Fehlerortung von Kabelhybrid-Übertragungsleitungen anhand der Energiedämpfungseigenschaften von Wanderwellen

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 22448 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Die Freileitungs-Hybridübertragungsleitungen werden abwechselnd durch zwei Arten von Leitungen verbunden, die eine komplexere Struktur und eine höhere Schwierigkeit bei der Fehlerortung aufweisen. In diesem Artikel wird eine genaue Fehlerortungsmethode für Freileitungs-Hybridleitungen basierend auf Wanderwellenenergie vorgestellt. Zunächst wird das Grundkonzept der Wanderwellenenergie definiert. Basierend auf den Dämpfungseigenschaften der Wanderwelle wird der Abbildungszusammenhang zwischen Wanderwellenenergie und Fehlerort analysiert. Zweitens werden unter Berücksichtigung des Einflusses des S-Transformationsfehlers auf das Ausbreitungsgesetz der Wanderwellenenergie die Dämpfungseigenschaften der Wanderwellenenergie üblicher A-Typ- und B-Typ-Hybridleitungen analysiert. Anschließend wird für die Freileitungs-Hybridleitungen mit unterschiedlichen Strukturen die Zuordnungsbeziehung zwischen der Wanderwellenenergie an beiden Enden der Leitung und der Fehlerentfernung quantitativ abgeleitet und eine genaue Fehlerortungsmethode basierend auf dem anfänglichen Wanderwellenenergieverhältnis bei erstellt Es wird die gleiche Frequenz an beiden Enden der Leitung vorgeschlagen. Schließlich wird in PSCAD/EMTDC ein Fehlersimulationsmodell für eine 110-kV-Hybridübertragungsleitung erstellt und die Fehler unter verschiedenen Bedingungen in verschiedenen Leitungsabschnitten simuliert. Die Wirksamkeit und Robustheit der vorgeschlagenen Methode werden durch die Simulation überprüft.

Im Zuge der Urbanisierung steht der Bau von Übertragungsleitungen zwangsläufig im Widerspruch zur Entwicklung von Städten und Gemeinden. Übertragungsleitungen entwickeln sich schrittweise von einer einzelnen Freileitung zu einer gemischten Übertragungsleitung aus Freileitungen und Kabelleitungen1. Statistiken zeigen, dass einphasige Erdungsfehler mehr als 80 % der Freileitungsfehler ausmachen und einphasige Kern- und Mantelfehler einen größeren Anteil der Kabelleitungsfehler ausmachen. Es ist von entscheidender Bedeutung, die Zuverlässigkeit des Verteilungssystems zu verbessern, um den Fehlerpunkt der gemischten Kabelleitung nach Auftreten des Fehlers schnell zu lokalisieren, den Fehler zu beheben und zu beheben und den normalen Betrieb der Leitung so schnell wie möglich wiederherzustellen2. Daher ist es von großer Bedeutung, eine schnelle und effiziente Methode zur Fehlerortung zu finden.

Zu diesem Zweck können gängige Freileitungs-Kabel-Hybridleitungen in zwei unterschiedliche Strukturen unterteilt werden, Typ A und Typ B3. Leitungen vom Typ A bestehen aus zwei Leitungsteilen, einem für die Kabelleitung und einem für die Freileitung; Leitungen vom Typ B bestehen aus drei Leitungsteilen, zwei für die Freileitung und einem für die Kabelleitung, wobei sich die Kabelleitung in der Mitte der Freileitung befindet. Aus baulicher Sicht bestehen wesentliche Unterschiede zwischen der Freileitungs-Hybridleitung und der Homogenleitung. Bei der Fehlerortung müssen zwei folgende Probleme berücksichtigt werden: (1) Die Wellenimpedanz am Kabelanschlusspunkt ist diskontinuierlich. (2) Die Wanderwelle wird zwischen Fehlerpunkt, Kabelanschlusspunkt und Leitungsendpunkt gebrochen und reflektiert. Der Ausbreitungsprozess ist komplex, was es zu einer Herausforderung macht, die Quelle des Wanderwellenkopfes zu bestimmen; Die Parameter von Freileitungen und Kabelleitungen sind unterschiedlich, und auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Fehlerwanderwelle ist in den beiden Leitungstypen unterschiedlich. Die oben genannten Probleme machen es schwierig, das vorgeschlagene Fehlerortungsverfahren für homogene Übertragungsleitungen direkt auf Hybridübertragungsleitungen anzuwenden.

Zu den gängigen Methoden zur Fehlerortung in Übertragungsleitungen gehören derzeit die Impedanzmethode und die Wanderwellenmethode4. Viele Wissenschaftler verwenden die Impedanzmethode, um die Fehlerortung für gemischte Kabelleitungen zu ermitteln. In der Literatur5 werden hauptsächlich die elektrischen Größen der Netzfrequenz an beiden Enden der Leitung nach dem Fehler sowie die Parameter von Freileitungen und Kabelleitungen zur Berechnung der Spannung an den Kabelanschlusspunkten verwendet und der Fehlerort durch Amplitudenvergleich bestimmt. Allerdings wird die Fehlerortung von Kabelhybridleitungen auf Basis der Impedanzmethode stark durch den Übergangswiderstand, den Laststrom und die Systemimpedanz auf der gegenüberliegenden Seite beeinflusst, was es prinzipiell schwierig macht, die Genauigkeit der Fehlerortung weiter zu verbessern6.

Die transiente Wanderwellenmethode wurde aufgrund ihres einfachen Prinzips und der Vorteile, dass sie nicht durch Fehlertyp und Systembetriebsmodus, Leitungsasymmetrie usw. beeinflusst wird, umfassend untersucht. In der Literatur7,8,9 wurden einige innovative Verfahren zur Fehlerortung mit Wanderwellen zur Lösung des Problems vorgeschlagen Problem der inkonsistenten Wellengeschwindigkeit zwischen Kabeltrassen und Freileitungen. Reference10 schlug eine neue Methode zur Positionierung von Wanderwellen vor, definierte die Entscheidungsfunktion für den Fehlerabschnitt unter Verwendung der Differenz zwischen der Vorwärtsausbreitungswelle des Gleichstroms an beiden Enden der Leitung und der Differenz zwischen der Rückwärtsausbreitungswelle und bestimmte dann mithilfe dieser Funktion den Fehlerort die unterschiedlichen Werte der Entscheidungsfunktion, wenn der Fehler in verschiedenen Leitungsabschnitten auftritt. Literatur11 definiert den knotenspezifischen Koeffizienten Q entsprechend der Amplitude der Wanderwelle und schlägt ein neues Fehlerortungsprinzip vor, indem die Q-Werte von Knotenknoten und Fehlerpunkten verglichen werden. Document12 schlug eine Positionierungsmethode basierend auf der Support Vector Machine (SVM) vor, die die diskrete Wavelet-Transformation (DWT) verwendet, um Fehlertransienteninformationen aus der gemessenen Spannung zu extrahieren, und dann Wavelet-Koeffizienten der Luftfahrtmodusspannung verwendet, um die Fehlerlokalisierung zu ermitteln. Das Prinzip dieser Methode ist jedoch relativ komplex und wird stark durch den gegebenen Längenfehler der doppelseitigen Leitung und den Zeitsynchronisationsfehler der doppelseitigen Leitung beeinflusst, so dass es schwierig ist, eine genaue Fehlerortung zu erreichen.

