基于金属护层模型参数辨识的电缆单相故障单端测距方法

电缆大部分故障均与金属护层相关,仅考虑缆芯电气结构参数的模型无法实现护层相关的故障测距。为解决配电网电缆单相故障测距困难的问题,提出了基于金属护层模型参数辨识的电缆单相故障单端测距方法。以配电网单相故障零模等效网络作为辨识模型,将故障距离、过渡电阻、对地电容作为模型的未知参数,利用电缆单相接地故障后缆芯和护层中的暂态信息并结合故障状态网络和零模等效模型,建立时域测距方程作为参数辨识目标函数,用最小二乘算法进行最优参数求解,得到故障距离。ATP-EMTP仿真结果验证了所提方法的有效性,且测距精度高。     

基于沿线电流故障分量差值的交叉互联电缆故障测距

为解决长距离高压电缆采用交叉互联接地方式时故障测距较为复杂的问题,提出基于沿线电流故障分量差值分布的交叉互联电缆故障测距方法。首先,通过故障发生前后护层环流判断电缆故障区段。其次,考虑线芯与护层之间的耦合关系,基于双π模型推导电缆不同区段发生故障时的沿线电压、电流方程。在此基础上,通过求解电流故障分量差值函数零点得到故障距离,并结合切线方程对所得故障距离进行修正。最后,搭建电缆故障模型对测距方法进行仿真验证。结果表明,所提方法测距误差为1%左右,具有较高的准确性,对采用交叉互联接地方式的电缆实现故障测距具有一定的参考意义。     

基于线芯-护层过渡电阻无功特性的交叉互联电缆故障测距

高压电缆常见的接地方式是交叉互联接地,而交叉互联接地电缆故障时的测距相比单端接地或两端直接接地的电缆情况更为复杂,为此提出了基于线芯-护层过渡电阻无功特性的交叉互联电缆故障测距方法。首先,采集护层故障前后环流,构建不同电缆区段特征电流,判断故障发生区段;其次,考虑电缆金属护层对线芯的耦合作用和线路电容影响,建立交叉互联电缆的故障稳态等效阻抗模型,利用电缆首末两端线芯和护层的电压、电流推算电缆故障发生时不同区段沿线电压、电流,并基于同一位置电压相量对电缆参数进行修正;然后,利用故障点过渡电阻消耗无功功率为零的功率特性建立以故障距离为未知数的测距方程,采用二分法或弦截法等方法迭代计算求解得到故障点;最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了电缆故障模型,分析了故障距离、故障类型、过渡电阻、故障初相角等因素对故障测距方法的影响。结果表明,该方法的测距误差为0.4%左右,具有较高的准确性和有效性,对交叉互联接地电缆进行故障测距有一定的参考意义。     

基于双层阻抗模型的三相单芯电缆自恢复故障定位

地下电缆的失效过程伴随着周期性发生的自恢复故障。快速准确地定位这类故障能够在电缆发生永久性击穿之前发现电缆潜在故障位置,为电缆的运维检修提供依据。计及电缆金属护层的影响,提出一种基于双层阻抗模型的三相单芯电缆自恢复故障定位方法。推导了双层阻抗模型下,三相单芯电缆导芯-护套自恢复接地故障和导芯-护套自恢复短路故障下的故障回路方程。利用电缆首端监测的电流电压波形,在较短故障时间下得到故障位置信息,最后通过最小二乘回归法实现了三相单芯电缆自恢复故障定位。大量仿真表明,计及电缆护套行为的故障定位算法能够准确识别电缆自恢复故障位置。该算法相对于只考虑导芯阻抗的算法更符合电缆实际模型,能够反映三相单芯金属护层的电气行为。     

考虑金属护层耦合的高压电缆单相接地故障定位方法

针对电缆导芯和金属护层之间存在电磁耦合影响故障定位准确精度的问题,提出一种考虑金属护层耦合的高压电缆故障定位方法。该方法通过双τ分布参数模型建立电缆导芯和金属护层耦合关系,利用首末端的电气量,进而确定电缆导芯分布电压的表达式。然后以首末端分别计算的故障点导芯电压瞬时值差值来构造定位判据,同时对不良数据进行有效剔除,采用混沌粒子群搜索法求解故障精确位置。利用PSCAD/EMTDC仿真模型所得数据进行计算,结果表明在不同故障距离、故障电阻下所提故障定位算法都具有较高的精度。     

