B型混合輸電線路行波測(cè)距方法

摘? 要：文章分析了B型混合輸電線路在發(fā)生故障以后故障行波的傳播特性，提出了一種基于B型混合線路行波故障測(cè)距新算法，該算法先對(duì)輸電線路的故障區(qū)段進(jìn)行判別，判斷出故障區(qū)段之后再根據(jù)相關(guān)監(jiān)測(cè)點(diǎn)接收到的故障行波時(shí)刻，利用雙端測(cè)距原理定位到準(zhǔn)確的故障點(diǎn)位置。此故障測(cè)距新算法可以消除單端測(cè)距原理中對(duì)故障監(jiān)測(cè)設(shè)備接收到的第二個(gè)行波的波頭性質(zhì)的識(shí)別難題，當(dāng)B型混合輸電線路上發(fā)生故障時(shí)能夠迅速、準(zhǔn)確地定位到故障點(diǎn)，具有很好的工程應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：B型混合輸電線路;行波測(cè)距;故障區(qū)段;故障測(cè)距

中圖分類號(hào)：TM726? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2022）03-0061-03

Traveling Wave Fault Location Method of Type B Hybrid Transmission Line

LIU Hui

（Taishan College of Science and Technology， Taian? 271000， China）

Abstract： This paper analyzes the propagation characteristics of the fault traveling wave after the failure occurs on the type B hybrid transmission line， and proposes a new location algorithm based on type B hybrid line for the fault traveling wave. The algorithm firstly discriminates the fault section of transmission line， after the fault section is determined， according to the fault traveling wave time received by the relevant monitoring points， the accurate fault location is located by using the double terminals fault location principle. This new algorithm for fault location can eliminate the difficulty in identifying the wave-head property of the second traveling wave received by the fault monitoring device in the principle of single terminal location. When a fault occurs on type B hybrid transmission line， the algorithm can quickly and accurately locate the fault point， which has good engineering application value.

Keywords： type B hybrid transmission line; traveling wave fault location; fault section; fault location

0? 引? 言

電力電纜與傳統(tǒng)架空線相比，有供電可靠性高、受環(huán)境影響小，并且敷設(shè)節(jié)省空間資源等優(yōu)點(diǎn)，隨之而生的就出現(xiàn)了很多架空線—電纜混合輸電線路。并且，人們對(duì)風(fēng)力資源的開(kāi)發(fā)、海上資源的利用、以及跨海峽的區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)等技術(shù)的不斷提升，使得混合型輸電線路在配電網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，適用于均勻輸電線路的行波測(cè)距法并不適用于混合輸電線路，尤其是針對(duì)三段式B型混合線路的故障測(cè)距算法較少，為了解決B型混合輸電線路發(fā)生故障時(shí)，如何快速定位到故障點(diǎn)，并進(jìn)行線路維修盡快恢復(fù)供電，對(duì)提高供電系統(tǒng)的供電可靠性具有十分重要的意義。對(duì)此，本文提出了新的行波測(cè)距算法，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

目前的電纜—架空線混合輸電線路按照結(jié)構(gòu)主要可分為兩種，即A型混合輸電線路和B型混合輸電線路。A型混合線路由一段架空線和一段電纜線路組成;B型混合輸電線路由兩端的架空線路和中間的電纜線路組成。例如我國(guó)的海南500 kV聯(lián)網(wǎng)工程，采用的就是三段式B型混合輸電線路。目前，針對(duì)輸電線路故障測(cè)距的研究主要有阻抗測(cè)距法和行波測(cè)距法。阻抗測(cè)距法主要受到互感器的變換精度誤差、輸電線路分布電容等因素的影響，故阻抗測(cè)距法定位故障點(diǎn)位置精度不夠，測(cè)量誤差較大。而行波測(cè)距法除不受上述因素影響以外，還不受故障弧光電阻、故障類型、電源阻抗、線路不對(duì)稱（換位）等因素的影響，而且故障定位的精度較高，是目前普遍應(yīng)用的測(cè)距方法。但目前學(xué)者們很少有針對(duì)B型混合輸電線路故障定位方法的研究。

