國網(wǎng)陜西西咸新區(qū)供電公司 張智鵬

同塔雙回交流輸電所需的線路走廊較窄，輸電容量較大，且有時存在輸電距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，交流線路是同塔雙回交流系統(tǒng)的重要組成部分，其線路長、電壓等級高，大部分線路環(huán)境惡劣，極易引發(fā)斷路或者短路故障[1-2]。同塔雙回交流線路在電網(wǎng)輸送中的應(yīng)用越來越廣泛，考慮線路參數(shù)變化[3]，通過對同塔雙回交流線路的糾正節(jié)點(diǎn)測距具有重要意義，相關(guān)的同塔雙回交流線路故障檢測技術(shù)研究受到人們的極大關(guān)注。

近年來，已有相關(guān)學(xué)者對同塔雙回線路做出了研究，文獻(xiàn)[4]提出局部同塔雙回直流線路故障行波傳播特性，并針對特性研究行波保護(hù)的影響，通過對分界點(diǎn)不同線路側(cè)向雙回塔線路分界點(diǎn)各側(cè)段的耦合特點(diǎn)，結(jié)合分界點(diǎn)各側(cè)線段的相模變換，得到了不同線路段入射分界點(diǎn)各電壓模量行波的交叉折射系數(shù)。在此基礎(chǔ)上，檢測局部同塔雙線不同線路的路段單極接地故障時，各電壓模量行波交叉折射。

文獻(xiàn)[5]提出基于ATP-EMTP的交直流同塔多回輸電線路耐雷性能分析?；贏TP-EMTP，建立了±800kV/500kV交直流輸電線路的架空輸電線路仿真模型。分析了不同接地電阻和不同桿塔高度下的反擊耐雷性能，并與分別建立的±800kV直流輸電線路和500kV交流輸電線路進(jìn)行比較，計算了同塔交直流組合多塔輸電線路的跳閘率。雖然上述研究取得一定進(jìn)展，但是進(jìn)行同塔雙回交流線路雙端測距的模糊度較大，且準(zhǔn)確性較低，精度較差。針對上述問題，本文提出基于線路參數(shù)變化特征分析的同塔雙回交流線路雙端測距技術(shù)。最后進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析，展示了本方法在提高同塔雙回交流線路雙端測距和故障檢測能力方面的優(yōu)越性能。

1 同塔雙回交流線路雙端測距的信號模型及線路參數(shù)采樣

1.1 測距校準(zhǔn)故障信號采集模型構(gòu)建

為實(shí)現(xiàn)對同塔雙回交流線路雙端測距優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對同塔雙回交流線路的故障診斷，構(gòu)建同塔雙回交流線路雙端測距的輸電線路分布參數(shù)模型，具體如圖1所示。

在圖1中，若U1、I1時，沿線路dx處的電流電壓U、I為：

式中：j為單位長度阻抗；R為線路dx處的電阻。為精確測量故障距離，首先需獲取故障信號，可采用精密傳感裝置進(jìn)行線路故障節(jié)點(diǎn)的距離和方位信息采集，從而獲取故障信號。其中，同塔雙回交流線路的故障測距負(fù)載功率為：

式中：λ為線路的傳播常數(shù)。為獲取線路故障節(jié)點(diǎn)的距離和方位信息，采用方位信息自動估算方法，計算傳感分布場行列式，得到雙回交流線路中心波達(dá)角θi。其同塔雙回交流線路雙端測距的傳感分布場行列式表達(dá)式為：

式中：ai與aj分別為輸電線路分布參數(shù)模型中不同位置的平衡負(fù)荷系數(shù)。其中，連續(xù)孔徑m≥2，考慮同塔雙回交流線路故障節(jié)點(diǎn)的特征矢量，構(gòu)建測距校準(zhǔn)故障信號采集模型，其表達(dá)式為：

式中：si為故障節(jié)點(diǎn)分布的二次諧波信號；n（t）為干擾源，在多次回波下進(jìn)行雙回交流線路的回波探測，根據(jù)回波分布，進(jìn)行同塔雙回交流線路雙端測距和自動校準(zhǔn)，構(gòu)建測距校準(zhǔn)故障信號采集模型，在此基礎(chǔ)上，采樣及融合處理線路參數(shù)。

1.2 線路參數(shù)采樣及融合處理

依據(jù)所構(gòu)建的測距校準(zhǔn)故障信號采集模型，根據(jù)故障信號采集模型對采集的距離信息采用空間波束集成方法進(jìn)行線路參數(shù)結(jié)構(gòu)重組，提取同塔雙回交流線路雙端測距信息的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)信息特征，構(gòu)建線路參數(shù)分布結(jié)構(gòu)模型：