Basierend auf der Wanderwellenmethode von Kabeln dient die Hybridleitungsfehlerortung hauptsächlich der Lösung der Schwierigkeiten, die durch inkonsistente Leitungswellengeschwindigkeiten verursacht werden. Die herkömmliche Methode zur Fehlerortung mit zwei Anschlüssen wurde verbessert. Grundsätzlich muss die auf der Ankunftszeit der Wanderwelle basierende Fehlerortungsmethode jedoch von der Synchronisation der Messgeräte und der Genauigkeit der Wanderwellengeschwindigkeit beeinflusst werden, die beide unkontrollierbar sind und deren Fehler sich auf die Ortung auswirken Genauigkeit13. Daher müssen die Übertragungseigenschaften der Fehlerwanderwellen in der Kabelhybridleitung weiter untersucht werden, und die Zeit-Frequenz-Domäneneigenschaften des transienten Fehlerwanderwellensignals am Messpunkt müssen untersucht werden14.

Aufgrund der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Fehlerortungstechnologie in den letzten Jahren entstehen nacheinander verschiedene fortschrittliche intelligente Algorithmen, und auch verschiedene Signalverarbeitungsmethoden ändern sich von Tag zu Tag. Es entstehen viele neuartige Fehlerortungsmethoden für Kabelhybridleitungen. Literatur15 schlägt eine Fehlerortungsmethode vor, die auf einem Kurzzeitgedächtnisnetzwerk (LSTM) basiert und das LSTM-Netzwerk verwendet, um Eingabe- und Ausgabeproben auf der Grundlage der ursprünglichen Wavelet-Theorie adaptiv zu lernen. Das LSTM-Fehlerortungsmodell wird erhalten und dann der Fehlerort ermittelt ausgetragen. Reference16 entwarf ein Fehlerortungs- und Schutzschema für Übertragungsleitungen unter Verwendung der Stockwell-Transformation (ST), der Wigner-Verteilungsfunktion (WDF) und des Dissimilationsfaktors (ACF). Mit ST, WDF und ACF werden aktuelle Signale analysiert bzw. der Stockwell Failure Index (SFI), der Wigner Failure Index (WFI) und der Alienation Factor Failure Index (ACFI) berechnet und daraus der Hybrid Signal Processing Failure Index (HSPFI) abgeleitet ), um Ausfälle von Übertragungsleitungen zu erkennen. Literatur17 schlug eine Methode vor, die auf der Anwendung eines morphologischen Gradienten (MG) auf die modalen Komponenten des Stroms basiert, der synchron an beiden Enden der Hybridleitung gemessen wird, um die durch den Fehler erzeugten transienten Komponenten zu erkennen und den Fehler zu lokalisieren. In der Literatur18 wurden zunächst zwei symbolische Spannungsfunktionen definiert und dann der Fehlerabschnitt anhand der unterschiedlichen numerischen Kombinationen der beiden symbolischen Spannungsfunktionen lokalisiert. Anschließend wurde die adaptive charakteristische Skalenzerlegung mit der verbesserten allgemeinen lokalen Frequenzzerlegung kombiniert, die charakteristischen Komponenten des Fehlers adaptiv extrahiert, die Ortsgleichung innerhalb des Abschnitts auf der Grundlage der charakteristischen Komponenten erstellt und der Fehler genau lokalisiert. Die oben genannten Methoden stellen jedoch hohe Anforderungen an die Genauigkeit von Fehlersignalen, eine schwache Verarbeitungskapazität für Interferenzsignale und hohe Kosten bei der praktischen Anwendung, was ihre praktische Umsetzung erschwert.

In diesem Artikel werden die sich ändernden Eigenschaften der Wanderwellenenergie mithilfe fortschrittlicher Zeit-Frequenz-Analysetools analysiert. Basierend auf den Dämpfungseigenschaften der Wanderwellenenergie bei der Übertragung über Kabel und Freileitungen wird der Wanderwellenenergieverlust verwendet, um die Änderung der Wanderwelle am Diskontinuitätspunkt der sich kreuzenden Wellenimpedanz zu beschreiben. Es muss lediglich der anfängliche Wanderwellenkopf des Fehlers extrahiert werden und es ist weder die Unterstützung des Synchronisationssystems noch die Ermittlung der Wanderwellengeschwindigkeit erforderlich, um die Auswirkungen von Synchronisationsfehlern und Änderungen der Wellengeschwindigkeit auf den Fehlerort zu vermeiden in der Hochspannungs-Fernübertragung. Die Dämpfungseigenschaften der Wanderwellenenergie werden verwendet, um das sich ändernde Muster der Wanderwellen genauer zu charakterisieren, und auf dieser Grundlage werden weitere Untersuchungen zu Fehlerortungsmethoden für Kabelhybridübertragungsleitungen durchgeführt. Der Rest des Artikels ist in fünf Teile gegliedert: Im Abschnitt „Analyse der Ausbreitungseigenschaften der Wanderwellenenergie von Fehlern“ werden die Dämpfungseigenschaften der Wanderwellenenergie und die Zuordnungsbeziehung zwischen Wanderwellenenergie und Fehlerort analysiert. Im Abschnitt „Präzise Positionierung von Hybridkabelstromkreisen“ wird der Fehlerortungsalgorithmus von Hybridleitungen auf der Grundlage der Dämpfung der Wanderwellenenergie untersucht. Im Abschnitt „Simulationsüberprüfung“ werden Simulationen durchgeführt, um die Wirksamkeit der Methode zu überprüfen. Schließlich gibt der Abschnitt „Schlussfolgerung“ die Schlussfolgerung.

