隨著(zhù)架空電纜混合線(xiàn)路的廣泛應用，其故障的快速準確定位具有越來(lái)越重要的意義。文中結合外學(xué)者對架空電纜混合線(xiàn)路故障定位的研究，首先介紹了混合線(xiàn)路故障定位方法的研究現狀，歸納總結為故障分析法、行波法、頻率分析法以及智能法4類(lèi)；然后分析了這4類(lèi)方法存在的問(wèn)題和難點(diǎn)；，對下一步需要開(kāi)展的研究工作進(jìn)行了展望。

1.混合線(xiàn)路故障定位存在的特殊問(wèn)題

由于架空線(xiàn)與電纜線(xiàn)在制作工藝、架設或敷設位置、幾何架構等方面都存在很大差異，因此架空電纜混合輸電線(xiàn)路測距存在以下特殊問(wèn)題：(1)架空線(xiàn)與電纜電氣參數明顯不同。相對于架空線(xiàn)路，電纜線(xiàn)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(xiàn)路測距存在沿線(xiàn)阻抗參數不均一，即參數呈現多區段分散特性的問(wèn)題。(2)混合線(xiàn)路架空線(xiàn)與電纜連接點(diǎn)處為波阻抗不連續點(diǎn)，導致故障行波在連接點(diǎn)發(fā)生復雜的折反射過(guò)程，增加了故障點(diǎn)反射波識別的難度。由于電纜參數具有依頻特性，使得行波初始波頭陡度降低，也增加了行波波頭識別的難度。(3)由于電纜本身的絕緣介質(zhì)，導致電纜中的行波波速較低，一般為架空線(xiàn)行波波速的1/2~2/3。因此，對于架空電纜混合線(xiàn)路，存在各段線(xiàn)路行波波速不同的問(wèn)題，使得行波測距不能直接使用傳統的單端、雙端行波測距方法，而是需要根據混合線(xiàn)路的參數進(jìn)行分段處理。

2.外研究現狀

2.1 故障分析法

故障分析法利用線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)采集到的工頻電壓和電流量，結合已知的線(xiàn)路參數以及故障特征進(jìn)行分析計算，從而實(shí)現定位。根據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(xiàn)路一側電氣量，根據系統運行方式以及線(xiàn)路參數，建立故障測距方程或函數，通過(guò)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(xiàn)路兩側的電氣量進(jìn)行故障測距。

2.2 行波測距法

行波測距法利用輸電線(xiàn)路的故障行波傳輸特性實(shí)現故障位置的判別。由于提取行波信號的時(shí)間窗很短，行波測距法基本不受系統運行方式的影響，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(guò)記錄由故障點(diǎn)向母線(xiàn)傳播暫態(tài)行波的到達時(shí)間以及母線(xiàn)發(fā)射波被故障點(diǎn)再次反射后到達母線(xiàn)的時(shí)間，然后根據這2個(gè)時(shí)間的差值計算故障距離的方法。其測距原理如圖1所示。

圖1中，F為故障點(diǎn)；L為線(xiàn)路全長(cháng)；LM為線(xiàn)路M側保護安裝處至故障點(diǎn)的線(xiàn)路長(cháng)度；LN為線(xiàn)路N側保護安裝處至故障點(diǎn)的線(xiàn)路長(cháng)度；TS1為初始波到達時(shí)間；TS2為反射波到達時(shí)間。

(2)雙端行波法。雙端行波故障定位是通過(guò)計算故障行波到達線(xiàn)路兩端的時(shí)間差來(lái)計算故障位置，測距原理如圖2所示。其中，TM為初始波到達線(xiàn)路M側的時(shí)間；TN為初始波到達線(xiàn)路N側的時(shí)間。雙端行波故障定位不受故障類(lèi)型、線(xiàn)路長(cháng)度、接地電阻等影響，其精度比阻抗法高。因此，混合線(xiàn)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)，但行波法存在準確識別波頭困難甚至波頭識別失敗的概率，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(xiàn)路發(fā)生故障后暫態(tài)信號中豐富的頻域信息，使用信號分析方法進(jìn)一步得出故障信息，然后通過(guò)分析計算進(jìn)行故障定位。對于架空線(xiàn)電纜混合輸電線(xiàn)路，由于波阻抗不連續，會(huì )形成混疊的固有頻率頻譜，給正確識別和提取故障行波固有頻率主成分帶來(lái)困難。相關(guān)文獻將集合經(jīng)驗模態(tài)分解( ensemble empiricalmode decomposition，EEMD)方法運用到混合線(xiàn)路故障測距中，通過(guò)EEMD分解克服頻譜混疊的問(wèn)題，從而準確有效地提取行波固有頻率主成分。相關(guān)文獻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(xiàn)路測距新方法。該方法對行波信號進(jìn)行了經(jīng)驗模態(tài)分解(empirical mode decomposition，EMD)，利用赫斯特指數篩選本征模態(tài)分量( intrinsicmode function，IMF)作為VMD分解的模態(tài)參數，準確地分解了行波信號；引入多信號分類(lèi)( multiplesignal classification， MUSIC)算法對VMD分解結果進(jìn)行頻譜分析，提取岀故障信號主自然頻率及其諧波次頻率；利用其對應關(guān)系計算出故障距離。