式中：y(t)為同塔雙回交流線路傳播常數(shù)，y(t)T為同塔雙回交流線路傳播常數(shù)轉(zhuǎn)置，對參數(shù)分布結(jié)構(gòu)模型中的M個陣元，提取線路參數(shù)的統(tǒng)計特征量，并根據(jù)提取結(jié)果構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的同塔雙回交流線路雙端測距線路參數(shù)融合模型。其中，線路參數(shù)的統(tǒng)計特征量提取公式為：

式中：b（θi）為正序分量，為檢驗(yàn)統(tǒng)計特征量是否符合參數(shù)融合模型的融合規(guī)則，需分析線路參數(shù)的融合性特征，本文將采用回波檢測方法，線路參數(shù)的融合性特征分量，其表達(dá)式為：

根據(jù)線路故障參數(shù)融合方法，進(jìn)行線路雙端測距的參數(shù)自動調(diào)節(jié)和模糊控制。采用有限特征分解方法，進(jìn)行線路故障節(jié)點(diǎn)的模糊探測，對同塔雙回交流線路雙端測距信息進(jìn)行多重尺度分解，同塔雙回交流線路雙端測距的包絡(luò)幅值為gi，回波探測的二階矩形式：

式中：σ2n為噪聲方差，IM為回波探測M節(jié)點(diǎn)處的電流，δ（y,k）為δ函數(shù)，t為探測所需時間，k為探測基礎(chǔ)層。對同塔雙回交流線路雙端測距的線路參數(shù)融合處理，構(gòu)建同塔雙回交流線路雙端測距的信道傳輸模型，結(jié)合自動測量方法進(jìn)行線路參數(shù)特征融合模型表示為：

式中：Ps為相位差。進(jìn)行同塔雙回交流線路雙端測距的模糊估計和特征建模，提高同塔雙回交流線路雙端測距的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)同塔雙回交流線路參數(shù)采樣和融合處理。

2 線路故障測距優(yōu)化

2.1 線路參數(shù)變化下雙端測距的自動校準(zhǔn)

在上述構(gòu)建同塔雙回交流線路雙端測距自動校準(zhǔn)的線路參數(shù)采樣模型，并采用精密傳感裝置進(jìn)行線路故障節(jié)點(diǎn)的距離和方位信息等參數(shù)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行線路參數(shù)變化下雙端測距的自動校準(zhǔn)，提取同塔雙回交流線路雙端測距信息的相關(guān)性特征量，在線路參數(shù)變化的情況下進(jìn)行故障節(jié)點(diǎn)的差異性特征分析和提取，采用同塔雙回交流線路雙端測距算法進(jìn)行距離參數(shù)估計，距離參數(shù)滿足Snell（斯涅爾）定律，即：

式中：Cα為同塔雙回交流線路故障節(jié)點(diǎn)掃描的波速；Cβ為回波反射的速率；Cγ為精密傳感裝置測量的精度；α為入射角；β為回波反射角；γ為故障測距回波探測的折射角。計算第i個目標(biāo)特征衰減量，得到故障測距回波探測的傳播衰減為：

設(shè)計準(zhǔn)確有效的同塔雙回交流線路雙端測距算法，采用精密傳感裝置進(jìn)行故障節(jié)點(diǎn)的距離參數(shù)的優(yōu)化估計。對應(yīng)某一值，波速false 取對應(yīng)額定轉(zhuǎn)矩值，其中額定轉(zhuǎn)矩是對精密傳感裝置的負(fù)載能力進(jìn)行分析的主要參量，精密傳感裝置進(jìn)行故障節(jié)點(diǎn)聚類估計的位移和相位參數(shù)分別為：

式中：π為線路參數(shù)無限不循環(huán)數(shù)值；N為線路參數(shù)總量；kb為線路平滑濾波值；fb為非線性映射；c為精密傳感裝置基本層。在線路參數(shù)的動態(tài)變化下，采用最小均方根誤差估計方法進(jìn)行精密傳感裝置的輸出收斂性控制，得到Δφ=φa-φb，Δφ表示故障節(jié)點(diǎn)的雙端測距的自動校準(zhǔn)估計。根據(jù)上述分析，完成線路參數(shù)變化下雙端測距的自動校準(zhǔn)和測距，然后自適應(yīng)估算線路故障節(jié)點(diǎn)距離。

2.2 線路故障節(jié)點(diǎn)距離的自適應(yīng)估算

在線路參數(shù)變化下雙端測距自動校準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行故障節(jié)點(diǎn)的差異性特征分析和提取，采用線路參數(shù)融合方法進(jìn)行同塔雙回交流線路雙端測距的自動校準(zhǔn)，分析同塔雙回交流線路雙端測距模型。采用波達(dá)方向估計方法，估計多個同塔雙回交流線路雙端測距的源回波反射系數(shù)：