基于暂态特征模量分析的配网三芯铠装电缆故障感知与测距

配网三芯铠装电缆各相导芯、金属屏蔽层和铠装层之间存在显著的电磁耦合,其故障暂态分析较为复杂。为了实现对配网三芯铠装电缆故障感知,首先提出暂态信号时域解耦矩阵的一般计算方法,定义解耦后的新模量,筛选出能够有效反映故障的特征模量。然后,分析故障前后特征模量的状态变化,建立三芯铠装电缆故障辨识判据。最后,基于暂态模量在电缆中的传播特征,考虑实际测量条件,利用暂态模量到达时刻和频率分量幅值比,构建了4种故障测距方案。利用PSCAD/EMTDC搭建配网三芯铠装电缆模型并进行故障仿真。计算结果表明:所提方法能有效辨识电缆故障,实现不同故障条件下的故障精确测距。     

基于泄漏电流的高压电缆线路故障测距方法

为实现高压电缆线路短路故障发生后准确故障定位,提出一种利用故障通道泄漏电流的离线故障测距方法。该方法在短路故障发生后于电缆终端加直流电压,泄漏电流主要通过故障击穿通道沿金属护层流入两端接地点,在线路两端接地点检测护层电压,通过单位长度金属护层阻抗与泄漏电流和护层电压的关系,可计算出故障点位置。仿真结果表明,该方法能够有效的定位故障点位置,其相对误差不超过8%,绝对误差不超过50 m。     

110 kV电缆护层中操作过电压的暂态特性分析

近年来在110 k V电缆线路中,发生多起断路器合闸时电缆接头爆炸的事故。文中选取一发生典型接头击穿故障的电缆线路,使用PSCAD建立了该电缆线路的电磁暂态仿真模型。由于该线路中间接头击穿故障发生在电缆充电后。因此文中仿真了空载合闸时的电磁暂态过程。首先计算了电缆线路各个接头处的线芯过电压,由于空载线路电容效应,各个接头处线芯过电压逐渐升高。应用傅里叶变换对过电压进行频率分析,线芯过电压中包含较多的1~2k Hz的高频成分。其次对线路不同接头处的护层电压进行计算,可得电压最大值出现在靠近线路首端的接头护层处。与线芯过电压相比,空载合闸时的护层感应电压中含有大量的1~3 k Hz、超过10 k Hz的高频分量。最后改变护层交叉互联与单端接地的联结方式,计算可得各处护层电压出现较大变化,最大护层电压有所上升。改变2种护层联结方式的顺序后,其对应的接头护层处电压的高频成分含量也出现变化。由于大量的高压单芯电缆护层采用混合联结方式,因此文中的研究结果对优化电缆护层的配置方式具有指导意义。     

采用行波固有频率的混合线路故障测距新方法

对于电缆-架空混合线路,由于波阻抗的不连续会形成混叠的固有频率频谱,因此,解决频谱混叠现象是提高固有频率测距法精度的首要问题。为此,提出一种基于聚类经验模型分解(EEMD)算法的行波固有频率的故障测距方案。首先利用EEMD算法得到一系列的固有模态函数(IMF)分量;然后选取聚集故障信息的IMF分量,引入多重信号分类(MUSIC)算法对其进行频谱估计得到固有频率主成分;最后利用故障行波的固有频率和故障距离的关系式即可实现故障测距计算。仿真对比显示了该方法可更好地解决混合线路故障测距时存在的频谱混叠问题,实现较高精度的故障定位。     

采用行波固有频率的混合线路故障测距新方法北大核心CSCD

对于电缆-架空混合线路,由于波阻抗的不连续会形成混叠的固有频率频谱,因此,解决频谱混叠现象是提高固有频率测距法精度的首要问题。为此,提出一种基于聚类经验模型分解(EEMD)算法的行波固有频率的故障测距方案。首先利用EEMD算法得到一系列的固有模态函数(IMF)分量;然后选取聚集故障信息的IMF分量,引入多重信号分类(MUSIC)算法对其进行频谱估计得到固有频率主成分;最后利用故障行波的固有频率和故障距离的关系式即可实现故障测距计算。仿真对比显示了该方法可更好地解决混合线路故障测距时存在的频谱混叠问题,实现较高精度的故障定位。     