Wie in Abb. 1 dargestellt, werden, wenn die Wanderwelle den Ort erreicht, die elektrische Feldenergie und die magnetische Feldenergie auf dem Linienmikroelement Δx wie in Gleichung (1) erzeugt. (1) wobei zum Zeitpunkt t0 die Spannung und der Strom bei x0 auf der Leitung u(x0,t0) bzw. i(x0,t0) sind. l und c sind die Induktivität bzw. Kapazität zur Erde pro Längeneinheit der Leitung.

Schematische Darstellung der Energieausbreitung wandernder Wellen.

Die Spannung und der Strom der Wanderwelle erfüllen die folgende Beziehung:

Bringt Gl. (2) in entweder Gl. (1) zeigt, dass die auf der Leitung gespeicherte elektrische Feldenergie im Wesentlichen mit der magnetischen Feldenergie übereinstimmt. Somit beträgt die elektromagnetische Energie Wx im Linienmikroelement:

Die elektromagnetische Energie Wt pro Zeiteinheit bei x0 auf der Leitung beträgt:

Für Punkt x0 auf der Linie kann die Wanderwellenenergie, die zum Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 durch den Punkt läuft, wie folgt ausgedrückt werden:

In der Zwischenzeit führt der Leistungsverlust auf der Leitung zu einer Dämpfung der Wanderwellenenergie, und ihr Wert beträgt:

Wenn sich die Wanderwelle mit der Leistung P = i(x0,t0)2Z auf dem Linienelement dx ausbreitet, beträgt die Leistungsschwankung ΔP = 2Zi(x0,t0)di, aufgrund der Existenz von R und G. Wobei Z = R + jX, R ist der Leitungswiderstand und X ist die Leitungsreaktanz. Da die Energie abnimmt, ist das Vorzeichen von ΔP negativ und im Zusammenhang mit Gl. (6) Es ergibt sich:

Durch Lösen der Differentialgleichung über Strom und Abstand in Gl. (7) kann die folgende Gleichung erhalten werden:

Dabei ist γ der Ausbreitungskoeffizient der Wanderwellenenergie, der mit den Widerstands-, Kapazitäts-, Induktivitäts- und Leitfähigkeitsparametern der Leitung zusammenhängt. Ersetzen Sie Gl. (8) in Gl. (5) Um die Ausbreitungsformel der Wanderwellenenergie zu erhalten:

Gleichung (9) ist das Dämpfungsgesetz der Wanderwellenenergie, abgeleitet aus dem Leistungsverlust des Widerstands. Die Gleichung zeigt, dass die Wanderwellenenergie während der Übertragung ebenfalls exponentiell abnimmt. In Kombination mit den frequenzabhängigen Eigenschaften der Leitung weist die Ausbreitung der Wanderwellenenergie die folgenden Eigenschaften auf: Die hochfrequente Wanderwellenkomponente weist einen großen Dämpfungskoeffizienten auf, und die Wanderwellenenergie zerfällt im Ausbreitungsprozess schnell. Dementsprechend hat die Wanderwellenkomponente mit niedriger Frequenz einen kleinen Dämpfungskoeffizienten und die Wanderwellenenergie klingt langsam ab.

Anhand der oben erwähnten Dämpfungseigenschaften der Wanderwellenenergie lässt sich qualitativ erkennen, dass der Widerstand und die Leitfähigkeit der Übertragungsleitungen zu einer Verringerung der Wanderwellenenergie führen. Je länger die Ausbreitungsstrecke, desto kleiner ist der Wert der Wanderwellenenergie. Quantitativ entspricht die Dämpfung von Wanderwellensignalen dem Gesetz der exponentiellen Dämpfung, und die Größe der Wanderwellenenergie und die Entfernung der Wanderwellenausbreitung können durch eine Exponentialfunktion beschrieben werden. Basierend auf der obigen Analyse wird die Zuordnungsbeziehung zwischen Wanderwellenenergie und Fehlerort an beiden Enden eines einzelnen Leitungstyps wie folgt abgeleitet:

Mathematisch kann die folgende Differentialgleichung verwendet werden, um die Verringerung der Wanderwellenenergie während der Ausbreitung zu beschreiben, wobei sich A auf den Wert der Wanderwellenenergie und λ auf die Abklingkonstante der Wanderwellenenergie bezieht.

Eine Lösung der obigen Gleichung ist:

Dabei ist A(x) der Wert der Wanderwellenenergie im Abstand x vom Startpunkt und A0 der Anfangswert der Wanderwellenenergie.

Für die in Abb. 2 gezeigte homogenisierte Linie werden das erste und das letzte Ende der Linie als S und R bezeichnet. Es wird davon ausgegangen, dass der Abstand des Fehlerpunkts vom S-Ende der Linie x und die Gesamtlänge der Linie gleich ist L, die Energie der Wanderwellenkomponente bei jeder Frequenz an den S- und R-Enden der Leitung, die durch Gleichung berechnet werden kann. (12):

Einheitliches Leitungsfehlerdiagramm.

In der Formel sind WS(ω) und WR(ω) jeweils die Energie der Wanderwellenkomponente mit der Frequenz ω am S-Ende und R-Ende der Leitung, WF(ω) ist die Energie des Anfangs Wanderwellenkomponente mit der Frequenz ω an der Fehlerstelle. Da es sich um eine gleichmäßige Linie handelt, ist die anfängliche Wanderwellenenergie, die sich zu beiden Enden der Linie ausbreitet, konsistent, und α(ω) ist der Energiedämpfungskoeffizient der Wanderwellenkomponente mit der Frequenz ω.

Durch Division der oberen und unteren Gleichungen von Gl. (12) wird die Energie der unbekannten anfänglichen Wanderwelle des Fehlers WF(ω) eliminiert und die folgende Gleichung erhalten:

Durch Verschieben von x in Gl. (13) Links von der Gleichung kann die Beziehung zwischen dem Fehlerort und der Wanderwellenenergie an beiden Enden der Leitung erhalten werden:

Die Formel ist die Frequenz ω, die auf der Wanderwellenenergiedämpfungstheorie basiert und aus der Berechnungsformel für den Fehlerort abgeleitet wird. Aus der Formel ist ersichtlich, dass die Leitungslänge L eine bekannte Größe ist und der Wanderwellenenergiedämpfungskoeffizient α(ω) sein kann Berechnet über die Leitungsparameter. Solange die Leitung an beiden Enden der Wanderwellenenergie WS(ω), WR(ω) erhalten werden kann, kann der Fehlerort direkt berechnet werden.