2.4 人工智能法

人工智能算法也被應用于混合線(xiàn)路故障測距，其主要思路是將測量的電壓電流數據組成樣本集，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應關(guān)系，然后利用人工智能技術(shù)對樣本數據進(jìn)行學(xué)習、訓練，尋找數據間深層關(guān)系并獲得模型結構參數。當線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)，結合測量的數據和已建立的模型以實(shí)現終的故障定位。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )結構如圖3所示。

3.現有方法存在的問(wèn)題

3.1 故障分析法

由于架空電纜混合線(xiàn)路具有更為復雜的特征，利用故障分析法進(jìn)行混合線(xiàn)路故障定位還存在以下問(wèn)題：
(1)對于單端故障分析法，過(guò)渡電阻和系統運方式會(huì )嚴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(guò)渡電阻的影響，但必須使用通信通道來(lái)傳遞兩端的測量信息，需要解決兩端測量信息的同步問(wèn)題。(2)假設混合線(xiàn)路參數已知，但實(shí)際混合輸電線(xiàn)路電纜參數受環(huán)境影響會(huì )發(fā)生變化，從而對測距結果造成較大誤差，電纜參數的不準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一般較為復雜，易受電氣量采樣值精度的影響。(4)由于混合線(xiàn)路參數的不均一，該方法會(huì )出現偽根識別問(wèn)題。部分文獻提出改進(jìn)方法偽根問(wèn)題，但計算量較大，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?；诠收闲胁ǖ幕旌暇€(xiàn)路故障定位方法存在以下問(wèn)題:(1) 故障行波在架空線(xiàn)與電纜的連接處存在復雜的行波折反射問(wèn)題，且電纜的依頻特性突出，導致行波波頭難以準確捕捉；(2) 故障行波具有衰減特性，在經(jīng)過(guò)較長(cháng)的輸電線(xiàn)路傳播后，波頭幅值較小，反射波衰減更為明顯，導致波頭識別困難，且容易受周?chē)盘栍绊懀?3)架空線(xiàn)、電纜波速不均一會(huì )影響測距結果。

3.3 頻譜分析法

與行波法相比，頻譜分析法不需要對行波的波頭進(jìn)行識別，避免了混合線(xiàn)路存在的波頭難識別的問(wèn)題。但當存在干擾信號，且干擾信號在一個(gè)或者多個(gè)頻點(diǎn)的高于故障行波固有頻率的時(shí)，頻譜分析法測距結果誤差較大。固有頻率主成分的識別決定了該方法的可靠性，若行波頻譜主成分的頻率過(guò)高，可能會(huì )超過(guò)行波采集裝置的采樣率，導致該方法存在測距的死區。同時(shí)，能否準確確定故障暫態(tài)信號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結構的影響，且需要對樣本數據進(jìn)行離線(xiàn)學(xué)習及訓練，需要進(jìn)行大量的線(xiàn)路故障仿真或采集大量故障錄波數據，因此應用較為復雜。

3.5 小結

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

由表1可知，現有混合線(xiàn)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，還需對混合線(xiàn)路故障定位方法開(kāi)展進(jìn)一步研究工作。

4.展望

雖然針對架空電纜混合線(xiàn)路故障定位已有大量相關(guān)研究，但仍有很多問(wèn)題需要解決，有必要開(kāi)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)，可將幾種方法相結合，取長(cháng)補短進(jìn)行混合線(xiàn)路的故障定位。(2)可考慮在架空線(xiàn)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(xiàn)路參數不均一、波頭識別困難等問(wèn)題的影響。(3)由于架空線(xiàn)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。對于架空電纜混合高壓輸電線(xiàn)路，若故障位置處于電纜部分，開(kāi)放重合閘將造成更嚴重事故；若全線(xiàn)閉鎖重合閘，對于架空線(xiàn)路部分故障又喪失了重合機會(huì )，可能危及系統的穩定和安全運行。因此，對于混合線(xiàn)路，是否開(kāi)展重合閘也是當前面臨的難題之可進(jìn)一步開(kāi)展自適應重合閘方式、重合閘時(shí)間及時(shí)序等方法的研究。(4)隨著(zhù)我國配電網(wǎng)的發(fā)展及升級改造，配電網(wǎng)中也出現了大量架空電纜混合線(xiàn)路，因此，配電網(wǎng)架空電纜混合線(xiàn)路的故障定位需進(jìn)一步研究。

5.結語(yǔ)

架空電纜混合線(xiàn)路沿線(xiàn)阻抗參數分布不均一、行波波速不一致以及架空線(xiàn)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(xiàn)路均勻參數的故障測距方法受到了挑戰。文中討論了混合線(xiàn)路故障定位存在的問(wèn)題，并將現有的混合線(xiàn)路故障定位方法歸納總結為4類(lèi)：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(lèi)方法的優(yōu)缺點(diǎn)和難點(diǎn)，提出了下一步需要開(kāi)展的架空電纜混合線(xiàn)路故障定位研究?jì)热荨?

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