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摘 要：高压电力电缆配电线路在供电期间，极易出现接地故障问题，从而影响线路供电稳定性。鉴于此，提出行波故障测距故障在线检测方法，对线路故障发生位置、未知与已知故障行波速度进行检测，将电容器安装在故障位置，向故障回路放电，通过回路特征频率、衰减系数故障位置的电阻，能够获得线路故障信息。通过仿真试验结果能够看出，此种故障在线检测方法的精度比较高。
关键词：高压电力电缆;配电线路;故障在线检测
对于高压带电线路来说，其主要职责在于传输电力，属于供电网络的重要组成部分。此研究主要是对高压配电线路故障在线检测方法进行分析，不仅能够明确故障的具体位置，还能够获取故障线路两端电容值，明显提升故障检测准确度和精确度，降低故障检测无操作行为。
1、配电线路故障在线检测方法
1.1行波故障位置检测
第一，已知行波速度的检测：在知晓高压配电线路故障位置的行波速度时，通过故障初始行波至配电线路端点时间，对故障发生位置进行运算。所应用的原理如下：将高压配电线路长度设置为L，故障位置与配电线路两端的距离设置为P、Q，初始故障行波至配电线路两端点时间为s、s’，则有：
……（1）
将上式进行转换，可得到（2）式：
……（2）
此种在线检测方法可以应用到线路非接地故障和接地故障检测中，在应用时必须已知行波速度。高压配电线路运行期间极易受到土地电阻率、分布电容以及分布电感等多种因素干扰。所以对于不同高压配电线路故障来说，行波速度也不相同。将光速作为行波速度时，将会加大故障在线检测的误差。
第二，未知行波速度的检测：如果未知高压配电线路故障位置的行波速度，则可以采用检测模线、零模分量至线路两端的距离，开展高压配电线路故障在线检测。应用此种方式能够降低行波故障检测的误差。通过下图能够看出，零模行波速度采用r0表示，线模行波速度采用r1表示，使用S0、S0’表示故障行波的线模分量到高压配电线路两端的距离，使用S1、S2’表示零模分量到高压配电线路两端的距离，则其关系式如下：
……（3）
……（4）
……（5）
在将（3）（4）（5）式进行联立，则可以得到以下公式：
……（6）
如果高压配电线路出现非接地故障问题，此时就不存在零模分量，也就不会存在其到高压配电线路两端的距离问题，通过（6）公式就只能对接地故障进行测量。然而高压配电线路的间隔比较大，因此线路故障多为单相接地故障。所以此种方法也可以测量故障的距离问题。
1.2检测故障位置的电阻值
使用P和Q分别表示故障位置与配电线路兩端的距离，将电容投放在P端之后，放电回路如图1所示。在图中，Z1表示线路等效电阻，G1表示分布电感;G0表示故障定位的分布电感，R0表示故障定位的电容;Zf表示故障点的过渡电阻。
为了保障电容放电电流呈现出衰减震荡的形式，对故障定位的分布电感和电容进行改变，这样能够确保图1满足相关要求。通过二阶电路的微求解，可以获得高压配电线路故障位置的放电电流I1。假设振荡频率为λ1 ，衰减系数为β1 ，高压配电线路两端电压为U0 。则有：
……（7）
……（8）
……（9）
在（7）公式中，放电电流是Prony级数的子项目，所以为了获得放电电流的振荡频率以及衰减系数，则可以应用一阶Prony分解法进行计算。通过对（8）式和（9）式进行联立，则存在：
……（10）
2、试验验证
此次所展开的试验主要是对本文所提出的方法进行验证，确保其能够有效应用到高压配电线路故障在线检测中，将长度为280km的高压配电线路作为案例，实行故障在线检测分析，并且对本文高压配电线路故障在线检测结果进行仿真分析，比较分析此次研究的方法结果，与VMD和TEO的故障在线检测结果进行比较，结果如下表所示。
通过分析表中的数据能够看出，此次研究所提出的方法，配电线路故障发生点与端点P的距离、故障实际与端点P的距离之间无明显差异，故障检测距离的绝对误差最大值为3.77km，误差最小值为0.13km，平均值为1.95km。故障检测距离的变化区间为0.5%至1.5%，平均误差率为0.84%。通过检验结果可以看出，此次研究所提出的方法，可以准确检测出配电线路的故障位置，在线检测的准确度和精确度比较高。