Die Analyse des Abbildungszusammenhangs zwischen Energie und Störungen erfolgt unter idealen Bedingungen. Es wird davon ausgegangen, dass die Wanderwellenkomponente einer einzelnen Frequenz aus dem anfänglichen Wanderwellenkopf extrahiert werden kann. Aufgrund der Einschränkungen des aktuellen Zeit-Frequenz-Analysealgorithmus ist es jedoch unmöglich, das Signal einer bestimmten Frequenz im Mehrfrequenz-Aliasing-Signal genau zu extrahieren. Bei einem Wanderwellensignal mit kontinuierlichem Spektrum enthält eine bestimmte Frequenzkomponente nach der Zerlegung noch andere Frequenzkomponenten. Wenn daher bei demselben Fehler der Zeit-Frequenz-Analysealgorithmus verwendet wird, um die gemessenen Fehler-Wanderwellensignale an verschiedenen Orten zu zerlegen und die Wanderwellenenergie einer bestimmten Frequenz zu erhalten, weichen die berechneten Ergebnisse vom tatsächlichen Wert des Abstiegs ab Wellenenergie dieser Frequenz, was zu den folgenden zwei Problemen führt: Erstens können der Dämpfungskoeffizient und der Brechungskoeffizient der Wanderwellenenergie nicht mithilfe von Leitungsparametern berechnet werden; Zweitens erfüllt die mathematische Beziehung zwischen dem gemessenen Wert der Wanderwellenenergie und der Ausbreitungsentfernung nicht mehr genau die Form der Exponentialfunktion.

In diesem Fall wirken sich die durch die Zerlegung von Wanderwellensignalen erzeugten Fehler definitiv auf die Positionierungsgenauigkeit des auf Formel (14) basierenden Fehlerortungsalgorithmus aus. Im Vergleich zu gleichförmigen Leitungen sollten die Änderungen der Wanderwellenenergie auf dem fehlerfreien Abschnitt auch für die gemischten Kabelleitungen berücksichtigt werden, und der Korrektur des S-Transformationsfehlers sollte bei der Fehlerortung mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden. Theoretisch kann eine mathematische Formel verwendet werden, um den S-Transformationsfehler und die Beziehung zwischen der Ausbreitungsstrecke der Wanderwelle zu beschreiben, wodurch der Einfluss der S-Transformation auf die Positionierungsgenauigkeit und die Fehlerwanderwelle eliminiert wird. Da jedoch die Größe einer Frequenzkomponente unbekannt ist, kann der S-Transformationsfehler nicht gelöst werden, und seine Beziehung zur Ausbreitungsentfernung ist passend, aber aus einem anderen Blickwinkel besteht die Anpassung dieser Beziehung darin, das Variationsgesetz der sich entlang ausbreitenden Wanderwellenenergie zu beschreiben die Straße genauer. Durch Anpassen der Beziehung zwischen dem Dämpfungskoeffizienten der Wanderwellenenergie α(ω) und der Ausbreitungsentfernung der Wanderwelle x kann die Beziehung zwischen dem S-Transformationsfehler und der Ausbreitungsentfernung der Wanderwelle indirekt widergespiegelt werden und die genaue Lösung der Wanderwellenenergie am Fehlerpunkt ermittelt werden kann auch realisiert werden. Daher ist es notwendig, die Variationsregel der Wanderwellenenergie unter dem Einfluss des S-Transformationsfehlers entsprechend den strukturellen Eigenschaften gemischter Kabelleitungen zu analysieren und zu untersuchen, um die Genauigkeit der Fehlerortung zu verbessern.

Da sich die Analyse in diesem Artikel auf die anfängliche Wanderwelle des Fehlers bezieht, müssen Fehlerinformationen aus dem anfänglichen Wanderwellenkopf extrahiert werden. Daher muss die Auswahl der Fehlerdaten diskutiert werden, bevor die Auswirkung des S-Transformationsfehlers analysiert wird auf dem Energieänderungsmuster der Wanderwelle. Abbildung 3 ist das anfängliche Wanderwellendiagramm der Spannung, gemessen 50 km vom Fehlerpunkt entfernt, wenn die Oberleitung fehlerhaft ist. Die Ankunftszeit der Wanderwelle beträgt 0,033636 s und die Ankunftszeit der ersten reflektierten Welle beträgt 0,033803 s. Im Folgenden wird der S-Transformationsalgorithmus verwendet, um das Signal im Zeit-Frequenz-Bereich zu zerlegen, und die Änderungseigenschaften der S-Transformationsergebnisse jeder Frequenzsignalkomponente werden verglichen, wenn die Fehlersignale zu unterschiedlichen Start- und Endzeiten verwendet werden. Die Länge des S-Transformationszeitfensters wird in diesem Artikel auf 2 ms mit insgesamt 2000 Zeitpunkten gewählt. Das Zeitfenster der S-Transformation wird kontinuierlich von rechts nach links verschoben, um die Signallänge der effektiven Wellenform der Fehlerleitungswellenform zu verringern. Die S-Transformationsergebnisse für das Fehlerspannungssignal sind in Tabelle 1 aufgeführt.

S-Transformation-Zeitfenster-Bewegungsdiagramm.

Tabelle 1 zeigt, dass die Wellenformdaten in der ersten Zeile des Zeitfensters die anfängliche Wanderwelle und die reflektierte Wanderwelle enthalten, während die zweite Zeile des Zeitfensters nur die anfänglichen Wanderwellendaten enthält. Beim Vergleich der S-Transformationsergebnisse der drei Frequenzen sind die Ergebnisse völlig gleich. Da beide Enden der Leitung vollständig reflektiert werden, sind die Reflexionskoeffizienten gleich und heben sich gegenseitig auf, sodass die reflektierte Welle keinen Einfluss auf die Extraktion der anfänglichen Wanderwellenkomponente hat. Vergleichstabelle der gleichen Frequenz von S-Transformationsergebnissen unter unterschiedlichen Zeitfenstern. Wenn die Zeit zum Verlassen des Fensters nach links vergeht, wird die Länge des Fehlers effektiv reduziert, und die Transformationsergebnisse werden allmählich schlechter, wenn Signale unterschiedlicher Frequenz verglichen werden , desto größer ist der Einfluss auf die niedrige Frequenz des Signals, manchmal ist es sogar nicht möglich, die Amplitude des niederfrequenten Signals zu extrahieren. Wie in Tabelle 1 gezeigt, können bei einer Extraktionsfrequenz von 20 kHz in der vierten bis sechsten Zeile keine Daten angezeigt werden, was bedeutet, dass bei einer Linksverschiebung des Zeitfensters die S-Transformation keine Amplitude bei niedriger Frequenz extrahieren kann. In Anbetracht der Dämpfungseigenschaften der Wanderwelle klingen die Komponenten der Wanderwelle mit höheren Frequenzen schnell ab und sind nicht leicht zu erkennen, während die Frequenzen mit zu niedrigen Frequenzen leicht zusammenzuordnen und nicht leicht zu unterscheiden sind. Drei Frequenzen von 20 kHz, 50 kHz und 80 kHz werden von klein nach groß ausgewählt, und die Extraktionseffekte der S-Transformation unter den drei Frequenzen werden verglichen und analysiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Die Wanderwellenkomponente mit 80 kHz Frequenz kann einen besseren Zersetzungseffekt erzielen. Es ist zu erkennen, dass die fehlerhaften Hochfrequenzkomponenten an der Vorderseite des Wanderwellenkopfes konzentriert sind, also in dem Teil, in dem der Wellenkopf schnell ansteigt. Der flachere Teil des Wellenkopfes hat weniger Einfluss auf die Extraktionsergebnisse hochfrequenter Komponenten. Daher muss bei der Lösung der Wanderwellenenergie sichergestellt werden, dass der vollständige Wellenkopf der anfänglichen Wanderwelle des Fehlers im Zeitfenster der S-Transformation enthalten ist.

