隨著架空電纜混合線路的廣泛應(yīng)用，其故障的快速準(zhǔn)確定位具有越來越重要的意義。文中結(jié)合外學(xué)者對(duì)架空電纜混合線路故障定位的研究，首先介紹了混合線路故障定位方法的研究現(xiàn)狀，歸納總結(jié)為故障分析法、行波法、頻率分析法以及智能法4類；然后分析了這4類方法存在的問題和難點(diǎn)；，對(duì)下一步需要開展的研究工作進(jìn)行了展望。

1.混合線路故障定位存在的特殊問題

由于架空線與電纜線在制作工藝、架設(shè)或敷設(shè)位置、幾何架構(gòu)等方面都存在很大差異，因此架空電纜混合輸電線路測距存在以下特殊問題：(1)架空線與電纜電氣參數(shù)明顯不同。相對(duì)于架空線路，電纜線工頻電抗值較小，電容值較大，波阻抗較小。因此，架空電纜混合線路測距存在沿線阻抗參數(shù)不均一，即參數(shù)呈現(xiàn)多區(qū)段分散特性的問題。(2)混合線路架空線與電纜連接點(diǎn)處為波阻抗不連續(xù)點(diǎn)，導(dǎo)致故障行波在連接點(diǎn)發(fā)生復(fù)雜的折反射過程，增加了故障點(diǎn)反射波識(shí)別的難度。由于電纜參數(shù)具有依頻特性，使得行波初始波頭陡度降低，也增加了行波波頭識(shí)別的難度。(3)由于電纜本身的絕緣介質(zhì)，導(dǎo)致電纜中的行波波速較低，一般為架空線行波波速的1/2~2/3。因此，對(duì)于架空電纜混合線路，存在各段線路行波波速不同的問題，使得行波測距不能直接使用傳統(tǒng)的單端、雙端行波測距方法，而是需要根據(jù)混合線路的參數(shù)進(jìn)行分段處理。

2.外研究現(xiàn)狀

2.1 故障分析法

故障分析法利用線路發(fā)生故障時(shí)采集到的工頻電壓和電流量，結(jié)合已知的線路參數(shù)以及故障特征進(jìn)行分析計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)定位。根據(jù)所需要的電氣量不同，可分為單端法和雙端法。單端法僅使用線路一側(cè)電氣量，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式以及線路參數(shù)，建立故障測距方程或函數(shù)，通過求解得到故障點(diǎn)與測距點(diǎn)之間的距離。雙端法采用的是線路兩側(cè)的電氣量進(jìn)行故障測距。

2.2 行波測距法

行波測距法利用輸電線路的故障行波傳輸特性實(shí)現(xiàn)故障位置的判別。由于提取行波信號(hào)的時(shí)間窗很短，行波測距法基本不受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，較故障分析法測距精度高，因此得到了外學(xué)者的普遍重視。(1)單端行波法。單端行波法是通過記錄由故障點(diǎn)向母線傳播暫態(tài)行波的到達(dá)時(shí)間以及母線發(fā)射波被故障點(diǎn)再次反射后到達(dá)母線的時(shí)間，然后根據(jù)這2個(gè)時(shí)間的差值計(jì)算故障距離的方法。其測距原理如圖1所示。

圖1中，F(xiàn)為故障點(diǎn)；L為線路全長；LM為線路M側(cè)保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的線路長度；LN為線路N側(cè)保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)的線路長度；TS1為初始波到達(dá)時(shí)間；TS2為反射波到達(dá)時(shí)間。

(2)雙端行波法。雙端行波故障定位是通過計(jì)算故障行波到達(dá)線路兩端的時(shí)間差來計(jì)算故障位置，測距原理如圖2所示。其中，TM為初始波到達(dá)線路M側(cè)的時(shí)間；TN為初始波到達(dá)線路N側(cè)的時(shí)間。雙端行波故障定位不受故障類型、線路長度、接地電阻等影響，其精度比阻抗法高。因此，混合線路雙端行波故障定位方法被廣泛研究。行波法具有快速的特點(diǎn)，但行波法存在準(zhǔn)確識(shí)別波頭困難甚至波頭識(shí)別失敗的概率，因此些學(xué)者提出了基于工頻量和行波的組合算法。

