一種t接電纜的在線故障測(cè)距方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的故障檢測(cè)，更具體地說，涉及一種T接電纜的在線故障測(cè) 距方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于電纜不受自然條件影響，體積小，不占線路走廊空間，具有安全、可靠、能改善 城市布局等優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)前電力系統(tǒng)中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。尤其是T接電纜，由于接線 方式簡(jiǎn)單、施工速度快，并且可以有效減少設(shè)備投資，節(jié)約輸電走廊用地，因此得到電力工 程人員的廣泛關(guān)注。
[0003] 然而，由于絕緣老化變質(zhì)、熱負(fù)荷、機(jī)械損傷、護(hù)層腐蝕、絕緣受潮、過電壓、材料缺 陷等原因，使電纜出現(xiàn)不同形式的故障。電纜事故的發(fā)生，不僅會(huì)造成大面積的停電或生產(chǎn) 事故，致使經(jīng)濟(jì)受到重大損失，有時(shí)還會(huì)引起社會(huì)負(fù)面影響。但由于其埋藏于地下，尤其 是敷設(shè)于水下、地下等隱蔽的場(chǎng)所，運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，一旦發(fā)生故障，確定故障的位置是非常 困難的。因此，快速排除電纜故障，對(duì)提高電力系統(tǒng)的供電可靠性、減少用戶經(jīng)濟(jì)損失具有 重要意義。
[0004] 電纜線路的故障測(cè)距方式有離線法和在線法兩大類。然而，由于電纜故障測(cè)距的 在線法理論和技術(shù)都還很不成熟，目前主要還是離線法。離線法主要有：電橋法、駐波法、 低壓脈沖反射法、脈沖電壓法、脈沖電流法、二次脈沖法、現(xiàn)代行波改進(jìn)法。電橋法及低壓脈 沖反射法對(duì)低阻故障很準(zhǔn)確，但對(duì)高阻故障不適用；直流閃測(cè)法和沖擊閃測(cè)法，分別測(cè)試間 歇故障及高阻故障；電壓法可測(cè)率高，波形清晰易判，盲區(qū)比電流法少一倍，但接線復(fù)雜，分 壓過大時(shí)對(duì)人及儀器有危險(xiǎn)，電流法則相反。目前這兩種方法是國(guó)產(chǎn)高阻故障測(cè)試儀的主 要方法，基本上解決了電纜高阻故障測(cè)試問題。但儀器有盲區(qū)，且波形有時(shí)不夠明顯，靠人 為判斷，儀器誤差相對(duì)較大。在二十世紀(jì)九十年代出現(xiàn)的二次脈沖法，結(jié)合了高壓發(fā)生器沖 擊閃絡(luò)技術(shù)，在故障點(diǎn)起弧的瞬間通過內(nèi)部裝置觸發(fā)發(fā)射一低壓脈沖，此脈沖在故障點(diǎn)閃 絡(luò)處（電弧的電阻值很低）發(fā)生短路反射，并記憶在儀器中，電弧熄滅后，復(fù)發(fā)一測(cè)量脈沖 通過故障處直達(dá)電纜末端并發(fā)生開路反射，比較兩次低壓脈沖波形可非常容易地判斷故障 點(diǎn)（擊穿點(diǎn)）位置，是目前最先進(jìn)的基礎(chǔ)測(cè)試方法；現(xiàn)代行波改進(jìn)法是在原來傳輸線模型不 變的基礎(chǔ)上，考慮了每段線路之間互感的作用，得出新的波動(dòng)方程。而后采用數(shù)值分析的方 法對(duì)其進(jìn)行求解，該方法不僅具有分析均勻傳輸線的一切優(yōu)點(diǎn)，而且考慮了有限長(zhǎng)度非均 勻傳輸線的非均勻性，使問題的分析更接近于實(shí)際。
[0005] 目前，對(duì)于T接電纜，通常利用行波方法解決故障測(cè)距問題，分為2步進(jìn)行：第1步 先判斷故障支路；第2步根據(jù)判斷的結(jié)果，將3端線路等效成雙端線路進(jìn)行測(cè)距。因此，在 T節(jié)點(diǎn)附近故障，尤其是經(jīng)高阻短路時(shí)，由于無法正確的判斷故障支路，導(dǎo)致測(cè)距失敗，故現(xiàn) 有的T型故障測(cè)距算法在T節(jié)點(diǎn)附近存在一個(gè)測(cè)距死區(qū)。
[0006] 同時(shí)，由于離線測(cè)距法存在以下幾個(gè)主要問題：必須停電進(jìn)行，容易造成供電中 斷；不能很好反映電纜的實(shí)際運(yùn)行狀況；需要專用的信號(hào)源和測(cè)試設(shè)備等。隨著電力供應(yīng) 的發(fā)展，這種離線測(cè)距的傳統(tǒng)方法已愈來愈不能適應(yīng)電力生產(chǎn)和供應(yīng)的實(shí)際需要，電纜的 在線測(cè)距技術(shù)將成為電纜故障測(cè)距的必然發(fā)展趨勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于：提供一種T接電纜的在線故障測(cè)距方法，解決現(xiàn)有技術(shù)存在 測(cè)距死區(qū)的問題。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種T接電纜的在線故障測(cè)距方法，包括如下 步驟：（1)根據(jù)均勻輸電線路的分布參數(shù)模型，得出電纜端口的電壓、電流與電纜線上任 意點(diǎn)的電壓、電流之間的關(guān)系；（2)根據(jù)無故障電纜的長(zhǎng)度，得出電纜公共點(diǎn)的電壓、電流； (3)同步采集電纜端口的電壓、電流信號(hào)；(4)判斷故障類型；（5)判斷故障線路；(6)根據(jù) 故障電纜端兩端的電壓、電流信號(hào)，得出故障點(diǎn)的位置。
