考慮線路參數變化的同塔雙回交流線路雙端測距技術研究

國網陜西西咸新區供電公司 張智鵬

同塔雙回交流輸電所需的線路走廊較窄，輸電容量較大，且有時存在輸電距離遠的特點，交流線路是同塔雙回交流系統的重要組成部分，其線路長、電壓等級高，大部分線路環境惡劣，極易引發斷路或者短路故障[1-2]。同塔雙回交流線路在電網輸送中的應用越來越廣泛，考慮線路參數變化[3]，通過對同塔雙回交流線路的糾正節點測距具有重要意義，相關的同塔雙回交流線路故障檢測技術研究受到人們的極大關注。

近年來，已有相關學者對同塔雙回線路做出了研究，文獻[4]提出局部同塔雙回直流線路故障行波傳播特性，并針對特性研究行波保護的影響，通過對分界點不同線路側向雙回塔線路分界點各側段的耦合特點，結合分界點各側線段的相模變換，得到了不同線路段入射分界點各電壓模量行波的交叉折射系數。在此基礎上，檢測局部同塔雙線不同線路的路段單極接地故障時，各電壓模量行波交叉折射。

文獻[5]提出基于ATP-EMTP的交直流同塔多回輸電線路耐雷性能分析。基于ATP-EMTP，建立了±800kV/500kV交直流輸電線路的架空輸電線路仿真模型。分析了不同接地電阻和不同桿塔高度下的反擊耐雷性能，并與分別建立的±800kV直流輸電線路和500kV交流輸電線路進行比較，計算了同塔交直流組合多塔輸電線路的跳閘率。雖然上述研究取得一定進展，但是進行同塔雙回交流線路雙端測距的模糊度較大，且準確性較低，精度較差。針對上述問題，本文提出基于線路參數變化特征分析的同塔雙回交流線路雙端測距技術。最后進行仿真實驗分析，展示了本方法在提高同塔雙回交流線路雙端測距和故障檢測能力方面的優越性能。

1 同塔雙回交流線路雙端測距的信號模型及線路參數采樣

1.1 測距校準故障信號采集模型構建

為實現對同塔雙回交流線路雙端測距優化，實現對同塔雙回交流線路的故障診斷，構建同塔雙回交流線路雙端測距的輸電線路分布參數模型，具體如圖1所示。

在圖1中，若U1、I1時，沿線路dx處的電流電壓U、I為：

式中：j為單位長度阻抗；R為線路dx處的電阻。為精確測量故障距離，首先需獲取故障信號，可采用精密傳感裝置進行線路故障節點的距離和方位信息采集，從而獲取故障信號。其中，同塔雙回交流線路的故障測距負載功率為：

式中：λ為線路的傳播常數。為獲取線路故障節點的距離和方位信息，采用方位信息自動估算方法，計算傳感分布場行列式，得到雙回交流線路中心波達角θi。其同塔雙回交流線路雙端測距的傳感分布場行列式表達式為：

式中：ai與aj分別為輸電線路分布參數模型中不同位置的平衡負荷系數。其中，連續孔徑m≥2，考慮同塔雙回交流線路故障節點的特征矢量，構建測距校準故障信號采集模型，其表達式為：

式中：si為故障節點分布的二次諧波信號；n（t）為干擾源，在多次回波下進行雙回交流線路的回波探測，根據回波分布，進行同塔雙回交流線路雙端測距和自動校準，構建測距校準故障信號采集模型，在此基礎上，采樣及融合處理線路參數。

1.2 線路參數采樣及融合處理

依據所構建的測距校準故障信號采集模型，根據故障信號采集模型對采集的距離信息采用空間波束集成方法進行線路參數結構重組，提取同塔雙回交流線路雙端測距信息的數據關聯信息特征，構建線路參數分布結構模型：

式中：y(t)為同塔雙回交流線路傳播常數，y(t)T為同塔雙回交流線路傳播常數轉置，對參數分布結構模型中的M個陣元，提取線路參數的統計特征量，并根據提取結果構建物聯網環境下的同塔雙回交流線路雙端測距線路參數融合模型。其中，線路參數的統計特征量提取公式為：

式中：b（θi）為正序分量，為檢驗統計特征量是否符合參數融合模型的融合規則，需分析線路參數的融合性特征，本文將采用回波檢測方法，線路參數的融合性特征分量，其表達式為：

根據線路故障參數融合方法，進行線路雙端測距的參數自動調節和模糊控制。采用有限特征分解方法，進行線路故障節點的模糊探測，對同塔雙回交流線路雙端測距信息進行多重尺度分解，同塔雙回交流線路雙端測距的包絡幅值為gi，回波探測的二階矩形式：

式中：σ2n為噪聲方差，IM為回波探測M節點處的電流，δ（y,k）為δ函數，t為探測所需時間，k為探測基礎層。對同塔雙回交流線路雙端測距的線路參數融合處理，構建同塔雙回交流線路雙端測距的信道傳輸模型，結合自動測量方法進行線路參數特征融合模型表示為：

