殷浩文1 徐庆2
1.国网连云港供电公司, 江苏 连云港 222000
2.国网宿迁供电公司, 江苏 宿迁 223800
摘要：随着电力系统容量的增大，输电电缆运行的安全问题越发成为人们重点关注对象。输电电缆合理的保护配置对保护电力系统的稳定运行显得尤为重要。电力的继电保护内容单一、检测手段缺乏，可能对电力接入后的电网安全问题造成巨大隐患，因此保证电力系统电缆安全，快速确定故障的具体位置。文章以某输电电缆安装输电电缆行波检测装置为例，基于行波传输理论，利用仿真建模和输电电缆输电电缆实际故障情况，研究出输电电缆输电电缆发生故障时行波传输衰减特性。合理应用行波检测装置，有效控制输电电缆线路停电时间，降低故障成本。
关键词：输电电缆输电电缆；行波测距；行波衰减；
引言
输电电缆输电电缆本身结构复杂，存在阻抗法功能对此准确度不高，因此亟须一种能从根本上解决传统型故障测距不稳定的方法，以弥补常规继电保护和故障录波等设施不能精准定位的不足，可大大降低输电电缆运维人员确认和处理现场故障的时限，提高输电电缆运维管理的快速响应能力和运维人员工作效率，大大缩短线路故障发生后处理时间。
１行波理论
１.１行波法故障测距原理
行波法的研究是２０世纪提出的，它根据行波传输理论实现线路故障测距，利用行波法测距和ＧＰＳ相结合。行波法故障定位能从原理上克服阻抗法易受对侧系统运行阻抗、负荷电流、运行方式等因素影响的缺点，使测距精度得以提高。行波故障定位是利用故障时刻线路电流、电压突然发生变化所产生的高频暂态行波到达两端的时差来确定故障点的位置。在线路中安装行波法故障测距装置，利用行波到达两设备的时间差Δｔ进行故障点精确定位。行波法故障测距装置原理图如图１所示，ｍ、ｎ为行波故障测距装置。
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图１行波传输过程
在两设备（ｍ和ｎ）之间的距离Ｌ固定的情况下，影响行波法故障测距主要因素为Δｔ和波速ｖ，ｍ、ｎ两装置采用高精度ＧＰＳ对时，ｖ为行波在输电电缆上传输的速度。因此，行波法故障测距准确度高。线路发生故障跳闸时不受传统阻抗法过度阻抗的影响。所以行波法故障测距可用于电力系统故障测距。行波法故障测距具有及时性、高精度、不受线路电源和负荷等情况影响的优点。为此需要深入研究行波在输电电缆输电电缆中传输的波过程。
１.２无损单导线中行波传播过程
单导线对地的等值电路，将导线看成无限个长度为ｄｘ的小段组成。单位长度导线的电感和电阻分别为Ｌ０和Ｒ０，单位长度导线的对地电容和电导分别为Ｃ０和ｇ０，则长度为ｄｘ的参数分别为Ｌ０ｄｘ、Ｒ０ｄｘ、Ｃ０ｄｘ、Ｒ０ｄｘ。无损线路行波传播过程如图２所示。
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图２无损线路行波传播过程
输电电缆分布参数特性使线路中的能量传递或线路上的扰动均以电压波、电流波的形式在线路中按一定的速度运动，形成线路上的行波。行波在无损单导线中的传播过程，而行波在波阻抗不均匀的地方传播时会发生折反射，输电电缆输电电缆中往往伴随着多Ｔ接和电缆环境，因此行波在输电电缆输电电缆中传输存在折反射现象。
１.３各种复杂情况下行波折反射规律
１.３.１Ｔ接线路行波折反射波过程
线路纯架空Ｔ接线路，行波在Ｔ接点处发生折、反射，且折射行波在Ｔ接点处会分流，由于波阻抗与线路长度无关，只取决于线路参数，在均为架空线路情况下，Ｔ接点处三条线路波阻抗相同，均为Ｚ。行波在Ｔ接点处发生折、反射，根据戴维南电路定理将支路等效，Ｔ接点支路行波幅值会变为原来的三分之二。
１.３.２Ｔ接电缆线路行波折反射波过程
