电缆—架空线混合线路故障测距方法综述

梁凤强 张真 汲长骞

引言

随着现代城市化建设的快速发展，可用土地资源日益紧张，而纵横交错的架空线路占用了大量的可用空间，是阻碍城市化建设的主要因素之一。因而，用电缆网络供电逐步取代架空线网络供电成为现代城市化建设的必然趋势。与架空线相比，电缆线具有输电容量和可靠性高、应用成本低、节省空间以及美化市容等优点，在我国得到了广泛应用，在原有架空线网络供电的基础上逐步发展为电缆—架空线混合线路供电。然而由于电缆的运行环境恶劣、制造工艺不完善等因素，常常造成电缆绝缘水平下降，造成电缆接地故障。同样，架空线也经常由于绝缘子质量不过关、恶劣的天气以及人为外力的破坏等因素而发生故障。

当输电线路发生故障时，精确定位故障点不仅能够减轻人工巡线的负担，而且又能使线路快速恢复供电，减少停电引起的经济损失。随着电缆—架空线混合输电线路的广泛应用，如何精确定位故障点意义重大。本文介绍了各种混合故障测距方法，并介绍了各种方法的优势与不足，最后对各种方法的前景做了展望。

1、利用阻抗法进行混合线路故障测距

利用阻抗法进行混合故障测距的原理是先将某一侧的线路参数归算到另一侧，在依据利用输电线路发生故障时所搜集到的故障电压与故障电流信息计算出线路阻抗，而输电线路中阻抗是与其长度成正比的，由此计算处测量点到故障点的距离，最后再进行回代计算得出最终测距结果。该方法的优势在于测量的电气量为工频电压与工频电流，无需外加其他测量设备，方便简单，具有较高的经济性，被广泛应用于继电保护和故障录波中。但阻抗法受系统阻抗、线路运行方式以及过渡电阻等因素的影响较大，使得测距精度大大降低，虽然随着计算机技术在电力系统中的应用，微机式的继电保护装置能够快速准确的将输电线路发生故障时的各种电气量记录下来，并进行分析计算，提高了阻抗法的测距精度。但影响阻抗法测距精度的因素仍然不能很好的解决，而且由于线路之间参数的不同，需要进行归算，从而加大了测距误差。故目前很少用阻抗法进行混合线路故障测距。

2、利用行波法进行混合线路故障测距

行波法可以划分为单端法和双端法，单端法是利用故障行波在母线某侧测量装置与故障点之间往返一次所用的时间差值来进行测距计算，双端法是利用故障行波到达母线两侧的时间差值来进行测距计算。行波法的主要优势在于受输电线路的运行方式、过渡电阻、互感器变换误差以及线路参数沿走廊分布不均匀等因素的影响比较小，测距的精度比较高，已在110Kv及以上输电线路中得到广泛的应用，实际测距误差可以的达到200m以内。为了进一步减小行波测距的误差，一些学者提出了利用小波变换来确定暂态故障行波到达测距装置的时刻。

首先，通过将混合输电线路发生故障后故障行波首次都爱打母线两侧的时间差值与整定值进行比较来确定故障发生区段，然后利用双端行波测距原理来给出故障测距结果的公式。但线路两侧时间的准确同步问题以及混合线路长度误差对测距精度的影响较大。仿真结果表明，测距误差在1km以内。在一定的基础上，以在架空线与电缆的连接点处发生故障后，故障行波到达母线两侧的时间差值为基准值；当混合输电线路故障发生时，通过所测得的故障初始行波到达母线两侧的时间差值与基准值比较判断故障发生区段，并由单端测距原理给出测距结果。消除了混线路两侧时间的准确同步问题以及混合线路长度误差对测距精度的影响。Matlab仿真结果表明，测距误差在200m以内。在一定的基础上对单端行波测距加以改进，利用双端原理根据混合线路故障初始行波到达两端的时间差进行故障区段的选择，通过单端测距原理给出初步测距结果，结合故障初始行波到达线路两侧的时间差由单端原理给出准确结果。使得测距的准确性和可靠性得以提高。ATP仿真表明，测距误差在200m以内。基于时间中点的双端行波故障测距算法，此算法只需知道线路的具体结构及行波在各介质中的波速度，就可以计算出行波在此段架空-电缆混合配电线路中的运动时间，进而准确定位故障点。该算法不仅解决了传统双端行波测距不适于波速不连续的架空-电缆混合配电线路的问题，而且也解决了多段电缆-架空线的测距问题。所提出的基于组合行波原理的高压架空线_电缆混合线路故障测距方法是目前行波测距方法中，测距误差较小，可靠性较高的的方法。而所提方法是在多段混合线路故障中应用前景比较好的一种方法。

3、结论

本文对现有的各种测距方法进行了综述，分析了各种方法的优势与不足，得到如下结论：利用行波法进行混合线路故障测距较利用阻抗法进行混合线路故障测距有较大的优势，在行波法中，基于组合行波原理的高压架空线-电缆混合线路故障测距方法和基于时间中点的双端行波故障测距算法具有较高的可行性和良好的应用前景，应进一步推广应用。

（作者單位：1.山东理工大学电气与电子工程学院；2.临沂超越电力建设有限公司）