B型混合輸電線路行波測距方法

摘? 要：文章分析了B型混合輸電線路在發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距新算法，該算法先對輸電線路的故障區段進行判別，判斷出故障區段之后再根據相關監測點接收到的故障行波時刻，利用雙端測距原理定位到準確的故障點位置。此故障測距新算法可以消除單端測距原理中對故障監測設備接收到的第二個行波的波頭性質的識別難題，當B型混合輸電線路上發生故障時能夠迅速、準確地定位到故障點，具有很好的工程應用價值。

關鍵詞：B型混合輸電線路;行波測距;故障區段;故障測距

中圖分類號：TM726? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：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

電力電纜與傳統架空線相比，有供電可靠性高、受環境影響小，并且敷設節省空間資源等優點，隨之而生的就出現了很多架空線—電纜混合輸電線路。并且，人們對風力資源的開發、海上資源的利用、以及跨海峽的區域電網互聯等技術的不斷提升，使得混合型輸電線路在配電網絡中得到了廣泛的應用。但是，適用于均勻輸電線路的行波測距法并不適用于混合輸電線路，尤其是針對三段式B型混合線路的故障測距算法較少，為了解決B型混合輸電線路發生故障時，如何快速定位到故障點，并進行線路維修盡快恢復供電，對提高供電系統的供電可靠性具有十分重要的意義。對此，本文提出了新的行波測距算法，并進行仿真驗證。

目前的電纜—架空線混合輸電線路按照結構主要可分為兩種，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。例如我國的海南500 kV聯網工程，采用的就是三段式B型混合輸電線路。目前，針對輸電線路故障測距的研究主要有阻抗測距法和行波測距法。阻抗測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，故阻抗測距法定位故障點位置精度不夠，測量誤差較大。而行波測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，是目前普遍應用的測距方法。但目前學者們很少有針對B型混合輸電線路故障定位方法的研究。

文獻[2]提出了一種利用時間中點逐段搜索算法，但需要先確定線路的時間中點，而且架空線與電纜線路的參數有較大差異，此方法最終確定的是故障點的空間距離，需要進一步提高測距精度。本文所提到的針對B型混合輸電線路故障測距新方法采用的是混合輸電線路多點信息行波測距法，即在輸電線路的兩端和線纜連接點處分別裝設故障行波監測裝置，采用區段組合的形式。把原有的三段式B型混合線路分解成兩段A型混合線路，并通過先確定故障區段，再利用行波測距雙端測距原理計算出準確的行波測距結果。

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點為混合線路故障點，P、Q兩點分別為架空線路和電纜線路的連接點，M、N表示混合輸電線路的端點。其中MP段架空線路的長度用LO1表示，PQ段電纜線路的長度用LC表示，QN段架空線路的長度用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端的行波測距裝置第i次接收到故障行波信息的時刻，同理tPi、tQi、tNi表示安裝在線路P、Q、N端的行波測距裝置第i次接收到故障行波信息的時刻。行波故障點F和P、Q兩點都是電纜—架空線混合輸電線路的阻抗不連續點，當故障行波傳播至F、P、Q兩點時會有折反射的現象發生。如圖1所示，假設故障點位于架空線路MP段，則會產生沿著線路向故障點兩側傳播的故障行波。當各種行波經過各個阻抗不連續點以后，行波的傳播情況變得異常復雜，所以根據原有的針對均勻傳輸線路的測距算法是無法對故障點進行準確定位的。

2? 故障測距新算法

本算法采用的是分區段組合形式，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。當線路上發生故障時，先根據設置的時間整定值對故障區段進行判別，然后再根據行波測距原理計算出準確地故障位置。

設整定時間，，并令Δt1=tM1-tQ1，Δt2=tP1-tN1，故障區段的判別和故障點位置的計算方法如下：

當Δt1<ΔT1，則可以判斷出故障區段在架空線MP段，此時根據雙端測距原理計算出準確的故障點位置，故障點F到母線端M側的距離：;

當Δt1=ΔT1，則可以判斷出故障區段在連接點P處，因此，故障點到M端的距離為L=LO1;

當Δt1>ΔT1，且Δt2<ΔT2，則可以判斷出故障區段在電纜PQ段，此時根據行波測距的雙端測距原理計算出準確的故障點位置，故障點F到母線端M側的距離：L=LO1+×[VC（tP1-tQ1）+LC];

當Δt1>ΔT1，且Δt2=ΔT2，則可以判斷出故障區段在連接點Q處，因此，故障點到M端的距離為L=LO1+LC;

當Δt1>ΔT1，且Δt2>ΔT2，則可以判斷出故障區段在架空線QN段，此時根據行波測距的雙端測距原理計算出準確的故障點位置，故障點F到母線端M側的距離：L=LO1+LC+×[VO（tQ1-tN1）+LO2]。

3? B型混合輸電線路新算法仿真計算

本算法采用的是我國海南聯網工程的線路參數，海南聯網工程是我國典型的三段式B型混合輸電線路，其主要的參數為：電壓等級為500 kV，廣東湛江側架空線路長度為124.411 km，中間電纜線路長度為31.4 km，海南福山站至林詩島終端站架空線約為13.468 km。通過電磁暫態仿真軟件PSCAD搭建B型混合線路模型，在線路首端母線M端，連接點P、Q處和線路末端N端分別裝設故障監測裝置，以獲取故障行波到達各個監測點的時間數據。

分別設置故障點F1位于架空線MP段，距離線路M端點的距離為30 km;故障點F2距離線路首端M的距離為120 km，故障點F3距離線路首端M的距離為124.411 km，故障點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電纜的依頻特性參數可求得為189 km/ms，根據架空線的參數特征求得行波在架空線中的波速度為300 km/ms。根據線路的參數可求得整定值ΔT1=248.6 μs，ΔT2=121.2 μs。

首先在距離線路首端M側30 km處設置單相接地短路故障，M、P、Q、N處的四個監測點初次接收到故障行波的時刻如圖2所示。

通過讀取各個監測點第一次接收到故障行波的時刻，有M端第一次監測到故障行波浪涌的時刻為tM1=100 μs，P端第一次監測到故障行波浪涌的時刻為tP1=314.8 μs，Q端第一次監測到故障行波浪涌的時刻為tQ1=480.9 μs;Q端第一次監測到故障行波浪涌的時刻為tN1=525.8 μs。計算可得：Δt1=-380.9 μs，Δt2=-211 μs，先與整定時間ΔT1、ΔT2進行比較，找到故障區段，因為Δt1<ΔT1，根據故障區段判別條件可得，故障點位于混合線路的MP段，再計算出故障點距離M端的距離為=29.99 km，測距誤差為10 m。同理，計算得出故障點F2、F3和F4在不同的距離時的側距結果，如表1所示。

通過對線路設置不同的故障點位置，通過表1可以看出，無論故障發生在B型混合線路的哪一區段，本文所提出的行波測距算法都能給出比較精確的測距結果。

4? 結? 論

分析了B型架空線—電纜混合輸電線路在發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距的新算法，測距精度高，并且消除了監測點對于第二個型波波頭性質的識別難題，具有很好的應用價值。

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作者簡介：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：電網故障監測與定位。082AD4F9-3E70-4932-9C3D-3D991B836918