本發(fā)明涉及一種用于對(duì)高壓長(zhǎng)電纜線路中短路故障發(fā)生于哪一所述電纜交叉互聯(lián)段中進(jìn)行判斷的方法和裝置。

背景技術(shù)：

距離保護(hù)在高壓輸電線路中應(yīng)用廣泛，基于參數(shù)識(shí)別的保護(hù)原理采用故障后系統(tǒng)變化的參數(shù)構(gòu)成保護(hù)判據(jù)。而高壓長(zhǎng)電纜線路具有輸電距離長(zhǎng)、輸送容量大、分布參數(shù)特性明顯、包含多個(gè)完整的電纜交叉互聯(lián)段、線路通道環(huán)境復(fù)雜的特點(diǎn)，將顯著影響距離保護(hù)算法的動(dòng)作性能。由于測(cè)量阻抗與故障距離不再呈正比關(guān)系，傳統(tǒng)距離保護(hù)算法的保護(hù)范圍將縮小。在實(shí)際應(yīng)用中，利用線路阻抗的距離保護(hù)還存在著線路阻抗計(jì)算不準(zhǔn)確、線路長(zhǎng)度信息不完整的情況。

行波法是另一種被廣泛用于架空線路或電纜線路的故障測(cè)距的方法。該方法通過(guò)檢測(cè)故障線路上的暫態(tài)行波在母線與故障點(diǎn)之間的傳播時(shí)間進(jìn)行故障測(cè)距，由于暫態(tài)行波的傳播速度接近光速，基于行波法的故障定位模式存在噪聲消除和波頭時(shí)刻提取的問(wèn)題，另外，多個(gè)交叉互聯(lián)段和復(fù)雜的線路通道環(huán)境造成長(zhǎng)電纜線路的波速度不統(tǒng)一、波阻抗不連續(xù)，這類方法難以應(yīng)用于實(shí)際的長(zhǎng)電纜線路中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種適用于高壓長(zhǎng)電纜線路中，能夠快速、方便地判斷出短路故障發(fā)生于其中哪一電纜交叉互聯(lián)段的高壓長(zhǎng)電纜線路的短路故障區(qū)段判斷方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種高壓長(zhǎng)電纜線路的短路故障區(qū)段判斷方法，用于判斷由若干電纜交叉互聯(lián)段構(gòu)成的高壓長(zhǎng)電纜線路中短路故障發(fā)生于哪一所述電纜交叉互聯(lián)段中，每個(gè)所述電纜交叉互聯(lián)段均包括若干段線芯直接相連構(gòu)成三相電纜線路、金屬護(hù)層交叉相連構(gòu)成三段護(hù)層連接通路的電纜段，所述短路故障區(qū)段判斷方法為：分別檢測(cè)每個(gè)所述電纜交叉互聯(lián)段中的三段所述護(hù)層連接通路兩端的電流方向，若某一所述電纜交叉互聯(lián)段中任意一段所述護(hù)層連接通路兩端的電流方向相反，則該所述電纜交叉互聯(lián)段中發(fā)生短路故障。

優(yōu)選的，采集每個(gè)所述電纜交叉互聯(lián)段中的三段所述護(hù)層連接通路兩端的電流信號(hào)，對(duì)所述電流信號(hào)做快速傅里葉變換而得到所述電流信號(hào)的相角；再對(duì)每段所述護(hù)層連接通路兩端的電流信號(hào)的相角進(jìn)行相位差運(yùn)算，從而判斷每段所述護(hù)層連接通路兩端的電流方向是否相反。

優(yōu)選的，任意一段所述護(hù)層連接通路兩端的電流信號(hào)的相角之差在以±180°為中心的相位允許范圍之內(nèi)時(shí)，則判斷該段所述護(hù)層連接通路兩端的電流方向相反。

優(yōu)選的，所述相位允許范圍為(120°，240°)∪(-240°，-120°)。

本發(fā)明還提供了一種采用上述高壓長(zhǎng)電纜線路的短路故障區(qū)段判斷方法的短路故障區(qū)段判斷裝置，所述短路故障區(qū)段判斷裝置包括分別檢測(cè)各所述電纜交叉互聯(lián)段中各段所述護(hù)層連接通路兩端的電流信號(hào)的若干個(gè)電流互感器、與各所述電流互感器相連接并判斷各所述電纜交叉互聯(lián)段中是否發(fā)生短路故障的主機(jī)，所述主機(jī)與監(jiān)控中心遠(yuǎn)程通信連接。

