B型混合输电线路行波测距方法

摘  要：文章分析了B型混合输电线路在发生故障以后故障行波的传播特性，提出了一种基于B型混合线路行波故障测距新算法，该算法先对输电线路的故障区段进行判别，判断出故障区段之后再根据相关监测点接收到的故障行波时刻，利用双端测距原理定位到准确的故障点位置。此故障测距新算法可以消除单端测距原理中对故障监测设备接收到的第二个行波的波头性质的识别难题，当B型混合输电线路上发生故障时能够迅速、准确地定位到故障点，具有很好的工程应用价值。

关键词：B型混合输电线路;行波测距;故障区段;故障测距

中图分类号：TM726         文献标识码：A文章编号：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

电力电缆与传统架空线相比，有供电可靠性高、受环境影响小，并且敷设节省空间资源等优点，随之而生的就出现了很多架空线—电缆混合输电线路。并且，人们对风力资源的开发、海上资源的利用、以及跨海峡的区域电网互联等技术的不断提升，使得混合型输电线路在配电网络中得到了广泛的应用。但是，适用于均匀输电线路的行波测距法并不适用于混合输电线路，尤其是针对三段式B型混合线路的故障测距算法较少，为了解决B型混合输电线路发生故障时，如何快速定位到故障点，并进行线路维修尽快恢复供电，对提高供电系统的供电可靠性具有十分重要的意义。对此，本文提出了新的行波测距算法，并进行仿真验证。

目前的电缆—架空线混合输电线路按照结构主要可分为两种，即A型混合输电线路和B型混合输电线路。A型混合线路由一段架空线和一段电缆线路组成;B型混合输电线路由两端的架空线路和中间的电缆线路组成。例如我国的海南500 kV联网工程，采用的就是三段式B型混合输电线路。目前，针对输电线路故障测距的研究主要有阻抗测距法和行波测距法。阻抗测距法主要受到互感器的变换精度误差、输电线路分布电容等因素的影响，故阻抗测距法定位故障点位置精度不够，测量误差较大。而行波测距法除不受上述因素影响以外，还不受故障弧光电阻、故障类型、电源阻抗、线路不对称（换位）等因素的影響，而且故障定位的精度较高，是目前普遍应用的测距方法。但目前学者们很少有针对B型混合输电线路故障定位方法的研究。

文献[2]提出了一种利用时间中点逐段搜索算法，但需要先确定线路的时间中点，而且架空线与电缆线路的参数有较大差异，此方法最终确定的是故障点的空间距离，需要进一步提高测距精度。本文所提到的针对B型混合输电线路故障测距新方法采用的是混合输电线路多点信息行波测距法，即在输电线路的两端和线缆连接点处分别装设故障行波监测装置，采用区段组合的形式。把原有的三段式B型混合线路分解成两段A型混合线路，并通过先确定故障区段，再利用行波测距双端测距原理计算出准确的行波测距结果。

1  B型混合输电线路行波特性082AD4F9-3E70-4932-9C3D-3D991B836918

如图1所示，此B混合线路由MP、QN两段架空线路和PQ段电缆线路组成。F点为混合线路故障点，P、Q两点分别为架空线路和电缆线路的连接点，M、N表示混合输电线路的端点。其中MP段架空线路的长度用LO1表示，PQ段电缆线路的长度用LC表示，QN段架空线路的长度用LO2表示。vc、vo分别表示行波在架空线和电缆线路的传播速度，tMi表示安装在线路M端的行波测距装置第i次接收到故障行波信息的时刻，同理tPi、tQi、tNi表示安装在线路P、Q、N端的行波测距装置第i次接收到故障行波信息的时刻。行波故障点F和P、Q两点都是电缆—架空线混合输电线路的阻抗不连续点，当故障行波传播至F、P、Q两点时会有折反射的现象发生。如图1所示，假设故障点位于架空线路MP段，则会产生沿着线路向故障点两侧传播的故障行波。当各种行波经过各个阻抗不连续点以后，行波的传播情况变得异常复杂，所以根据原有的针对均匀传输线路的测距算法是无法对故障点进行准确定位的。