表2是VMD、TEO的故障在线检测结果，通过分析表中数据能够看出，此种方法所检测的故障精确度比较低。故障检测距离绝对误差为21.67km，绝对误差率为17.63%，明显高于此次研究所提出的方法。通过比较分析能够看出，此次研究所提出的检测方法，值得推广应用到高压配电线路故障在线检测中。
对高压配电线路故障进行在线检测时，极易出现遗漏故障检测和错误故障检测问题。通过多次试验，从错误故障检测率图能够看出，此次所提出的检测方法错误故障检测率比较低，VMD、TEO故障检测方法的错误故障检测率比较高。通过比较结果能够看出，此次研究所提出的检测方法，在错误故障检测率方面具有优势，能够对非线路故障和线路故障问题进行准确辨别。从遗漏故障检测率图能够看出，此次所提出的检测方法遗漏故障检测率比较低，VMD、TEO故障检测方法的遗漏故障检测率比较高。通过比较结果能够看出，此次研究所提出的检测方法，在遗漏故障检测率方面具有优势，能够明显提升高压配电线路的供电效果。
3、结束语
综上所述，在经济发展背景下，我国对于节能环保理念的践行力不断提升，因此高压电力电缆在未来发展中必须实现低能耗以及长距离传输。由于高压配电线路运行于恶劣环境中，极易出现故障问题，严重影响人们的日常生活和社会生产。所以必须注重高压配电线路的在线检测，以此缩短停电事件，提升供电安全性和稳定性。
参考文献：
[1]简学军，傅兴强，王秋影.多端高压架空线和电缆混合线路故障定位及诊断系统的设计[J].电子设计工程，2019，27（14）：30-34.
[2]温向炜，翁鹏飞，刘杰，呼和，宫力彬.光伏电站35 kV集电线路连锁跳闸事故原因分析与处理[J].内蒙古电力技术，2018，36（03）：56-59.
[3]贺之渊，刘泽洪，郭贤珊，等.基于VSC与LCC混合的多点传输直流输电系统拓扑结构研究与特性分析[J].中国电机工程学报，2018，38（10）：2980-2988+3148.
[4]邓晓阳.关于110kV高压电缆端击穿的故障原因分析及防治对策探讨[J].科技创新与应用，2016（30）：221.
[5]曹晓珑，何子兰，徐永生，等.现役交流XLPE电缆配电线路改为直流运行的技术方案及实例分析[J].中国电机工程学报，2016，36（01）：96-103.
[6]殷自力，陈宇星.基于柔性高压直流输电线路故障测距和故障极性识别新方法[J].电气应用，2015，34（20）：75-78.
关键词：高压电力电缆;配电线路;故障在线检测
对于高压带电线路来说，其主要职责在于传输电力，属于供电网络的重要组成部分。此研究主要是对高压配电线路故障在线检测方法进行分析，不仅能够明确故障的具体位置，还能够获取故障线路两端电容值，明显提升故障检测准确度和精确度，降低故障检测无操作行为。
1、配电线路故障在线检测方法
1.1行波故障位置检测
第一，已知行波速度的检测：在知晓高压配电线路故障位置的行波速度时，通过故障初始行波至配电线路端点时间，对故障发生位置进行运算。所应用的原理如下：将高压配电线路长度设置为L，故障位置与配电线路两端的距离设置为P、Q，初始故障行波至配电线路两端点时间为s、s’，则有：
……（1）
将上式进行转换，可得到（2）式：
……（2）
此种在线检测方法可以应用到线路非接地故障和接地故障检测中，在应用时必须已知行波速度。高压配电线路运行期间极易受到土地电阻率、分布电容以及分布电感等多种因素干扰。所以对于不同高压配电线路故障来说，行波速度也不相同。将光速作为行波速度时，将会加大故障在线检测的误差。
第二，未知行波速度的检测：如果未知高压配电线路故障位置的行波速度，则可以采用检测模线、零模分量至线路两端的距离，开展高压配电线路故障在线检测。应用此种方式能够降低行波故障检测的误差。通过下图能够看出，零模行波速度采用r0表示，线模行波速度采用r1表示，使用S0、S0’表示故障行波的线模分量到高压配电线路两端的距离，使用S1、S2’表示零模分量到高压配电线路两端的距离，则其关系式如下：
……（3）
……（4）
……（5）
在将（3）（4）（5）式进行联立，则可以得到以下公式：
……（6）
如果高压配电线路出现非接地故障问题，此时就不存在零模分量，也就不会存在其到高压配电线路两端的距离问题，通过（6）公式就只能对接地故障进行测量。然而高压配电线路的间隔比较大，因此线路故障多为单相接地故障。所以此种方法也可以测量故障的距离问题。