2.3 頻普分析法

頻譜分析法利用線路發(fā)生故障后暫態(tài)信號(hào)中豐富的頻域信息，使用信號(hào)分析方法進(jìn)一步得出故障信息，然后通過分析計(jì)算進(jìn)行故障定位。對(duì)于架空線電纜混合輸電線路，由于波阻抗不連續(xù)，會(huì)形成混疊的固有頻率頻譜，給正確識(shí)別和提取故障行波固有頻率主成分帶來困難。相關(guān)文獻(xiàn)將集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解( ensemble empiricalmode decomposition，EEMD)方法運(yùn)用到混合線路故障測距中，通過EEMD分解克服頻譜混疊的問題，從而準(zhǔn)確有效地提取行波固有頻率主成分。相關(guān)文獻(xiàn)提出了一種考慮自然頻率和使用變分模態(tài)分解(variational mode decomposition，ⅤMD)算法的混合線路測距新方法。該方法對(duì)行波信號(hào)進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(empirical mode decomposition，EMD)，利用赫斯特指數(shù)篩選本征模態(tài)分量( intrinsicmode function，IMF)作為VMD分解的模態(tài)參數(shù)，準(zhǔn)確地分解了行波信號(hào)；引入多信號(hào)分類( multiplesignal classification， MUSIC)算法對(duì)VMD分解結(jié)果進(jìn)行頻譜分析，提取岀故障信號(hào)主自然頻率及其諧波次頻率；利用其對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算出故障距離。

2.4 人工智能法

人工智能算法也被應(yīng)用于混合線路故障測距，其主要思路是將測量的電壓電流數(shù)據(jù)組成樣本集，建立故障發(fā)生時(shí)所測量得到的各種故障特征量與故障距離間所存在的某種對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后利用人工智能技術(shù)對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)、訓(xùn)練，尋找數(shù)據(jù)間深層關(guān)系并獲得模型結(jié)構(gòu)參數(shù)。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，結(jié)合測量的數(shù)據(jù)和已建立的模型以實(shí)現(xiàn)終的故障定位。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.現(xiàn)有方法存在的問題

3.1 故障分析法

由于架空電纜混合線路具有更為復(fù)雜的特征，利用故障分析法進(jìn)行混合線路故障定位還存在以下問題：
(1)對(duì)于單端故障分析法，過渡電阻和系統(tǒng)運(yùn)方式會(huì)嚴(yán)重影響該方法的測距精度。而雙端故障分析法雖原理上不受過渡電阻的影響，但必須使用通信通道來傳遞兩端的測量信息，需要解決兩端測量信息的同步問題。(2)假設(shè)混合線路參數(shù)已知，但實(shí)際混合輸電線路電纜參數(shù)受環(huán)境影響會(huì)發(fā)生變化，從而對(duì)測距結(jié)果造成較大誤差，電纜參數(shù)的不準(zhǔn)確性造成的故障定位誤差不可忽視。(3)該方法所建立的故障測距函數(shù)一般較為復(fù)雜，易受電氣量采樣值精度的影響。(4)由于混合線路參數(shù)的不均一，該方法會(huì)出現(xiàn)偽根識(shí)別問題。部分文獻(xiàn)提出改進(jìn)方法偽根問題，但計(jì)算量較大，較為耗時(shí)。