2  故障测距新算法

本算法采用的是分区段组合形式，把三段式B型混合输电线路拆分成两组两段式A型混合输电线路，即MP段架空线路与PQ段电缆线路为第一组A型混合线路;PQ段电缆线路和PN段架空线路组合成第二组A型混合输电线路。当线路上发生故障时，先根据设置的时间整定值对故障区段进行判别，然后再根据行波测距原理计算出准确地故障位置。

设整定时间，，并令Δt1=tM1-tQ1，Δt2=tP1-tN1，故障区段的判别和故障点位置的计算方法如下：

当Δt1<ΔT1，则可以判断出故障区段在架空线MP段，此时根据双端测距原理计算出准确的故障点位置，故障点F到母线端M侧的距离：;

当Δt1=ΔT1，则可以判断出故障区段在连接点P处，因此，故障点到M端的距离为L=LO1;

当Δt1>ΔT1，且Δt2<ΔT2，则可以判断出故障区段在电缆PQ段，此时根据行波测距的双端测距原理计算出准确的故障点位置，故障点F到母线端M侧的距离：L=LO1+×[VC（tP1-tQ1）+LC];

当Δt1>ΔT1，且Δt2=ΔT2，则可以判断出故障区段在连接点Q处，因此，故障点到M端的距离为L=LO1+LC;

当Δt1>ΔT1，且Δt2>ΔT2，则可以判断出故障区段在架空线QN段，此时根据行波测距的双端测距原理计算出准确的故障点位置，故障点F到母线端M侧的距离：L=LO1+LC+×[VO（tQ1-tN1）+LO2]。

3  B型混合输电线路新算法仿真计算

本算法采用的是我国海南联网工程的线路参数，海南联网工程是我国典型的三段式B型混合输电线路，其主要的参数为：电压等级为500 kV，广东湛江侧架空线路长度为124.411 km，中间电缆线路长度为31.4 km，海南福山站至林诗岛终端站架空线约为13.468 km。通过电磁暂态仿真软件PSCAD搭建B型混合线路模型，在线路首端母线M端，连接点P、Q处和线路末端N端分别装设故障监测装置，以获取故障行波到达各个监测点的时间数据。

分别设置故障点F1位于架空线MP段，距离线路M端点的距离为30 km;故障点F2距离线路首端M的距离为120 km，故障点F3距离线路首端M的距离为124.411 km，故障点F4距离线路首端M的距离为160.811 km。仿真模型中故障行波在海底电缆中的传播速度根据电缆的依频特性参数可求得为189 km/ms，根据架空线的参数特征求得行波在架空线中的波速度为300 km/ms。根据线路的参数可求得整定值ΔT1=248.6 μs，ΔT2=121.2 μs。

首先在距离线路首端M侧30 km处设置单相接地短路故障，M、P、Q、N处的四个监测点初次接收到故障行波的时刻如图2所示。

通过读取各个监测点第一次接收到故障行波的时刻，有M端第一次监测到故障行波浪涌的时刻为tM1=100 μs，P端第一次监测到故障行波浪涌的时刻为tP1=314.8 μs，Q端第一次监测到故障行波浪涌的时刻为tQ1=480.9 μs;Q端第一次监测到故障行波浪涌的时刻为tN1=525.8 μs。计算可得：Δt1=-380.9 μs，Δt2=-211 μs，先与整定时间ΔT1、ΔT2进行比较，找到故障区段，因为Δt1<ΔT1，根据故障区段判别条件可得，故障点位于混合线路的MP段，再计算出故障点距离M端的距离为=29.99 km，测距误差为10 m。同理，计算得出故障点F2、F3和F4在不同的距离时的侧距结果，如表1所示。

通过对线路设置不同的故障点位置，通过表1可以看出，无论故障发生在B型混合线路的哪一区段，本文所提出的行波测距算法都能给出比较精确的测距结果。

4  结  论

分析了B型架空线—电缆混合输电线路在发生故障后赞他行波的传播特性，并提出了一种适用于B型混合输电线路行波故障测距的新算法，测距精度高，并且消除了监测点对于第二个型波波头性质的识别难题，具有很好的应用价值。

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作者简介：刘辉（1987—），女，汉族，河北唐山人，工程师，讲师，硕士研究生，研究方向：电网故障监测与定位。082AD4F9-3E70-4932-9C3D-3D991B836918