Aufgrund der Struktur der Hybridleitungen vom Typ A und Typ B und dem Ort des Auftretens des Fehlers kann der Ausbreitungsweg der anfänglichen Wanderwelle des Fehlers in fünf Kategorien unterteilt werden, wie in Tabelle 2 dargestellt.

Wenn man die Ähnlichkeiten und Unterschiede der fünf Arten von Ausbreitungswegen vergleicht, kann die Variation der Wanderwellenenergie vom Fehlerpunkt zu beiden Enden der Leitung als eine Kombination der folgenden sechs Arten von Gesetzen klassifiziert werden:

Oberleitungsstörung, das Variationsgesetz der Wanderwellenenergie auf dieser Leitung.

Kabelleitungsstörung, das Variationsgesetz der Wanderwellenenergie auf dieser Leitung.

Das Variationsgesetz der Wanderwellenenergie vor und nach dem Kabelanschlusspunkt.

Freileitungsfehler, das Variationsgesetz der Wanderwellenenergie auf der Kabelleitung, die direkt mit der Fehlerleitung verbunden ist.

Kabelleitungsfehler, das Variationsgesetz der Wanderwellenenergie auf der Kabelleitung, die direkt mit der Fehlerleitung verbunden ist.

Freileitungsfehler der B-Typ-Hybridleitung, Variationsgesetz der Wanderwellenenergie auf einem anderen Abschnitt der Freileitung.

Solange die oben genannten Variationsgesetze geklärt sind, können die Fehlerpunktdaten aus den Daten an beiden Enden der Leitung abgeleitet werden, um den Fehlerort zu ermitteln.

Das B-Typ-Hybridleitungssimulationsmodell wird in PSCAD erstellt, um das Variationsgesetz der Wanderwellenenergie in verschiedenen Szenarien zu analysieren und anzupassen. Das in diesem Abschnitt ausgewählte S-Transformationszeitfenster stimmt mit dem vorherigen Artikel überein. Wenn man gleichzeitig die Dämpfungseigenschaften von Wanderwellen berücksichtigt, klingen die Wanderwellenkomponenten höherer Frequenzen schnell ab und sind nicht leicht zu erkennen, während diejenigen mit zu niedrigen Frequenzen leicht vermischt und nicht leicht zu unterscheiden sind. Daher werden die Wanderwellenkomponenten mit einer Frequenz von 80 kHz verwendet, um einen besseren Zerlegungseffekt zu erzielen.

Setzen Sie alle 10 km einen Wanderwellenmesspunkt im Freileitungsabschnitt des Simulationsmodells. Insgesamt gibt es 10 Punkte, die Abtastfrequenz beträgt 1 MHz und die Wanderwellen-Messpunkte werden jeweils mit M1 ~ M10 bezeichnet. Wie in Abb. 4 dargestellt, wird auf der linken Seite des Messpunkts M1 ein A-Phase-Erdungsfehler eingestellt, der Fehlerwiderstand beträgt 10 Ω und die Spannungs- und Stromwellenformen an jedem Messpunkt werden aufgezeichnet. Wie in Abb. 5a, b von links nach rechts gezeigt, sind die anfänglichen Wanderwellenformen von Spannung und Strom bei M1–M10 dargestellt.

Simulationsmodell der Variation der Wanderwellenenergie von Freileitungen (Szenario 1).

(a) Anfängliche Wanderwellenwellenform der Spannung an jedem Messpunkt; (b) Anfängliche Wanderwellenwellenform des Stroms an jedem Messpunkt.

In dieser Arbeit wird die S-Transformation zur Verarbeitung der Spannungs- und Stromwanderwellen an den Messpunkten M1–M10 verwendet. Wir berechnen den Modul jedes Elements in der komplexen Matrix. Da die Frequenz von 80 kHz nicht nur die Glätte der Kurve gewährleistet, sondern auch den Einfluss von Streuwellen verringert, extrahieren Sie die Frequenzkomponente von 80 kHz. Die Ergebnisse sind in Abb. 6 dargestellt. Die Amplitude ist in Abb. 6a dargestellt die Spannungsamplitude von 10 Messpunkten nach der S-Transformation und die Amplitude in (b) stellt die Stromamplitude von 10 Messpunkten nach der S-Transformation dar. In dieser Arbeit wird der nichtlineare Störlichtbogen betrachtet. In der Abbildung sind von links nach rechts die S-Transformationsergebnisse der Wanderwellenwellenformen bei M1–M10 dargestellt. Anschließend wird die Wanderwellenenergie an jedem Messpunkt gemäß Gl. berechnet. (15), wobei WMi die Wanderwellenenergie am Messpunkt Mi darstellt und SU(d) und SI(d) die Werte der d-Spalte der Spannungs- bzw. Stromwanderwellen-S-Transformationsmodusmatrix sind. Und Di ist die Spaltennummer, die dem Maximalwert der fehlerhaften Wanderwellen-S-Transformationswellenform bei Mi entspricht. Daher werden SU(Di) und SI(Di) verwendet, um die Amplitude der 80-kHz-Frequenzkomponente zu charakterisieren, und n charakterisiert die Dauer der 80-kHz-Frequenzkomponente. Für n setzen wir in der tatsächlichen Simulation n = 5, n = 10 bzw. n = 20 und beobachten den Einfluss verschiedener n-Werte auf die Verarbeitungsergebnisse der S-Transformation. Es wurde festgestellt, dass die Anpassungsergebnisse der S-Transformation nicht glatt genug sind, wenn n 5 ist. Mit zunehmendem n wird die Kurve allmählich geglättet, und wenn n 10 ist, erfüllt der Anpassungsgrad der Kurve die Anforderungen. Wenn n zu groß ist, erhöht sich auch die erforderliche Rechenleistung und -zeit erheblich und die Kosten sind zu hoch. Daher wird nach umfassender Überlegung schließlich n = 10 ausgewählt.