1.2检测故障位置的电阻值
使用P和Q分别表示故障位置与配电线路兩端的距离，将电容投放在P端之后，放电回路如图1所示。在图中，Z1表示线路等效电阻，G1表示分布电感;G0表示故障定位的分布电感，R0表示故障定位的电容;Zf表示故障点的过渡电阻。
为了保障电容放电电流呈现出衰减震荡的形式，对故障定位的分布电感和电容进行改变，这样能够确保图1满足相关要求。通过二阶电路的微求解，可以获得高压配电线路故障位置的放电电流I1。假设振荡频率为λ1 ，衰减系数为β1 ，高压配电线路两端电压为U0 。则有：
……（7）
……（8）
……（9）
在（7）公式中，放电电流是Prony级数的子项目，所以为了获得放电电流的振荡频率以及衰减系数，则可以应用一阶Prony分解法进行计算。通过对（8）式和（9）式进行联立，则存在：
……（10）
2、试验验证
此次所展开的试验主要是对本文所提出的方法进行验证，确保其能够有效应用到高压配电线路故障在线检测中，将长度为280km的高压配电线路作为案例，实行故障在线检测分析，并且对本文高压配电线路故障在线检测结果进行仿真分析，比较分析此次研究的方法结果，与VMD和TEO的故障在线检测结果进行比较，结果如下表所示。
通过分析表中的数据能够看出，此次研究所提出的方法，配电线路故障发生点与端点P的距离、故障实际与端点P的距离之间无明显差异，故障检测距离的绝对误差最大值为3.77km，误差最小值为0.13km，平均值为1.95km。故障检测距离的变化区间为0.5%至1.5%，平均误差率为0.84%。通过检验结果可以看出，此次研究所提出的方法，可以准确检测出配电线路的故障位置，在线检测的准确度和精确度比较高。
表2是VMD、TEO的故障在线检测结果，通过分析表中数据能够看出，此种方法所检测的故障精确度比较低。故障检测距离绝对误差为21.67km，绝对误差率为17.63%，明显高于此次研究所提出的方法。通过比较分析能够看出，此次研究所提出的检测方法，值得推广应用到高压配电线路故障在线检测中。
对高压配电线路故障进行在线检测时，极易出现遗漏故障检测和错误故障检测问题。通过多次试验，从错误故障检测率图能够看出，此次所提出的检测方法错误故障检测率比较低，VMD、TEO故障检测方法的错误故障检测率比较高。通过比较结果能够看出，此次研究所提出的检测方法，在错误故障检测率方面具有优势，能够对非线路故障和线路故障问题进行准确辨别。从遗漏故障检测率图能够看出，此次所提出的检测方法遗漏故障检测率比较低，VMD、TEO故障检测方法的遗漏故障检测率比较高。通过比较结果能够看出，此次研究所提出的检测方法，在遗漏故障检测率方面具有优势，能够明显提升高压配电线路的供电效果。
3、结束语
综上所述，在经济发展背景下，我国对于节能环保理念的践行力不断提升，因此高压电力电缆在未来发展中必须实现低能耗以及长距离传输。由于高压配电线路运行于恶劣环境中，极易出现故障问题，严重影响人们的日常生活和社会生产。所以必须注重高压配电线路的在线检测，以此缩短停电事件，提升供电安全性和稳定性。
参考文献：
[1]简学军，傅兴强，王秋影.多端高压架空线和电缆混合线路故障定位及诊断系统的设计[J].电子设计工程，2019，27（14）：30-34.
[2]温向炜，翁鹏飞，刘杰，呼和，宫力彬.光伏电站35 kV集电线路连锁跳闸事故原因分析与处理[J].内蒙古电力技术，2018，36（03）：56-59.
[3]贺之渊，刘泽洪，郭贤珊，等.基于VSC与LCC混合的多点传输直流输电系统拓扑结构研究与特性分析[J].中国电机工程学报，2018，38（10）：2980-2988+3148.
[4]邓晓阳.关于110kV高压电缆端击穿的故障原因分析及防治对策探讨[J].科技创新与应用，2016（30）：221.
[5]曹晓珑，何子兰，徐永生，等.现役交流XLPE电缆配电线路改为直流运行的技术方案及实例分析[J].中国电机工程学报，2016，36（01）：96-103.
[6]殷自力，陈宇星.基于柔性高压直流输电线路故障测距和故障极性识别新方法[J].电气应用，2015，34（20）：75-78.