27. 5 kV 电缆金属护层雷击特性的建模与仿真

基于行波理论,通过仿真计算不同分段情况下27.5 kV电缆分布式参数等效模型上雷电流波传播的速度,对比验证模型的准确性。通过理论计算确定金属护层装设护层保护器的必要性和护层保护器装设在首端的合理性。在此基础上,采用仿真软件研究雷电流波经接触网入侵电缆线芯时电缆长度、金属护层末端接地电阻和线芯末端阻抗对金属护层雷击感应电压的影响。结果表明,长度约为800 m的电缆其金属护层雷击感应电压最大值的平均值最小;接地电阻在2.5～3Ω内时,电缆金属护层雷击感应电压最大值的平均值最小,且均低于25 kV,当接地电阻超过5Ω时,外护套冲击耐受电压小于电缆金属护层雷击感应电压最大值,可导致外护套击穿;当接有较大容性阻抗或电缆末端短路,外护套冲击耐受电压远小于金属护层雷击感应电压,而接有较大感性阻抗或电缆末端开路时,金属护层雷击感应电压低于外护套冲击耐受电压。     

基于小波分析的电缆-架空线混合输电线路行波故障测距方法

根据电缆–架空线混合输电线路上行波信号在连接点处发生突变的特点,提出了一种基于小波分析的电缆–架空线混合输电线路行波故障测距方法。向待测混合线路的电缆端注入脉冲电流,利用小波分析对注入的采样信号进行多分辨分析,得到模极大值点的位置。利用非故障相信号反射点的位置判别混合线路的连接点位置,再利用故障相与非故障相的差信号判别故障点,从而调用不同的算法实现混合线路的故障测距。采用ATP/Matlab的仿真结果表明,该方法可对混合线路上任意点的短路故障进行测距,也可对断线故障进行精确的测距。基于小波分析的方法可准确识别反射脉冲,减小电缆线路分支和近区故障反射波对测量精度的影响,测距精度高。     

一种基于故障支路判定和迭代计算的单回T型输电线路 故障测距新方法

针对单回T型输电线路,根据其在故障情况下的正序网络提出了一种基于集中参数模型的故障测距新方法。该方法包括故障支路判定和故障测距两部分。在故障支路判定阶段,为简化故障支路判定函数,在不考虑线路对地电容作用的情况下,推导并设计了故障支路判定函数,根据该函数在各支路首末端函数值是否异号的特征,即可实现故障支路判定。另外,为保证支路首端附近和T节点附近发生故障时故障支路判定的准确性,给出了故障支路判据。在故障测距阶段,为保证测距精度,计及了输电线路对地电容作用,给出了基于正序分量和正序故障分量的故障距离解析表达式,根据该表达式只需数次迭代即可求解出故障距离。所提方法适用于各种故障类型,在T节点附近发生高阻故障时故障支路判别不存在死区,且计算量小、易于编程实现。理论分析和仿真测试表明,该方法的有效性和准确性不受故障位置、过渡电阻以及T接位置等因素的影响。     

基于Lax差分格式的电力电缆故障测距仿真研究

为了解决电缆故障测距问题,运用偏微分方程的数值解法来进行时域分析,利用电缆的传输线模型,结合有限时域差分法对偏微分方程组进行离散,提出了一种基于Lax的差分格式。根据电流、电压在电缆线路的首端和末端的关系,确定了电缆的边界条件。另外,分析了电缆故障点的条件,模拟了电缆故障,并建立了低压脉冲法和脉冲电流法测距模型,利用MATLAB编程得到不同故障时的波形,分析计算得到故障距离,验证了差分格式的可行性,与其他差分格式相比,Lax的差分格式消除了因空间坐标离散导致的寄生震荡,得到的波形更加理想圆滑,对时间步数区分更加细致,在选取两波形点进行时间差计算时更加准确,从而得到故障点距离的精确度更高。     

基于EEMD的混合线路故障测距

频域故障测距方法在正确提取故障行波固有频率主成分的前提下可精确地测出故障距离。而对于架空线-电缆混合输电线路,由于波阻抗不连续,会形成混叠的固有频率频谱,给正确识别和提取故障行波固有频率主成分带来困难。为此,提出一种基于聚类经验模型分解(EEMD)的故障测距方法。EEMD分解克服了传统分解造成的频谱混叠问题,EEMD分解得到的IMF分量经过频谱分析后提取固有频率主成分,从而实现故障测距。最后的仿真分析表明,该方法可较好地解决混合线路故障测距时存在的频谱混叠问题,实现较高精度的故障定位。     