同塔雙回交流線路雙端測距的透射系數(shù)為：

式中，θ1為故障測距回波探測的入射角；θ2為線路雙端測距的節(jié)點(diǎn)分布折射角；ρ1和ρ2均為兩介質(zhì)的特性阻抗；c1、c2均為精密傳感裝置對應(yīng)基本層。在分布式陣元中，同塔雙回交流線路雙端測距的線路參數(shù)分布模型滿足I=E/St。E為能量；S為面積；t為時間。采用線路參數(shù)融合方法進(jìn)行同塔雙回交流線路雙端測距的自動校準(zhǔn)，當(dāng)折射率sinθ1=c1/c2，構(gòu)建線路參數(shù)的動態(tài)變化的動態(tài)特征分布模型，表示為：

式中：Δ為模塊誤差，根據(jù)上述分析，得到同塔雙回交流線路雙端測距的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

通過上述設(shè)計，構(gòu)建同塔雙回交流線路雙端測距信道傳輸模型，為實(shí)現(xiàn)同塔雙回交流線路雙端測距優(yōu)化奠定理論基礎(chǔ)。

3 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為測試本文方法在實(shí)現(xiàn)同塔雙回交流線路雙端測距中的應(yīng)用性能，進(jìn)行仿真試驗(yàn)分析。試驗(yàn)算法設(shè)計采用Matlab設(shè)計，同塔雙回交流線路節(jié)點(diǎn)分布的碼元數(shù)為800，故障節(jié)點(diǎn)之間的輸出信噪比定為-12dB，對同塔雙回交流線路故障樣本信息采樣的精密傳感裝置的個數(shù)為200，根據(jù)上述仿真環(huán)境和參數(shù)設(shè)定，進(jìn)行同塔雙回交流線路雙端故障測距，得到故障測距的頻率分布和幅值如圖3所示。

根據(jù)圖3的參數(shù)采樣結(jié)果，在線路參數(shù)變化的情況下進(jìn)行故障節(jié)點(diǎn)的差異性特征分析和提取，采用線路參數(shù)融合方法進(jìn)行同塔雙回交流線路雙端測距的自動校準(zhǔn)，得到故障節(jié)點(diǎn)測距校準(zhǔn)輸出如圖4所示。

分析圖4得知，采用本文方法進(jìn)行同塔雙回交流線路雙端測距的參數(shù)校準(zhǔn)能力較好，由此實(shí)現(xiàn)對同塔雙回交流線路雙端故障節(jié)點(diǎn)距離參數(shù)的優(yōu)化估計。利用文獻(xiàn)[4]提出局部同塔雙回直流線路故障行波傳播特性方法，以及文獻(xiàn)[5]提出基于ATP-EMTP的交直流同塔多回輸電線路耐雷性能分析方法，測試估計精度，其中基準(zhǔn)值通常為1.000，對比分析不同方法的測距精度，得到對比結(jié)果見表1。

表1 測距精度對比

分析表1得知，文獻(xiàn)[4]方法和文獻(xiàn)[5]方法的測距精度值較低，采用本文方法進(jìn)行同塔雙回交流線路雙端故障節(jié)點(diǎn)距離參數(shù)估計的精度較高，測距準(zhǔn)確性較好，其原因是本文方法進(jìn)行線路參數(shù)變化下雙端測距的自動校準(zhǔn)，有效提取同塔雙回交流線路雙端測距信息的相關(guān)性特征量，在線路參數(shù)變化的情況下進(jìn)行故障節(jié)點(diǎn)的差異性特征分析和提取，采用同塔雙回交流線路雙端測距算法進(jìn)行距離參數(shù)估計，一定程度上有利于提高測距精度。

4 結(jié)語

對線路參數(shù)變化下雙端測距進(jìn)行自動校準(zhǔn)，并完成線路故障節(jié)點(diǎn)距離的自適應(yīng)估算，實(shí)現(xiàn)同塔雙回交流線路雙端測距技術(shù)。研究得知，采用本文考慮線路參數(shù)變化的同塔雙回交流線路雙端測距技術(shù)進(jìn)行同塔雙回交流線路故障節(jié)點(diǎn)測距的準(zhǔn)確性較高，收斂性較好，在實(shí)際應(yīng)用中可以進(jìn)一步推廣。在后續(xù)研究進(jìn)程中，需要充分考慮同塔雙回交流線路雙端測距的不同特征，并依據(jù)實(shí)際開發(fā)情況進(jìn)行全新度量。