式（14)中，Lw为架空线路JN的线长。
[0045] 本发明的有益效果是：
[0046] 本方法针对线缆混合线路进行故障定位，其原理简单，毋需标定故障行波波波头， 且不受故障瞬时性、故障过渡电阻变化等因素的影响，测距结果准确可靠。
【附图说明】
[0047] 图1为实施例1、实施例2的线缆混合线路结构图； W48] 图2为实施例1电缆线路故障下，比。，V1V(2v)]时窗内测距函数的突变分布结 果； W例图3为实施例1电缆线路故障下，比。+1V(2v)，VlVv]时窗内测距函数的突变 分布结果；
[0050] 图4为实施例2架空线路故障下，比。，ke+Ljw/ (2v)]时窗内测距函数的突变分布结 果； 阳05U 图5为实施例2架空线路故障下，比。+1V(2v)，k〇+LvV]时窗内测距函数的突变 分布结果。
【具体实施方式】
[0052] W下结合附图和【具体实施方式】，对本发明作进一步说明。
[0053] 配电网线缆混合直配线路发生单相接地故障时，首先采用PCA-SVM识别线路混合 线路故障区段；然后对量测端获取的故障行波数据求取线模行波，应用得到的线模行波并 根据贝杰龙线路传递方程推算故障区段的沿线电压行波和电流行波分布，将沿线电压行波 和沿线电流行波进行沿线方向行波分解，获取沿线分布的方向行波，再利用其正向行波乘 W反向行波并于两个相继的时窗长度内进行积分