基于阻性电流和护层电流的交叉互联电缆绝缘监测及诊断

长距离高压电缆采用三相金属护层交叉互联的接地方式减小金属护层中的感应电压，这种交叉互联方式给电缆绝缘在线监测及诊断带来了困惑。因此，提出一种基于阻性电流和护层电流分析的电缆绝缘在线监测及诊断方法，给出泄漏电流与护层电流分离的公式推导，并得到从泄漏电流中分离出阻性电流的计算公式。运用MATLAB/Simulink平台建立三相电缆的等效模型，对方法进行了仿真验证，同时搭建三相电缆实验模型，分别对交叉互联电缆绝缘劣化、护层回路开路、中间接头护层击穿这3类典型故障进行实验研究。结果表明：实现了对交叉互联后每一段电缆绝缘状况的在线监测及诊断；配合安装在同轴电缆上的电流传感器的测量电流，能够实现对金属护层开路、中间接头击穿故障的诊断；实现了对不同类型电缆故障的诊断及故障位置的确定，同时也验证了方法的正确性和可行性。     

基于强跟踪滤波器的输电线路单端故障测距新方法

为快速、准确、可靠地对输电线路故障进行定位,提出了一种基于强跟踪滤波器原理的输电线路单端故障测距方法。将线路故障距离、首端到故障点的线路电阻、故障点处故障电压作为状态变量,利用线路首端故障电流和电压信号为输入输出量,建立系统状态和参数联合估计的数学模型,应用强跟踪滤波器原理对故障距离进行估计,无需解方程即可得到准确的故障距离。大量PSCAD/EMTDC仿真表明,该方法简单、测距精度高,且不受故障类型、过渡电阻、故障起始时刻等不确定因素的影响。     

T型输电线路非同步数据故障测距新算法

提出了一种基于分布参数模型的T型线路非同步故障测距新算法.该方法利用正序电压值判断故障支路,在此基础上,将非故障支路化简合并,得到故障时支接点的等效电气量.再对故障支路利用双端非同步测距算法进行精确测距.该方法将非同步时间和故障距离作为未知数,利用正序和负序分量(不对称故障)、正序和正序故障分量(三相对称故障)建立测距方程组,求出了故障距离的解析表达式,克服了现有的基于分布参数模型的非同步测距算法必须迭代或搜索的缺点,解决了数据不同步带来的测距误差问题.该方法计算量小,适用于各种类型短路,无需选相.ATP-EMTP仿真结果表明该方法正确且精度高,可以耐受很大的过渡电阻,对数据采样率无高的要求.     

基于决策树的新型高压电缆在线监测策略

为解决高压电缆护层交叉互联接地系统故障判据复杂、判断过程麻烦、不易实现的问题,提出一种基于主成分决策树的高压电缆在线监测方法。该方法提取接地系统缆芯电流以及两端接地护层电流,利用主成分分析对故障时的数据进行处理,最后使用决策树算法进行训练,从而达到护层故障的准确判别。性能评估和实例分析表明,所提出的策略具有良好效果,有一定工程应用前景,为110 kV电缆护层交叉互联系统故障的在线监测提供了新的方法。     

消除零模波速影响的配电网单端行波故障测距算法

配电网线路分支众多,末端往往具有三相不平衡负载,传统的单端行波法需在复杂的折反射波中提取故障点的反射波,不易实现。而基于模量行波速度差和基于线模行波突变这两种故障测距方法的精确度都受制于不稳定的零模波速度。基于此,将两种方法结合,利用零模检测波速度与传播距离成对应关系的特点,获得不受零模波速度影响的故障定位新方法,该方法避免了传统故障测距算法需要多次从复杂的折反射波中提取信息的缺点,能够简洁、快速、准确地对复杂的分支线路进行故障测距。此方法首先检测故障暂态行波的零模和线模分量到达首端的时间差,然后在首端对三相同时注入相同的高压脉冲并检测线模行波首个波头到达检测点的时间,进而利用稳定的线模波速度进行故障距离的测量。最后,利用PSCAD仿真验证了所提方法基本不受故障位置、过渡电阻大小以及故障初相角的影响,各种情况下绝对误差均在100 m之内。