優(yōu)選的，每段所述護(hù)層連接通路的兩端均連接接地箱，所述電流互感器設(shè)置于所述接地箱處。

優(yōu)選的，所述主機(jī)通過(guò)天線經(jīng)由gprs/3g/4g網(wǎng)絡(luò)與所述監(jiān)控中心進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。

由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明以電纜交叉互聯(lián)段兩端的電流方向作為判據(jù)來(lái)判斷該電纜交叉互聯(lián)段內(nèi)是否發(fā)生短路故障，其可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，能夠在故障發(fā)生后快速及時(shí)地找出故障區(qū)段。

附圖說(shuō)明

附圖1為電力系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖所示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

實(shí)施例一：如附圖1所示的簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)，它由電源——傳輸線——負(fù)載組成，其中，傳輸線采用高壓長(zhǎng)電纜線路。高壓長(zhǎng)電纜線路由若干相連接的若干電纜交叉互聯(lián)段，每個(gè)電纜交叉互聯(lián)段中又包括若干電纜段。在每個(gè)電纜交叉互聯(lián)段中，電纜段分別線芯直接相連構(gòu)成三相電纜線路，金屬護(hù)層交叉相連構(gòu)成三段護(hù)層連接通路。在附圖1所示的具體實(shí)例中，該高壓長(zhǎng)電纜線路包括三個(gè)完整的電纜交叉互聯(lián)段，分別為交叉互聯(lián)段1、交叉互聯(lián)段2和交叉互聯(lián)段3。而每個(gè)完整的電纜交叉互聯(lián)段又由九段電纜段構(gòu)成。以交叉互聯(lián)段1為例，其所包括的九段電纜段分別為a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3。這九段電纜段均分為三組，其中a1、a2、a3的線芯依次直接相連接構(gòu)成a相電纜線路，b1、b2、b3的線芯依次直接相連接構(gòu)成b相電纜線路，c1、c2、c3的線芯依次直接相連接構(gòu)成c相電纜線路。而各電纜段的金屬護(hù)層則采用以下方式交叉相連：a1、b2、c3的金屬護(hù)層依次連接而構(gòu)成第一段護(hù)層連接通路，b1、c2、a3的金屬護(hù)層依次連接而構(gòu)成第二段護(hù)層連接通路，c1、a2、b3的金屬護(hù)層依次連接而構(gòu)成第三段護(hù)層連接通路。兩段電纜段的金屬護(hù)層之間通過(guò)交叉互聯(lián)箱j1、j2實(shí)現(xiàn)交叉互聯(lián)。交叉互聯(lián)段2和交叉互聯(lián)段3的結(jié)構(gòu)與交叉互聯(lián)段1的結(jié)構(gòu)類似，參見(jiàn)附圖1，這里不再贅述。

以各個(gè)電纜交叉互聯(lián)段為對(duì)象，判斷整個(gè)高壓長(zhǎng)電纜線路中短路故障發(fā)生于哪一電纜交叉互聯(lián)段采用以下方法：分別檢測(cè)每個(gè)電纜交叉互聯(lián)段中的三段護(hù)層連接通路兩端的電流方向，若某一電纜交叉互聯(lián)段中任意一段護(hù)層連接通路兩端的電流方向相反，則該電纜交叉互聯(lián)段中發(fā)生短路故障。

對(duì)于交叉互聯(lián)段1，其三段護(hù)層連接通路兩端的共計(jì)六個(gè)電流信號(hào)分別為：a1—b2—c3兩端的i1a、i2c；b1—c2—a3兩端的i1b、i2a；c1—a2—b3兩端的i1c、i2b。對(duì)于交叉互聯(lián)段2，其三段護(hù)層連接通路兩端的共計(jì)六個(gè)電流信號(hào)分別為：a4—c5—b6兩端的i3a、i4b；b4—a5—c6兩端的i3b、i4c；c4—b5—a6兩端的i3c、i4a。對(duì)于交叉互聯(lián)段3，其三段護(hù)層連接通路兩端的共計(jì)六個(gè)電流信號(hào)分別為：a7—b8—c9兩端的i5a、i6c；b7—c8—a9兩端的i5b、i6a；c7—a8—b9兩端的i5c、i6b。