文獻(xiàn)[2]提出了一種利用時(shí)間中點(diǎn)逐段搜索算法，但需要先確定線路的時(shí)間中點(diǎn)，而且架空線與電纜線路的參數(shù)有較大差異，此方法最終確定的是故障點(diǎn)的空間距離，需要進(jìn)一步提高測(cè)距精度。本文所提到的針對(duì)B型混合輸電線路故障測(cè)距新方法采用的是混合輸電線路多點(diǎn)信息行波測(cè)距法，即在輸電線路的兩端和線纜連接點(diǎn)處分別裝設(shè)故障行波監(jiān)測(cè)裝置，采用區(qū)段組合的形式。把原有的三段式B型混合線路分解成兩段A型混合線路，并通過(guò)先確定故障區(qū)段，再利用行波測(cè)距雙端測(cè)距原理計(jì)算出準(zhǔn)確的行波測(cè)距結(jié)果。

1? B型混合輸電線路行波特性082AD4F9-3E70-4932-9C3D-3D991B836918

如圖1所示，此B混合線路由MP、QN兩段架空線路和PQ段電纜線路組成。F點(diǎn)為混合線路故障點(diǎn)，P、Q兩點(diǎn)分別為架空線路和電纜線路的連接點(diǎn)，M、N表示混合輸電線路的端點(diǎn)。其中MP段架空線路的長(zhǎng)度用LO1表示，PQ段電纜線路的長(zhǎng)度用LC表示，QN段架空線路的長(zhǎng)度用LO2表示。vc、vo分別表示行波在架空線和電纜線路的傳播速度，tMi表示安裝在線路M端的行波測(cè)距裝置第i次接收到故障行波信息的時(shí)刻，同理tPi、tQi、tNi表示安裝在線路P、Q、N端的行波測(cè)距裝置第i次接收到故障行波信息的時(shí)刻。行波故障點(diǎn)F和P、Q兩點(diǎn)都是電纜—架空線混合輸電線路的阻抗不連續(xù)點(diǎn)，當(dāng)故障行波傳播至F、P、Q兩點(diǎn)時(shí)會(huì)有折反射的現(xiàn)象發(fā)生。如圖1所示，假設(shè)故障點(diǎn)位于架空線路MP段，則會(huì)產(chǎn)生沿著線路向故障點(diǎn)兩側(cè)傳播的故障行波。當(dāng)各種行波經(jīng)過(guò)各個(gè)阻抗不連續(xù)點(diǎn)以后，行波的傳播情況變得異常復(fù)雜，所以根據(jù)原有的針對(duì)均勻傳輸線路的測(cè)距算法是無(wú)法對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位的。

2? 故障測(cè)距新算法

本算法采用的是分區(qū)段組合形式，把三段式B型混合輸電線路拆分成兩組兩段式A型混合輸電線路，即MP段架空線路與PQ段電纜線路為第一組A型混合線路;PQ段電纜線路和PN段架空線路組合成第二組A型混合輸電線路。當(dāng)線路上發(fā)生故障時(shí)，先根據(jù)設(shè)置的時(shí)間整定值對(duì)故障區(qū)段進(jìn)行判別，然后再根據(jù)行波測(cè)距原理計(jì)算出準(zhǔn)確地故障位置。

設(shè)整定時(shí)間，，并令Δt1=tM1-tQ1，Δt2=tP1-tN1，故障區(qū)段的判別和故障點(diǎn)位置的計(jì)算方法如下：

當(dāng)Δt1<ΔT1，則可以判斷出故障區(qū)段在架空線MP段，此時(shí)根據(jù)雙端測(cè)距原理計(jì)算出準(zhǔn)確的故障點(diǎn)位置，故障點(diǎn)F到母線端M側(cè)的距離：;

當(dāng)Δt1=ΔT1，則可以判斷出故障區(qū)段在連接點(diǎn)P處，因此，故障點(diǎn)到M端的距離為L(zhǎng)=LO1;

當(dāng)Δt1>ΔT1，且Δt2<ΔT2，則可以判斷出故障區(qū)段在電纜PQ段，此時(shí)根據(jù)行波測(cè)距的雙端測(cè)距原理計(jì)算出準(zhǔn)確的故障點(diǎn)位置，故障點(diǎn)F到母線端M側(cè)的距離：L=LO1+×[VC（tP1-tQ1）+LC];