线路电缆Ｔ接线路，行波在Ｔ接点处发生折、反射，且折射行波在Ｔ接点处会分流，由于波阻抗与线路长度无关，只取决于线路参数，在均为架空线路情况下，Ｔ接点处三条线路波阻抗不同，架空导线阻抗为Ｚ，Ｔ接导线波阻抗约为架空导线的十分之一，即０.１Ｚ。电缆的波阻抗为架空线路的十分之一，因此在进行等效时，在不考虑任何衰减的情况下，由经验值取导线波阻抗为４００Ω，电缆波阻抗为４０Ω，代入后可得Ｉ１≈０.３３Ｉ０，即从电缆中出来的第一个折射波幅值仅为入射波的三分之一，在不考虑行波在传输过程中衰减的情况下，通过一段电缆后，幅值衰减为原来幅值的１／３，行波通过ｎ段电缆后，幅值变为原来幅值１／３ｎ倍，在考虑衰减的情况下，其幅值更小。因此，暂态行波在经过一段电缆后幅值势必减小，波头也会减缓。
２输电电缆输电电缆行波折反射仿真模型
了解行波在输电电缆输电电缆中传输折反射规律理论计算后，以下以某实际输电电缆为例，采用ＥＭＴＰ／ＡＴＰ建立仿真模型对行波实际传输折反射过程进行仿真计算。主线１＃－７３＃长度约为１７ｋｍ，主线上有１段电缆、５个风机，风机采用电缆上网，支线长度约为３ｋｍ，支线上有３段电缆、４个风机。分布式行波检测设备分别安装在主线１＃、６２＃、６３＃、７１＃和支线ＳＨ２６＃杆塔上。利用ＡＴＰ对该风电场进行建模，对于线路采用无损模型，暂不考虑风机对线路行波折反射的影响，只针对架空电缆进行研究行波的折反射规律。
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图3输电电缆行波检测装置安装示意图
当电流源合闸，此时行波电流透过电缆和架空导线进行折反射。考虑线路为无损线路，因此高频暂态衰减暂不考虑。电流行波源从左侧开始沿线路传播。由于仿真中采用无损线路，电流行波源中行波在电缆和架空线之间折反射时不考虑行波的衰减，然而在实际中并不存在无损的情况，因此在计算行波的折反射时本次只考虑初始行波的幅值大小。由于输电电缆输电电缆中含有很多段电缆，而每次经过电缆在过架空线之后就会存在一个１／３ｎ的衰减，因此后段电缆过多后，行波电流大小趋近于零，所以后段电流行波越来越小。
４２＃－４３＃和６２＃－６３＃之间行波透射过一段电缆，由于行波过电缆后满足１／３ｎ的衰减关系，而１＃主波幅值为８０Ａ，经过一段电缆后变为１＃主波的１／３，约为２６.６Ａ，６２＃主波测量的幅值约为２７Ａ，满足上述关系。而后面的波形幅值很小，在接近线路末端时设备采集到的行波幅值基本趋近于零，因为风机是电缆上网且为Ｔ接，所以后续设备能采集到的行波幅值很小。以上关系皆可满足行波在不均匀的波阻抗中折反射规律。
３结语
由以上仿真和输电电缆输电电缆实际采集故障行波可知：（１）行波在通过阻抗不均匀输电电缆时衰减很快。（２）行波在透过多段电缆时其衰减规律为１／３ｎ倍行波幅值，ｎ为透过电缆的段数。
（３）当ｎ≥４时，此时行波幅值衰减约为原行波的０.０１倍，因此当电缆超过４段时行波幅值衰减很大，基本趋近于零。通过行波故障定位理论，当输电电缆输电电缆故障时，行波定位装置可靠地提供了故障发生区间和杆号，运维人员可直奔故障点。这为输电电缆的运维管理提供便捷，减少风机停运时间，降低电网考核，减少风资源浪费，大大增强了输电电缆的运行经济性，具有重大经济效应。
参考文献
［１］费智，符平.我国电力发展的态势分析与对策建议［Ｊ］.科技进步与对策，２０１１，２８（１０）：６５－６８.
［２］史丹.全球能源格局变化及对中国能源安全的挑战［Ｊ］.中外能源，２０１３，１８（２）：１－７.
［３］何世恩，董新洲.大规模电力机组脱网原因分析及对策［Ｊ］.
电力系统保护与控制，２０１２，４０（１）：１３１－１３７，１４４.
［４］王欣.经电阻接地电力系统的接地保护研究［Ｄ］.济南：山东大学，２０１４.