3.2 行波法

和工頻故障信息不同，故障行波具有高頻、暫態(tài)特性，較難分析，并且不可重復(fù)。基于故障行波的混合線路故障定位方法存在以下問題:(1) 故障行波在架空線與電纜的連接處存在復(fù)雜的行波折反射問題，且電纜的依頻特性突出，導(dǎo)致行波波頭難以準(zhǔn)確捕捉；(2) 故障行波具有衰減特性，在經(jīng)過較長的輸電線路傳播后，波頭幅值較小，反射波衰減更為明顯，導(dǎo)致波頭識(shí)別困難，且容易受周圍信號(hào)影響；(3)架空線、電纜波速不均一會(huì)影響測距結(jié)果。

3.3 頻譜分析法

與行波法相比，頻譜分析法不需要對(duì)行波的波頭進(jìn)行識(shí)別，避免了混合線路存在的波頭難識(shí)別的問題。但當(dāng)存在干擾信號(hào)，且干擾信號(hào)在一個(gè)或者多個(gè)頻點(diǎn)的高于故障行波固有頻率的時(shí)，頻譜分析法測距結(jié)果誤差較大。固有頻率主成分的識(shí)別決定了該方法的可靠性，若行波頻譜主成分的頻率過高，可能會(huì)超過行波采集裝置的采樣率，導(dǎo)致該方法存在測距的死區(qū)。同時(shí)，能否準(zhǔn)確確定故障暫態(tài)信號(hào)的固有頻率值將直接影響頻譜分析法的故障定位精度。

3.4 智能法

基于智能算法的故障定位方法有明顯的局限性，其定位精度容易受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響，且需要對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行離線學(xué)習(xí)及訓(xùn)練，需要進(jìn)行大量的線路故障仿真或采集大量故障錄波數(shù)據(jù)，因此應(yīng)用較為復(fù)雜。

3.5 小結(jié)

綜上所述，目前混合線路故障定位方法的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

由表1可知，現(xiàn)有混合線路故障定位方法雖各有優(yōu)點(diǎn)，但都存在一定局限性。因此，還需對(duì)混合線路故障定位方法開展進(jìn)一步研究工作。

4.展望

雖然針對(duì)架空電纜混合線路故障定位已有大量相關(guān)研究，但仍有很多問題需要解決，有必要開展以下幾個(gè)方面的研究工作。(1)由于已有方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，可將幾種方法相結(jié)合，取長補(bǔ)短進(jìn)行混合線路的故障定位。(2)可考慮在架空線與電纜連接點(diǎn)處增加行波傳感器或電流、電壓互感器，能夠徹底解決混合線路參數(shù)不均一、波頭識(shí)別困難等問題的影響。(3)由于架空線路的故障大多是瞬時(shí)性故障，而電纜的短路故障大部分屬于永久性故障。對(duì)于架空電纜混合高壓輸電線路，若故障位置處于電纜部分，開放重合閘將造成更嚴(yán)重事故；若全線閉鎖重合閘，對(duì)于架空線路部分故障又喪失了重合機(jī)會(huì)，可能危及系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。因此，對(duì)于混合線路，是否開展重合閘也是當(dāng)前面臨的難題之可進(jìn)一步開展自適應(yīng)重合閘方式、重合閘時(shí)間及時(shí)序等方法的研究。(4)隨著我國配電網(wǎng)的發(fā)展及升級(jí)改造，配電網(wǎng)中也出現(xiàn)了大量架空電纜混合線路，因此，配電網(wǎng)架空電纜混合線路的故障定位需進(jìn)一步研究。

5.結(jié)語

架空電纜混合線路沿線阻抗參數(shù)分布不均一、行波波速不一致以及架空線路和電纜連接處會(huì)形成多次行波反射，使得許多已有的基于線路均勻參數(shù)的故障測距方法受到了挑戰(zhàn)。文中討論了混合線路故障定位存在的問題，并將現(xiàn)有的混合線路故障定位方法歸納總結(jié)為4類：故障分析法、行波法頻率分析法以及智能法，梳理分析了這4類方法的優(yōu)缺點(diǎn)和難點(diǎn)，提出了下一步需要開展的架空電纜混合線路故障定位研究內(nèi)容。

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