[0009] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，在步驟（1)中：所述電纜端口的電壓U1、電流^與電纜線 上任意點(diǎn)的電壓u、電流i之間的關(guān)系為：
分別為輸電線單位長(zhǎng) 度的電阻，電感，電導(dǎo)與電容。
[0012] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，在步驟（4)中，判斷故障類型的步驟為：
[0013] 設(shè)從電纜三個(gè)端口 M1、M2、M3 (如圖3所示）流進(jìn)的電流分別為,π，/_ ?;:"
^為高阻型故障； (ε為經(jīng)驗(yàn)設(shè)定值）時(shí)，為低阻型故障。
[0016] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，在步驟（5)中，判斷故障線路的步驟為：
[0017] 令X = L!、L2、L3,將吣、Μ2、Μ33點(diǎn)的電壓、電流測(cè)量值代入式
[0019] 分別求出N點(diǎn)的電壓與電流，如果根據(jù)某個(gè)點(diǎn)的電壓、電流計(jì)算出的N點(diǎn)的電壓與 電流值與其他兩個(gè)點(diǎn)的計(jì)算值相差較大，可以斷定，故障點(diǎn)發(fā)生在該段。
[0020] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，在步驟（5)中，計(jì)算故障點(diǎn)位置的步驟為：
[0021] 根據(jù)由無故障段求出的N點(diǎn)的電壓和電流值，令X' =L3-X代入式
[0023] 求出F點(diǎn)與N點(diǎn)的電壓與電流關(guān)系；
[0024] X ^ = X代入上式求出％點(diǎn)F點(diǎn)的電壓、電流關(guān)系。
[0025] 對(duì)于故障點(diǎn)F來說，分別由N和M3點(diǎn)求出的電壓、電流值應(yīng)該是相等的。利用這 個(gè)約束條件，即可求出故障點(diǎn)的位置。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明T接電纜的在線故障測(cè)距方法不需要額外增加設(shè)備，只 需要同步測(cè)量T型電纜端口的電壓、電流信號(hào)，測(cè)試方法簡(jiǎn)單、測(cè)試精度高。
【附圖說明】
[0027] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及其有益技術(shù)效果進(jìn)行詳細(xì)說 明。
[0028] 圖1為本發(fā)明的均勻輸電線分布參數(shù)模型圖。
[0029] 圖2為本發(fā)明的傳輸線示意圖。
[0030] 圖3為本發(fā)明的T接電纜故障示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 為了使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術(shù)方案及其有益技術(shù)效果更加清晰，以下結(jié)合附圖 和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書中描述的具體實(shí) 施方式僅僅是為了解釋本發(fā)明，并非為了限定本發(fā)明。
[0032] 本發(fā)明T接電纜的在線故障測(cè)距方法包括如下步驟：（1)同步采集電纜端口的電 壓、電流信號(hào)；（2)判斷故障的性質(zhì)及故障線路；(3)求解傳輸線方程，分別求出電纜端口的 電壓、電流與電纜線上任意點(diǎn)的電壓、電流與之間的關(guān)系；(4)根據(jù)無故障電纜的長(zhǎng)度，求 出電纜公共點(diǎn)的電壓、電流；（5)根據(jù)故障電纜兩端的電壓、電流信號(hào)，求出故障點(diǎn)的位置。
[0033] 上述的電纜端口電壓、電流信號(hào)均為同步測(cè)量信號(hào)，故障測(cè)距方法為在線測(cè)距方 法，故障類型為低阻型故障。
[0034] 請(qǐng)參閱圖1，為均勻輸電線分布參數(shù)模型。
[0035] 請(qǐng)參閱圖1和圖2,對(duì)于傳輸線，其上X處的電壓u(X，t)、電流i (X，t)滿足方程：
[0037] 式中R，L，G，C分別為輸電線單位長(zhǎng)度的電阻、電感、電導(dǎo)和電容。
[0038] (1)式在正弦穩(wěn)態(tài)下的相量方程為：

[0043] 請(qǐng)參閱圖3,當(dāng)輸電線在F點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，首先進(jìn)行故障類型的判斷。
[0044] 設(shè)從線路三個(gè)端口流進(jìn)的電流分別為ΙΛ1、42、乙 3
[0045] 當(dāng)/Λ/1 +/把+Λη = 〇，為高阻型故障；
[0046] 當(dāng)+ (ε為經(jīng)驗(yàn)設(shè)定值）時(shí)，為低阻型故障。
[0047] 分別令X = ι^α2α3，根據(jù)測(cè)量的％為為3點(diǎn)的電壓、電流值，由⑶式分別求出 N點(diǎn)的電壓與電流。如果某段計(jì)算出的N點(diǎn)的電壓與電流值與其他兩個(gè)段的計(jì)算值相差較 大，可以斷定，故障點(diǎn)發(fā)生在該段。
