架空线-电力电缆混合线路故障定位方法

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1、架空线-电力电缆混合线路故障定位方法赛义德·厄尔尼诺1,马姆杜·穆罕默德1,阿卜杜勒·阿齐兹2哈利勒·易卜拉欣·马哈茂德2（1．埃及开罗大学工程学院，2． 科威特技术研究学院)摘要：本文提出了一种地上架空线与地下电力电缆混合线路系统的故障定位方法。该算法需要从远端的传输线终端获得测量的数据相量和同步测量相量。故障定位方法基于分布式模型，模态转换理论和离散傅里叶变换。该方法可用于在线或离线数字故障记录仪器进行故障测距。所提出的方案能够定架空线或在地下电力电缆故障位置。此外，该方案能够计算出较为准确的故障位置电阻。经过大

2、量使用MATLAB进行的模拟仿真研究表明，该方案提供了一种在故障条件下高准确度的故障定位方法。关键词：故障定位；模态转换；相量提取；架空线路-电力电缆混合线路0.引言架空输电线路与地下电缆混合输电线路是电力系统的一个组成部分，这种混联输电方式较为复杂，但是具有良好的传输可靠性，能够提供高质量的电能配送服务。雷击，树木倒塌，空气污染物对绝缘子的侵蚀沾污导致绝缘强度下降等都有可能引起架空线故障。冰和雪荷载也可能造成绝缘子串联或机械损坏从而引发电力故障。地下电力电缆故障可能是电缆切断或者电缆绝缘老化导致电缆相互粘连等一系列

3、因素诱发。混联线路故障定位对电力系统经济运行至关重要。准确故障定位将有助于快速地修复电力故障，提高系统可靠性，降低运营成本，并且节省时间和省去巡线人员在恶劣天气和复杂地形查线的不便[1]。当代故障定位方法对地下架空线可以分为两种主要类型[2]：一种是通过测量故障后线路阻抗进行故障定位的方法。这种算法只适用于基本测量信号[3,4]的组成部分。另一种是测量故障部位产生的行波从而进行定位。[5-8]电力系统中的架空线路-电力电缆混合输电线路故障测距主要问题在架空线和电力电缆对地阻抗和零序阻抗相差较大。此外，电缆的波阻抗约为

4、架空线路的十分之一（即架空线约为400至600，而电力电缆约为40至60）。这导致了实际中较大故障位置测量距离误差[9]。本文基于分布式模型及模态转换线理论提出了一种架空线-电力电缆混合输电线路故障定位方法。它适用于数字继电器的在线测量，也可以通过数字存储设备存储的故障数据进行离线操作。本方案考虑了架空线路和电缆两部分相互调换，并且进行故障或故障阻力没有边界条件的假设。大量的模拟通过使用MATLAB电气系统模块库仿真环境进行模拟仿真，该电气系统模块库提供类似EMTP/ATP的的模拟，并且使建模的电力系统基础组成部分在

5、同一环境下控制，聪儿促进闭环仿真[10]。支持MATLAB的模拟仿真的主要的因素包括：(1)灵活的软件结构：数据库，模型和程序能够在同一程序中方便的整合不同模型组件。(2)Matlab及其时域解算器建立一个友好和开放的系统。新的模型和数据库可以不通过修改现有部分添加到程序包中。为了说明这个方法，文章第2章为单相线路故障定位方法（无论是架空线或电缆线），第3章扩展到三相电路故障定位，然后结合第四章三相架空线-电力电缆。第五六章对模拟案例研究中使用和测试结果进行评估。最后第七章进行总结。１.单相故障定位方法单相输电线路的

6、电压和电流的是故障点距输电线末端的函数。这些参数可与输电线路线所谓的报务员的方程[11]参数相联系：(1)R,I,G和C分别为单位长度的电阻，电感，电导和电容。说明：（1）这种技术的基本思想是解决均衡。（2）利用图示的边界条件以替代：,,V0=VR,I0=IR,解决方案为(2)考虑到发送端边界条件情况，VL=VS和IL=IS（L为总的线路长度），解决方案为：(3)如图1所示，故障点的F在电力输电线SR上距接收R端D公里。电力输电线被分为等同的两部分。一部分是输电线SF，长（L-D）公里，另一部分是输电线路FR，长D公

7、里。这两部分仍然可以被视为作为完好的电力输电线。这意味着，在两部分输电线在任何一点的电压可以有末端的测量电压和电流表示[13]。此外，故障点F的电压表示两个数据集（VS，IS）和技术（VR，IR）是相同的。然后，距接收端D公里远的电压可用公式（2）和（3）(4)由于VF是在同一点F的电压，求解方程（4），求出距离接收端D公里的故障位置。(5)其中(6)图1：单相电力输电线2.三相线故障定位方法2.1模态分解为了实现第2节所述的三相系统故障定位方法，相位信号通过模态转换矩阵分解为模态元件。基于变换矩阵的特征向量，其频变

8、可用于多相线换位，其中相阻抗和导纳矩阵可以用来确定当前和电压的变换矩阵。对于均衡（同样换位）多相电力输电线，两个矩阵可以很容易地选择成为具有不同作用的转换矩阵的一个如凯伦贝尔价值转换矩阵，和克拉克的转变。本文中提到的去耦转化和克拉克变换矩阵使用其负序或零序分量（0）和两个固定相组件（和）[14]。相电压和电流转化为地下模式和两种架空线模式：(7