(a) S-Transformationsergebnisse der Spannungswanderwelle an jedem Messpunkt; (b) S-Transformationsergebnisse der aktuellen Wanderwelle an jedem Messpunkt.

Die Ergebnisse der Berechnungen sind in Tabelle 3 dargestellt:

Setzen Sie die bei M2–M10 gemessene Wanderwellenenergie in die folgende Formel ein, um den Dämpfungskoeffizienten der Wanderwellenenergie an jeder Position zu berechnen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt.

Unter Verwendung der kubischen Funktion in MATLAB zur Anpassung der Beziehung zwischen dem Energiedämpfungskoeffizienten und der Ausbreitungsentfernung der Wanderwelle ergeben sich folgende Ergebnisse:

Dabei ist x1 der Abstand vom Kopfende zum Fehlerpunkt.

Stellen Sie unter Bezugnahme auf Abb. 7 10 Messpunkte für Wanderwellen als M1–M10 ein, deren Abstand 2 km beträgt. Anschließend wird der A-Phasen-Kernmantelfehler auf der linken Seite des Messpunkts M1 eingestellt, und der Fehlerwiderstand beträgt 10 Ω. Das in diesem Abschnitt verwendete Kabel ist das am häufigsten verwendete Hochspannungskabel: vernetztes Polyethylenkabel, das horizontal verlegt und direkt im Erdreich verlegt wird. Die Länge des Kabels beträgt mehr als 1 km, daher ist der Metallmantel des Kabels häufig kreuzweise verbunden. Gemäß Formel (15) und Formel (16) werden die Wanderwellenenergie bzw. der Dämpfungskoeffizient berechnet und die kubische Funktion zur Anpassung verwendet. Die berechneten Daten und Anpassungsergebnisse sind in den Tabellen 5 und 6 dargestellt:

Simulationsmodell der Wanderwellenenergieänderungen von Kabeltrassen (Szenario 2).

Die Anpassungsformel für den Dämpfungskoeffizienten der Wanderwellenenergie und die Ausbreitungsentfernung der Kabelleitung sowie das schematische Diagramm der Anpassungskurve lauten wie folgt, wobei x1 der Abstand vom Fehlerpunkt ist:

Die verbleibenden drei Arten von Ausbreitungspfaden können mit derselben Methode an verschiedene Situationen angepasst werden und ergeben schließlich: α1 ~ α5. ① \(\alpha_{1} (x_{1} )\) ist der Dämpfungskoeffizient der Wanderwellenenergie im Szenario eines Freileitungsfehlers. ② \(\alpha_{2} (x_{1} )\) ist der Dämpfungskoeffizient der Wanderwellenenergie im Szenario eines Kabelleitungsfehlers. ③ \(\alpha_{3} (x_{1} ,x_{2} )\) ist der Dämpfungskoeffizient der Wanderwellenenergie auf der Kabelleitung, die direkt mit der Fehlerfreileitung verbunden ist. ④ \(\alpha_{4} (x_{1} ,x_{3} )\) ist der Dämpfungskoeffizient der Wanderwellenenergie auf der Freileitung, die direkt mit der Fehlerkabelleitung verbunden ist. ⑤ \(\alpha_{5} (x_{1} ,x_{2} ,x_{3} )\) ist der Dämpfungskoeffizient der Wanderwellenenergie auf der rechten Freileitung im Szenario eines Freileitungsfehlers vom Typ B.

Aus Platzgründen finden Sie im Anhang spezifische Ausdrücke. Unter diesen stellt x1 die Ausbreitungsentfernung der Fehlerwanderwelle auf der Fehlerlinie dar. x2 stellt die Länge der Kabelleitung neben der Fehlerlinie dar. x3 stellt die Länge der Freileitung neben der Verwerfungslinie dar. Wo die Kabelverbindungspunkte den Kommutierungsfaktor berücksichtigen müssen und die Simulation den Durchschnittswert als Brechungsfaktor der Wanderwellenenergie im Fehlerortungsalgorithmus verwendet. Betrachtet man die gemischt verbundene Leitungsstruktur vom Typ A, B, gibt es drei Fälle: Der Brechungskoeffizient γ11 beträgt 0,26615, wenn die Wanderwelle im Szenario eines Freileitungsfehlers von der Kabelseite in die Freileitungsseite eintritt. Der Brechungskoeffizient γ12 beträgt 0,26601, wenn die Wanderwelle im Szenario eines Kabelleitungsfehlers von der Kabelseite in die Freileitungsseite eintritt. Der Brechungskoeffizient γ2 beträgt 0,26623, wenn die Wanderwelle von der Freileitungsseite in die Kabelleitungsseite eintritt.

Im Vergleich zur einheitlichen Leitung ist die Fehlerortung der Leitungskabel-Hybridleitung komplizierter: Aus Sicht der Leitungsstruktur führt das Vorhandensein von Leitungskabel-Verbindungspunkten dazu, dass die Wanderwellenenergie schrittweise und unterschiedlich abnimmt Leitungstypen führen zu einem zusätzlichen Dämpfungskoeffizienten der Wanderwellenenergie. Aufgrund des Einflusses des S-Transformationsfehlers ist es nicht nur notwendig, die Änderung des Dämpfungskoeffizienten der Wanderwellenenergie auf dem fehlerhaften Abschnitt zu berücksichtigen, sondern auch die Änderung des Dämpfungskoeffizienten auf dem nicht fehlerhaften Abschnitt genau zu beschreiben. Aufgrund der beiden oben genannten Gründe ist es notwendig, die oben abgeleitete Methode zur Lokalisierung homogener Leitungsfehler zu modifizieren, um sie für die präzise Lokalisierung von Leitungskabel-Hybridleitungsfehlern geeignet zu machen.

