长期以来，为寻求方便有效的电线电缆故障测距方法，广大科技工作者进行了不懈的努力，并提出了许多测距方法［1，2］。从原理上，故障测距方法可分为两类：一类是行波法测距［3，4］，通过测量行波头在观测点与故障点之间的往返时间实现故障定位。另一类方法是阻抗法测距，多以线路集中参数模型为基础，利用线路单端或双端电压、电流测量值，列解故障测距方程，从而实现故障定位［5］。? 本文提出了一种新的归于阻抗法的测距方法，即采用电流在导线间的互感信号计算故障距离。利用电力电缆的自身特点，把互感信号用于故障类型判断及故障测距，并为此导出一套测距公式。数值仿真结果表明该方法效果较好。?
1 基于互感信号的故障类型判断?
如图1所示，对于一段长为ι的电缆，每相采用П型等值电路。当电缆发生故障时，在一端(A，B，C端)各加一等幅同相位的正弦交流电压源，在另一端(如?A，B，C?端)各加一等值电阻R，并测出A，B，C各相输入电流值：A，B，C。接着，按以下步骤进行。其中，带下标L的电流表示各相中流过П型等值电路中等值电感L?0的电流，带下标R的电流表示各相中流过电阻R的电流。?
?
(1) 当IA≈IB≈IC时，为三相短路故障，否则为非对称故障。?
(2) 判断非对称故障的步骤：?
设故障点到B端(或C端)距离为lb(或lc)，则：?
? 
第一步，根据A，B，C值判断出非故障相(假设为A相)。?
第二步，在A相A侧加频率为f的恒压源(U＜0)，测出A。于是有：?
? 
第三步，在A端和B端加同一频率的等值恒压源(U＜0)，测出IB，IA′，有：?
? 
第四步，在A端和C端加同一频率的等值恒压源(U＜0)，测出此时C端、A端的电流IC，IA″，有：?
当lb≈lc时，可判断为两相短路或两相接地短路，其中，当lb＜lc时为两相接地短路，否则为两相短路 。?
当lb≠lc时，可判断为单相短路，其中设lb＜lc，则当IB＜I时为高阻故障，否则为低阻故障。此判断的重点是门值I的设定。?
2 故障定位算法导出?
设故障距离为l1，短路点的过渡电阻为Rf，带下标的f的电流表示流过Rf的电流，下标L和R的含义同上。?
2.1 单相短路和两相接地短路故障定位算法?
如图2、3，同时在A相和C相加同频率的电压，有：??
? 
由于θx非常小，可以证明ι12远大于ι，于是有ι1=ι11。?
 
2.2 两相短路故障定位算法?
如图4所示，为了能简单有效地用互感方法测出故障位置，在A端和C端同时加电压，而A′、B′端不接R，只在C′端加R，并测出A端和B端输入电流IA、IB则：?
?同单相短路方法可求出ι1。?
同理可求出三相短路故障距离ι1。?
3 数字仿真实验?
3.1 数字仿真模型?
取导线截面积为240 mm2的YJLVF 3芯10 kV铝芯线交联聚乙烯绝缘电力电缆参数：输电线路“相地回路”的自电阻、自电感、互电感、电容、电导为：?
? 
电缆长度：10 km；?
所加电压幅值：500 V。?
3.2 数字仿真结果?
为验证上述算法的正确性，进行了数字仿真实验。在数字仿真中，先后就距离、Rf及f的变化进行了仿真计算。实验结果列于表1、2、3中。表1为规定f=50 Hz，Rf=50 000 Ω，R=100 Ω时的仿真结果，并计算了同样条件下不考虑相对地电容和电导的结果。数据表明不考虑相对地电容和电导时计算结果误差非常大，而考虑了相对地电容和电导时，计算结果较准确。表2为设定f=50 Hz，R=200 Ω，故障位置ι1=3 500 m时 ，测距计算结果随Rf变化的情况。总的来说，在?Rf＝3 000 ～45 000 Ω这个范围内，测距较准确，只是在Rf小于3 000 Ω时，出现较大的误差。表3为 设定ι1=3 500 m，Rf=5 000 Ω，R=100 Ω时，计算结果随f变化的情况，从表3可以看出，虽然频率不同，但测距都较准确。?
4 结论?
(1) 理论分析说明，利用互感电流能够有效地实现电力电缆故障类型判断和故障定位。且由数字仿真充分证明了故障定位的准确性。?
(2) 利用互感电流进行故障类型判断和故障定位对设备要求不太高，方法简单、实用，最重要的是该法能实现单端测距。?
(3) 本方法对电流和电压精度要求较高，精度越高，测量结果越好。另外，数字仿真显示，本方法也存在一些盲区，这点有待进一步研究。
(编辑：韦唯敏) |