式中：Ps為相位差。進行同塔雙回交流線路雙端測距的模糊估計和特征建模，提高同塔雙回交流線路雙端測距的準確性，實現同塔雙回交流線路參數采樣和融合處理。

2 線路故障測距優化

2.1 線路參數變化下雙端測距的自動校準

在上述構建同塔雙回交流線路雙端測距自動校準的線路參數采樣模型，并采用精密傳感裝置進行線路故障節點的距離和方位信息等參數分析的基礎上，進行線路參數變化下雙端測距的自動校準，提取同塔雙回交流線路雙端測距信息的相關性特征量，在線路參數變化的情況下進行故障節點的差異性特征分析和提取，采用同塔雙回交流線路雙端測距算法進行距離參數估計，距離參數滿足Snell（斯涅爾）定律，即：

式中：Cα為同塔雙回交流線路故障節點掃描的波速；Cβ為回波反射的速率；Cγ為精密傳感裝置測量的精度；α為入射角；β為回波反射角；γ為故障測距回波探測的折射角。計算第i個目標特征衰減量，得到故障測距回波探測的傳播衰減為：

設計準確有效的同塔雙回交流線路雙端測距算法，采用精密傳感裝置進行故障節點的距離參數的優化估計。對應某一值，波速false 取對應額定轉矩值，其中額定轉矩是對精密傳感裝置的負載能力進行分析的主要參量，精密傳感裝置進行故障節點聚類估計的位移和相位參數分別為：

式中：π為線路參數無限不循環數值；N為線路參數總量；kb為線路平滑濾波值；fb為非線性映射；c為精密傳感裝置基本層。在線路參數的動態變化下，采用最小均方根誤差估計方法進行精密傳感裝置的輸出收斂性控制，得到Δφ=φa-φb，Δφ表示故障節點的雙端測距的自動校準估計。根據上述分析，完成線路參數變化下雙端測距的自動校準和測距，然后自適應估算線路故障節點距離。

2.2 線路故障節點距離的自適應估算

在線路參數變化下雙端測距自動校準的基礎上，進行故障節點的差異性特征分析和提取，采用線路參數融合方法進行同塔雙回交流線路雙端測距的自動校準，分析同塔雙回交流線路雙端測距模型。采用波達方向估計方法，估計多個同塔雙回交流線路雙端測距的源回波反射系數：

同塔雙回交流線路雙端測距的透射系數為：

式中，θ1為故障測距回波探測的入射角；θ2為線路雙端測距的節點分布折射角；ρ1和ρ2均為兩介質的特性阻抗；c1、c2均為精密傳感裝置對應基本層。在分布式陣元中，同塔雙回交流線路雙端測距的線路參數分布模型滿足I=E/St。E為能量；S為面積；t為時間。采用線路參數融合方法進行同塔雙回交流線路雙端測距的自動校準，當折射率sinθ1=c1/c2，構建線路參數的動態變化的動態特征分布模型，表示為：

式中：Δ為模塊誤差，根據上述分析，得到同塔雙回交流線路雙端測距的系統結構如圖2所示。

通過上述設計，構建同塔雙回交流線路雙端測距信道傳輸模型，為實現同塔雙回交流線路雙端測距優化奠定理論基礎。

3 仿真實驗與結果分析

為測試本文方法在實現同塔雙回交流線路雙端測距中的應用性能，進行仿真試驗分析。試驗算法設計采用Matlab設計，同塔雙回交流線路節點分布的碼元數為800，故障節點之間的輸出信噪比定為-12dB，對同塔雙回交流線路故障樣本信息采樣的精密傳感裝置的個數為200，根據上述仿真環境和參數設定，進行同塔雙回交流線路雙端故障測距，得到故障測距的頻率分布和幅值如圖3所示。

根據圖3的參數采樣結果，在線路參數變化的情況下進行故障節點的差異性特征分析和提取，采用線路參數融合方法進行同塔雙回交流線路雙端測距的自動校準，得到故障節點測距校準輸出如圖4所示。

分析圖4得知，采用本文方法進行同塔雙回交流線路雙端測距的參數校準能力較好，由此實現對同塔雙回交流線路雙端故障節點距離參數的優化估計。利用文獻[4]提出局部同塔雙回直流線路故障行波傳播特性方法，以及文獻[5]提出基于ATP-EMTP的交直流同塔多回輸電線路耐雷性能分析方法，測試估計精度，其中基準值通常為1.000，對比分析不同方法的測距精度，得到對比結果見表1。

表1 測距精度對比

分析表1得知，文獻[4]方法和文獻[5]方法的測距精度值較低，采用本文方法進行同塔雙回交流線路雙端故障節點距離參數估計的精度較高，測距準確性較好，其原因是本文方法進行線路參數變化下雙端測距的自動校準，有效提取同塔雙回交流線路雙端測距信息的相關性特征量，在線路參數變化的情況下進行故障節點的差異性特征分析和提取，采用同塔雙回交流線路雙端測距算法進行距離參數估計，一定程度上有利于提高測距精度。

4 結語

對線路參數變化下雙端測距進行自動校準，并完成線路故障節點距離的自適應估算，實現同塔雙回交流線路雙端測距技術。研究得知，采用本文考慮線路參數變化的同塔雙回交流線路雙端測距技術進行同塔雙回交流線路故障節點測距的準確性較高，收斂性較好，在實際應用中可以進一步推廣。在后續研究進程中，需要充分考慮同塔雙回交流線路雙端測距的不同特征，并依據實際開發情況進行全新度量。