附圖1所示的電纜線路，當(dāng)其中任意一段出現(xiàn)電纜線路擊穿故障時(shí)，線芯對(duì)金屬護(hù)層形成短路，線芯電流直接通過(guò)金屬護(hù)層從兩端的接地點(diǎn)流入大地，引起故障的電纜段及其所在的電纜交叉互聯(lián)段的金屬護(hù)層電流升高，金屬護(hù)層電流接近故障電流。同時(shí)由于電磁感應(yīng)效應(yīng)，故障線路臨近的線路也會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)較大電流?；诖耍景l(fā)明將根據(jù)故障下護(hù)層電流的變化進(jìn)行故障定位。

對(duì)于圖1所示的長(zhǎng)電纜線路，電纜的金屬護(hù)層因線芯感應(yīng)的電流幅值有限，發(fā)生故障時(shí)，故障電流從故障點(diǎn)線芯經(jīng)過(guò)金屬護(hù)層至兩端接地點(diǎn)流入大地，故障段護(hù)層電流很大，兩端傳感器監(jiān)測(cè)到護(hù)層電流方向相反；非故障段由于故障相線路線芯電流很大(靠近電源方向)或缺失(靠近負(fù)載方向)導(dǎo)致三相不平衡嚴(yán)重，非故障段的護(hù)層電流也會(huì)升高，但由于是故障電流感應(yīng)的結(jié)果，非故障段護(hù)層電流幅值小于故障段，非故障段兩端護(hù)層電流方向相同。為使故障區(qū)段判據(jù)更加顯著，本發(fā)明主要使用故障區(qū)段(電纜交叉互聯(lián)段)兩端護(hù)層電流方向相反作為判據(jù)。

由于故障時(shí)電纜金屬護(hù)層電流存在暫態(tài)過(guò)程，故障電流主要為工頻電流，因此需要通過(guò)fft(fastfouriertransformation：快速傅里葉變換)的方法提取電流的工頻信號(hào)。即采集每個(gè)電纜交叉互聯(lián)段中的三段護(hù)層連接通路兩端的電流信號(hào)，對(duì)電流信號(hào)做快速傅里葉變換而得到電流信號(hào)的相角。由于在長(zhǎng)電纜線路中線芯任何一點(diǎn)接地故障發(fā)生時(shí)，故障電流都會(huì)沿金屬護(hù)層從兩端接地點(diǎn)流入大地，因此兩端護(hù)層電流方向相反。兩端電流工頻信號(hào)的相位差接近180°，由于一個(gè)完整交叉互聯(lián)段內(nèi)的電纜線路一般不超過(guò)1500m，故障時(shí)兩端護(hù)層電流信號(hào)的相位差不會(huì)因故障點(diǎn)距離兩端長(zhǎng)度不相等有很大差別。故再對(duì)每段護(hù)層連接通路兩端的電流信號(hào)的相角進(jìn)行相位差運(yùn)算，從而判斷每段護(hù)層連接通路兩端的電流方向是否相反。

本發(fā)明中用b(i)表示電流信號(hào)i的工頻相位(單位為角度)，p(section)表示對(duì)應(yīng)電纜交叉互聯(lián)段的護(hù)層電流相位差(section∈[“c1”“c2”“c3”]，其中“c1”“c2”“c3”分別表示完整的交叉互聯(lián)段1、交叉互聯(lián)段2、交叉互聯(lián)段3)。

則交叉互聯(lián)段1內(nèi)的三段護(hù)層連接通路的相位差分別為：

p(c1a)＝b(i2c)-b(i1a)

p(c1b)＝b(i2a)-b(i1b)

p(c1c)＝b(i2b)-b(i1c)

對(duì)交叉互聯(lián)段2、交叉互聯(lián)段3則有：

p(c2a)＝b(i4b)-b(i3a)

p(c2b)＝b(i4c)-b(i3b)

p(c2c)＝b(i4a)-b(i3c)

p(c3a)＝b(i6c)-b(i5a)

p(c3b)＝b(i6a)-b(i5b)

p(c3c)＝b(i6b)-b(i5c)

通常，任意一段護(hù)層連接通路兩端的電流信號(hào)的相角之差在以±180°為中心的相位允許范圍之內(nèi)時(shí)，則判斷該段護(hù)層連接通路兩端的電流方向相反。由于故障下的故障區(qū)段和非故障區(qū)段的相位差區(qū)別較大，因此在制定故障區(qū)段判據(jù)時(shí)可以留較大的裕度，則相位允許范圍為(120°，240°)∪(-240°，-120°)，即相角之差在上述范圍內(nèi)時(shí)則認(rèn)為發(fā)生故障。一般非故障段的相位差很小，在±30°之內(nèi)，因此可以通過(guò)上述方法進(jìn)行判斷。即對(duì)于附圖1所示的典型長(zhǎng)電纜線路結(jié)構(gòu)在故障時(shí)，則認(rèn)為故障發(fā)生在第一個(gè)電纜交叉互聯(lián)段，則認(rèn)為故障發(fā)生在第二個(gè)電纜交叉互聯(lián)段，則認(rèn)為故障發(fā)生在第三個(gè)電纜交叉互聯(lián)段。