Wie in Abb. 8 dargestellt, beträgt die Länge der Freileitung SP LSP und die Länge der Kabelleitung PR LPR. Die Dämpfungskoeffizienten der Wanderwellenenergie im Fehlerabstand x1 für die Wanderwellenkomponente mit der Frequenz ω auf der Freileitung und der Kabelleitung als Fehlerabschnitt betragen α1ω(x1) bzw. α2ω(x1). Die Dämpfungskoeffizienten der Wanderwellenenergie im Fehlerabstand x1 für die Wanderwellenkomponente mit der Frequenz ω auf der Freileitung und der Kabelleitung als Nichtfehlerabschnitt betragen α3ω(x1,x2) bzw. α4ω(x1,x3). Da die Längen von Freileitung und Kabelleitung × 2 und × 3 bestimmte Werte sind, können α3ω(x1,x2) und α4ω(x1,x3) auf α3ω(x1) und α4ω(x1) reduziert werden.

Schematische Darstellung einer Kabel-Hybrid-Übertragungsleitung vom Typ A.

Darüber hinaus wurde der spezielle Fehlerort des Kabelanschlusspunkts anhand der Fehlerabschnittsposition beurteilt, sodass er im Folgenden nicht analysiert wird.

Für den Freileitungsfehler F1 beträgt die anfängliche Wanderwellenenergie mit der Frequenz ω, die sich vom Fehlerpunkt zu beiden Enden der Leitung ausbreitet, WF(ω). Wenn sich die Wanderwelle zum S-Ende der Leitung und zum Kabelanschlusspunkt P ausbreitet, kann die Wanderwellenenergie an diesen beiden Orten mit der folgenden Formel berechnet werden:

In der Formel stellt x den Abstand vom S-Ende der Linie dar. Wenn sich die Wanderwelle vom Punkt P zum R-Ende der Linie ausbreitet, kann die Wanderwellenenergie am R-Ende mit der folgenden Formel berechnet werden:

In der Formel stellt γ2(ω) den Brechungskoeffizienten der Wanderwellenenergie der Wanderwellenkomponente mit der Frequenz ω dar, wenn diese von der Freileitungsseite zur Kabelseite gelangt. Die Bedeutung dieses Koeffizienten ist in Formel (8) dargestellt, wobei WPf(ω) und WPb(ω) jeweils die Wanderwellenenergie der Wanderwellenkomponente mit der Frequenz ω vor und nach dem Durchgang durch den P-Punkt der Kabelverbindung darstellen.

In ähnlicher Weise dividiert man die beiden Gleichungen von Gl. (19), die Energie WF(ω) der unbekannten Wanderwelle, wenn der anfängliche Fehler beseitigt ist. Und dann die Gleichungen kombinieren. (20) und (21) kann eine mathematische Beziehung nur über WS(ω) und WR(ω) mit Fehlerabstand x1 wie folgt erhalten werden:

Aus der obigen Gleichung ist ersichtlich, dass WS(ω), WR(ω) und LSP im Ausdruck WP(ω) bekannte Größen sind oder durch tatsächliche Messung ermittelt werden können. Und das Variationsgesetz von γ2(ω), α1ω(x1), α3ω(x1) wurde durch Anpassen erhalten. Bei der Identifizierung, dass sich der Fehler im Freileitungsabschnitt befindet, kann der Fehlerort auf der Grundlage der Wanderwellenenergiebeziehung zwischen den S- und R-Enden der Leitung berechnet werden, die in Gleichung (1) dargestellt ist. (22) zur genauen Lokalisierung des Freileitungsfehlers auf der Kabelhybridleitung vom Typ A.

Ebenso kann die Fehlerortungsformel der Kabelleitung wie folgt ermittelt werden:

In ähnlicher Weise kann der Ausdruck der Abbildungsbeziehung zwischen Wanderwellenenergie und Fehlerort für Hybridleitungsfehler vom Typ B mit unterschiedlichen Fehlerorten abgeleitet werden. Wie in Abb. 9 dargestellt, beträgt die Länge der Freileitungen SP1 und P2R LSP1 bzw. LP2R und die Länge des Kabels P1P2 beträgt LP1P2. Wenn auf der Freileitung SP1/P2R ein Fehler auftritt, beträgt der Dämpfungskoeffizient der Wanderwellenenergie der Wanderwellenkomponente mit der Frequenz ω auf dem Abschnitt SP1/P2R im Fehlerabstand x1 α1ω(x1). Und der Dämpfungskoeffizient der Wanderwellenenergie der Wanderwellenkomponente mit der Frequenz ω am P2/P1-Punkt in der Fehlerentfernung x1 beträgt α3ω(x1). Außerdem beträgt der Dämpfungskoeffizient der Wanderwellenenergie der Wanderwellenkomponente mit der Frequenz ω am R-Ende/S-Ende bei der Fehlerentfernung x1 α5ω(x1). Wenn auf der Kabelleitung P1P2 ein Fehler auftritt, beträgt der Dämpfungskoeffizient der Wanderwellenenergie der Wanderwellenkomponente mit der Frequenz ω auf dem Abschnitt P1P2 im Fehlerabstand x1 α2ω(x1). Und der Dämpfungskoeffizient der Wanderwellenenergie der Wanderwellenkomponente mit der Frequenz ω am R-Ende/S-Ende bei der Fehlerentfernung x1 beträgt α4ω(x1).

Schematische Darstellung einer Kabel-Hybrid-Übertragungsleitung vom Typ B.

Wenn sich beim Freileitungsfehler F1 die anfängliche Wanderwelle mit der Frequenz ω zum S-Ende und R-Ende der Leitung ausbreitet, ist die Wanderwellenenergie wie folgt:

Dividiert man die beiden Formeln in Formel (24) und erhält man folgendes Ergebnis:

In der Formel stellt x den Abstand zwischen dem Fehlerpunkt F1 und dem S-Ende der Leitung dar, und γ12(ω) stellt den Brechungskoeffizienten der Wanderwellenenergie dar, wenn die Wanderwellenkomponente mit der Frequenz ω von der Kabelseite zur Freileitung gelangt Leitungsseite unter der Oberleitungsstörung.

Wenn sich bei einem Kabelleitungsfehler F2 die anfängliche Wanderwelle mit der Frequenz ω zum S-Ende und R-Ende der Leitung ausbreitet, ist die Wanderwellenenergie wie folgt:

Dividiert man die beiden Formeln in Formel (26) und erhält man folgendes Ergebnis:

In der Formel stellt x den Abstand zwischen dem Fehlerpunkt F2 und dem Punkt P1 dar. Wenn sich bei einem Freileitungsfehler F3 die anfängliche Wanderwelle mit der Frequenz ω zum S-Ende und R-Ende der Leitung ausbreitet, ist die Wanderwellenenergie wie folgt:

Dividiert man die beiden Formeln in Formel (28) und erhält man folgendes Ergebnis:

In der Formel stellt x den Abstand zwischen dem Fehlerpunkt F3 und dem R-Ende der Leitung dar.