[0048] 令？ = L3-x，由（3)式求出F點(diǎn)與N點(diǎn)的電壓與電流關(guān)系；
[0049] 令？ = X，由（3)式求出M3點(diǎn)與F點(diǎn)的電壓、電流關(guān)系。
[0050] 如果線路在F點(diǎn)發(fā)生了故障，那么。分別由N和M3點(diǎn)的電壓、電流值求出的F點(diǎn) 的電壓、電流值應(yīng)該是相等的。利用這個(gè)約束條件，即可求出故障點(diǎn)的位置。
[0051] 根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對(duì)上述實(shí)施方 式進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏托薷?。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的【具體實(shí)施方式】，對(duì)本 發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書 中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種T接電纜的在線故障測(cè)距方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 根據(jù)均勻輸電線路的分布參數(shù)模型，得出電纜端口的電壓、電流與電纜線上任意點(diǎn) 的電壓、電流之間的關(guān)系； (2) 根據(jù)無故障電纜的長(zhǎng)度，得出電纜公共點(diǎn)的電壓、電流； (3) 同步采集電纜端口的電壓、電流信號(hào)； (4) 判斷故障類型； (5) 判斷故障線路； (6) 根據(jù)電纜故障端兩端的電壓、電流信號(hào)，得出故障點(diǎn)的位置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Τ接電纜的在線故障測(cè)距方法，其特征在于，在步驟（1)中： 所述電纜端口的電壓u,、電流i,與電纜線上任意點(diǎn)的電壓u、電流i之間的關(guān)系為 式中，Z=R+jc〇L，Y=G+jc〇C，R，L，G，C分別為輸電線單位長(zhǎng)度 的電阻、電感、電導(dǎo)與電容。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的T接電纜的在線故障測(cè)距方法，其特征在于，在步驟（4)中， 判斷故障類型的步驟為：設(shè)從電纜三個(gè)端口I、M2、M3(如圖3所示）流進(jìn)的電流分別為 .4?·，當(dāng)也n+An+人η= 〇，為_阻型故障；當(dāng).4?+4?+.4?.》咬（ε為經(jīng)驗(yàn)設(shè) 定值）時(shí)，為低阻型故障。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Τ接電纜的在線故障測(cè)距方法，其特征在于，在步驟（5)中， 判斷故障線路的步驟為： 令X=Ι^α2α3，將個(gè)點(diǎn)的電壓、電流測(cè)量值代入下式 \一-c: 分別求出N點(diǎn)（如圖3所示）的電壓與電流。 如果由某個(gè)點(diǎn)的電壓、電流測(cè)量值計(jì)算出的N點(diǎn)的電壓與電流值與其他兩個(gè)點(diǎn)的計(jì)算 值相差較大，可以斷定，故障點(diǎn)就發(fā)生在該段。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的T接電纜的在線故障測(cè)距方法，其特征在于，在步驟（5)中， 計(jì)算故障點(diǎn)F位置的步驟為： 根據(jù)由無故障段求出的N點(diǎn)的電壓和電流值，令X' =L3-x代入式求出故障點(diǎn)F與N點(diǎn)的電壓與電流關(guān)系； 令X' =X代入上式，求出M3點(diǎn)與F點(diǎn)的電壓、電流關(guān)系。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種T接電纜的在線故障測(cè)距方法，包括如下步驟：(1)根據(jù)均勻輸電線路的分布參數(shù)模型，得出電纜端口的電壓、電流與電纜線上任意點(diǎn)的電壓、電流之間的關(guān)系；(2)根據(jù)無故障電纜端的長(zhǎng)度，得出電纜公共點(diǎn)的電壓、電流；(3)同步采集電纜端口的電壓、電流信號(hào)；(4)判斷故障類型；(5)判斷故障線路；(6)根據(jù)電纜故障端兩端的電壓、電流信號(hào)，得出故障點(diǎn)的位置。本發(fā)明T接電纜的在線故障測(cè)距方法不需要額外增加設(shè)備，只需要同步測(cè)量T型電纜端口的電壓、電流信號(hào)，測(cè)試方法簡(jiǎn)單、測(cè)試精度高。
【IPC分類】G01R31/08
【公開號(hào)】CN105259474
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510730700
【發(fā)明人】尹建華, 洪潮, 楊誠(chéng)
【申請(qǐng)人】中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)技術(shù)研究中心, 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司
【公開日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年10月30日