當(dāng)Δt1>ΔT1，且Δt2=ΔT2，則可以判斷出故障區(qū)段在連接點(diǎn)Q處，因此，故障點(diǎn)到M端的距離為L(zhǎng)=LO1+LC;

當(dāng)Δt1>ΔT1，且Δt2>ΔT2，則可以判斷出故障區(qū)段在架空線QN段，此時(shí)根據(jù)行波測(cè)距的雙端測(cè)距原理計(jì)算出準(zhǔn)確的故障點(diǎn)位置，故障點(diǎn)F到母線端M側(cè)的距離：L=LO1+LC+×[VO（tQ1-tN1）+LO2]。

3? B型混合輸電線路新算法仿真計(jì)算

本算法采用的是我國(guó)海南聯(lián)網(wǎng)工程的線路參數(shù)，海南聯(lián)網(wǎng)工程是我國(guó)典型的三段式B型混合輸電線路，其主要的參數(shù)為：電壓等級(jí)為500 kV，廣東湛江側(cè)架空線路長(zhǎng)度為124.411 km，中間電纜線路長(zhǎng)度為31.4 km，海南福山站至林詩(shī)島終端站架空線約為13.468 km。通過(guò)電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD搭建B型混合線路模型，在線路首端母線M端，連接點(diǎn)P、Q處和線路末端N端分別裝設(shè)故障監(jiān)測(cè)裝置，以獲取故障行波到達(dá)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間數(shù)據(jù)。

分別設(shè)置故障點(diǎn)F1位于架空線MP段，距離線路M端點(diǎn)的距離為30 km;故障點(diǎn)F2距離線路首端M的距離為120 km，故障點(diǎn)F3距離線路首端M的距離為124.411 km，故障點(diǎn)F4距離線路首端M的距離為160.811 km。仿真模型中故障行波在海底電纜中的傳播速度根據(jù)電纜的依頻特性參數(shù)可求得為189 km/ms，根據(jù)架空線的參數(shù)特征求得行波在架空線中的波速度為300 km/ms。根據(jù)線路的參數(shù)可求得整定值ΔT1=248.6 μs，ΔT2=121.2 μs。

首先在距離線路首端M側(cè)30 km處設(shè)置單相接地短路故障，M、P、Q、N處的四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)初次接收到故障行波的時(shí)刻如圖2所示。

通過(guò)讀取各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)第一次接收到故障行波的時(shí)刻，有M端第一次監(jiān)測(cè)到故障行波浪涌的時(shí)刻為tM1=100 μs，P端第一次監(jiān)測(cè)到故障行波浪涌的時(shí)刻為tP1=314.8 μs，Q端第一次監(jiān)測(cè)到故障行波浪涌的時(shí)刻為tQ1=480.9 μs;Q端第一次監(jiān)測(cè)到故障行波浪涌的時(shí)刻為tN1=525.8 μs。計(jì)算可得：Δt1=-380.9 μs，Δt2=-211 μs，先與整定時(shí)間ΔT1、ΔT2進(jìn)行比較，找到故障區(qū)段，因?yàn)棣1<ΔT1，根據(jù)故障區(qū)段判別條件可得，故障點(diǎn)位于混合線路的MP段，再計(jì)算出故障點(diǎn)距離M端的距離為=29.99 km，測(cè)距誤差為10 m。同理，計(jì)算得出故障點(diǎn)F2、F3和F4在不同的距離時(shí)的側(cè)距結(jié)果，如表1所示。

通過(guò)對(duì)線路設(shè)置不同的故障點(diǎn)位置，通過(guò)表1可以看出，無(wú)論故障發(fā)生在B型混合線路的哪一區(qū)段，本文所提出的行波測(cè)距算法都能給出比較精確的測(cè)距結(jié)果。

4? 結(jié)? 論

分析了B型架空線—電纜混合輸電線路在發(fā)生故障后贊他行波的傳播特性，并提出了一種適用于B型混合輸電線路行波故障測(cè)距的新算法，測(cè)距精度高，并且消除了監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)于第二個(gè)型波波頭性質(zhì)的識(shí)別難題，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：劉輝（1987—），女，漢族，河北唐山人，工程師，講師，碩士研究生，研究方向：電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)與定位。082AD4F9-3E70-4932-9C3D-3D991B836918