上述短路故障區(qū)段判斷方法通過(guò)短路故障區(qū)段判斷裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。短路故障區(qū)段判斷裝置包括多個(gè)電流互感器和主機(jī)。各個(gè)電流互感器用于分別檢測(cè)各電纜交叉互聯(lián)段中各段護(hù)層連接通路兩端的電流信號(hào)。通常每段護(hù)層連接通路的兩端均連接接地箱(如g1-g6)，電流互感器設(shè)置于接地箱處。主機(jī)與各個(gè)電流互感器相連接，從而電流互感器所檢測(cè)到的電流信號(hào)傳輸給主機(jī)，主機(jī)據(jù)此采用上述相位方法判斷各電纜交叉互聯(lián)段中是否發(fā)生短路故障。主機(jī)還通過(guò)天線經(jīng)由gprs/3g/4g網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，從而將判斷結(jié)果遠(yuǎn)程上傳給監(jiān)控中心。

首先在上述接地箱位置處(g1-g6)安裝各個(gè)電流互感器，從而分別檢測(cè)i1a、i1b、i1c、i2a、i2b、i2c、i3a、i3b、i3c、i4a、i4b、i4c、i5a、i5b、i5c、i6a、i6b、i6c。

電流互感器實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁浇闹鳈C(jī)，主機(jī)對(duì)電流互感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，對(duì)采集到的信號(hào)做fft(fastfouriertransformation：快速傅里葉變換)，得到各監(jiān)測(cè)點(diǎn)護(hù)層電流的工頻幅值和相角，并對(duì)所有區(qū)段兩端監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行相位差運(yùn)算。對(duì)數(shù)據(jù)的處理具體包括：

(1)fft運(yùn)算：

其中，為旋轉(zhuǎn)因子；x(n)為一個(gè)長(zhǎng)度為n的有限長(zhǎng)序列，即電流互感器采集到的原始信號(hào)；x(k)為頻域n點(diǎn)的有限長(zhǎng)序列。

(2)計(jì)算區(qū)段兩端監(jiān)測(cè)點(diǎn)相位差：

p(c1a)＝b(i2c)-b(i1a)

p(c1b)＝b(i2a)-b(i1b)

p(c1c)＝b(i2b)-b(i1c)

p(c2a)＝b(i4b)-b(i3a)

p(c2b)＝b(i4c)-b(i3b)

p(c2c)＝b(i4a)-b(i3c)

p(c3a)＝b(i6c)-b(i5a)

p(c3b)＝b(i6a)-b(i5b)

p(c3c)＝b(i6b)-b(i5c)

其中，b(i)表示電流信號(hào)i的工頻相位(單位為角度)，p(section)表示對(duì)應(yīng)電纜區(qū)段的護(hù)層電流相位差(section∈[“c1”“c2”“c3”]，其中“c1”“c2”“c3”分別表示第一、二、三個(gè)完整的交叉互聯(lián)段)。

(3)故障區(qū)段判定

1)則認(rèn)為故障發(fā)生在第一個(gè)電纜交叉互聯(lián)段。

2)則認(rèn)為故障發(fā)生在第二個(gè)電纜交叉互聯(lián)段。

3)則認(rèn)為故障發(fā)生在第三個(gè)電纜交叉互聯(lián)段。

經(jīng)過(guò)上述處理后主機(jī)通過(guò)架設(shè)天線經(jīng)由gprs/3g/4g進(jìn)行通訊，最終故障定位的判斷結(jié)果上傳到終端監(jiān)控中心。

上述方法主要應(yīng)用于對(duì)110kv及以上長(zhǎng)電纜線路的短路故障區(qū)段判斷。一旦高壓長(zhǎng)電纜線路發(fā)生短路故障，可快速判斷出故障區(qū)段。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)高壓長(zhǎng)電纜線路的故障區(qū)段判斷，該方法可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，故障發(fā)生后能及時(shí)找出故障區(qū)段。

上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。