Die Leitung in der Simulation übernimmt den B-Typ-Verbindungsmodus. Die Gesamtlänge der Übertragungsleitung beträgt 112 km, wovon die Länge der beiden Freileitungen 60 km bzw. 40 km und die Länge der Kabelleitung 12 km beträgt. Die in der Literatur beschriebene Segmentortungsmethode wird zunächst verwendet, um das Segment zu lokalisieren, und dann wird der genaue Fehlerort durch die Schleifeniteration des Dämpfungskoeffizienten und des virtuellen Fehlerpunkts ermittelt.

Zunächst wird der Freileitungsfehler als Fallbeispiel verwendet, um den Fehlerortungsprozess zu demonstrieren. Wir setzen einen A-Phasen-Erdschluss 22 km vom S-Ende der Leitung entfernt und messen dann die anfängliche Wanderwelle des Fehlers an beiden Enden der Leitung. Die Wellenform ist in Abb. 10 dargestellt.

(a) Spannungswanderwellenwellenform am S-Ende und R-Ende der Leitung; (b) Aktuelle Wanderwellenwellenform am S-Ende und R-Ende der Leitung.

Unter Verwendung der S-Transformation zum Extrahieren der 80-kHz-Wanderwellenkomponente sind die S-Transformationsergebnisse in Abb. 11 dargestellt. Die Amplitude in Abb. 11 stellt die Amplitudenergebnisse der Spannung und des Stroms am Anfang und Ende der Leitung danach dar S-Transformation. Bei der Berechnung der Wanderwellenenergie gemäß der im Abschnitt „Bestimmung des Dämpfungskoeffizienten“ beschriebenen Methode beträgt die Wanderwellenenergie am S-Ende und am R-Ende der Leitung 472,227 bzw. 0,216063. Die Iteration des Entfernungsmessungsalgorithmus wird in MATLAB implementiert, indem das Variationsgesetz des Wanderwellenenergiedämpfungskoeffizienten der Freileitung und die Gleichung kombiniert werden. (25). Die Ergebnisse jeder Iteration sind in Abb. 12 dargestellt, aus der hervorgeht, dass die Berechnungsergebnisse mit zunehmender Anzahl von Iterationen allmählich konvergieren und der Algorithmus schnell konvergiert. Nach 4 Iterationen beträgt die Differenz zwischen den beiden benachbarten berechneten Verwerfungsabständen 0,001 km, was die Anforderung Δx = 0,001 km ≤ 10−3 km erfüllt, und der iterative Prozess endet. Das Ergebnis der Fehlerortung beträgt 21,779 km, was nur 0,221 km von der tatsächlichen Fehlerentfernung abweicht, sodass der vorgeschlagene Algorithmus eine gute Ortungsgenauigkeit aufweist.

S-Transformationsergebnisse von Spannungs- und Stromwellen, die über die Leitung wandern.

Konvergenz iterativer Algorithmen.

Um die Zuverlässigkeit und Robustheit des Algorithmus zu überprüfen, werden jeweils Struktur, Länge, Fehleranfangsphasenwinkel und Fehlerübergangswiderstand der Leitung geändert. Die Positionierungsgenauigkeit in den oben genannten Szenarien wird analysiert und mit dem Positionierungseffekt der unkorrigierten Methode verglichen. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 7 und 8 dargestellt. Die unkorrigierte Methode bedeutet, dass derselbe Wanderwellendämpfungskoeffizient zur Berechnung des Fehlerorts ohne verwendet wird Berücksichtigung des Einflusses des S-Transformationsfehlers auf den Dämpfungskoeffizienten in verschiedenen Szenarien. Der Dämpfungskoeffizient der Wanderwelle wird durch Anpassen der entlang der Leitung gemessenen Wanderwellenenergie ermittelt. Der Wanderwellendämpfungskoeffizient der Freileitung beträgt 8,7742 × 10–5 und der der Kabelleitung 3,7334 × 10–5.

Die Ergebnisse in Tabelle 7 zeigen, dass der anfängliche Phasenwinkel des Fehlers und die Variation des Fehlerübergangswiderstands nur geringe Auswirkungen auf die Positionierungsergebnisse haben. Dies liegt daran, dass der anfängliche Phasenwinkel und der Übergangswiderstand nur die Amplitude des anfänglichen Wellenkopfes der Verwerfung verändern und nicht den Anstiegsprozess des Wellenkopfes. Das heißt, dass die S-Transformation der Fehlerwanderwellen unter verschiedenen Bedingungen die Wanderwellenenergie der Spannungs- und Stromwanderwellen nur proportional verringert. Wenn jedoch der Fehlerwiderstand hoch genug ist und die Fehlerübergangseigenschaften schwach sind oder das Wanderwellensignal nach der Übertragung über große Entfernungen grundsätzlich abgeklungen ist und verschwunden ist, kann die anfängliche Wanderwelle nicht genau erkannt werden und das Verfahren kann den Fehler nicht genau lokalisieren Standort.

Aus den Positionierungsergebnissen in Tabelle 8 lässt sich schließen, dass bei der unkorrigierten Methode insbesondere bei großen Leitungslängen relativ große Fehler in den Positionierungsergebnissen auftreten und die Positionierungsergebnisse den tatsächlichen technischen Anforderungen nicht gerecht werden können. Die Methode in diesem Artikel berücksichtigt den Einfluss der S-Transformation auf die Extraktion der Einzelfrequenzkomponente der Wanderwelle und hat einen guten Lokalisierungseffekt für jeden Punktfehler auf der Leitung.

Die Analyse und Ergebnisse aus Abb. 3 und Tabelle 1 zeigen, dass die Verzerrung der Wellenform einen geringen Einfluss auf die S-Transformationsergebnisse hat. Tabelle 9 zeigt die Ortungsergebnisse des Fehlers mit konstantem Widerstand und des Lichtbogenfehlers an verschiedenen Fehlerorten. Aus den Daten in der Tabelle ist ersichtlich, dass der Fehler bei der Ortung von Lichtbogenfehlern im Vergleich zu Fehlern mit konstantem Widerstand zugenommen hat. Dennoch kann es den Anforderungen praktischer technischer Anwendungen gerecht werden.

Basierend auf den Mängeln der herkömmlichen Lokalisierungsmethode bezüglich der Ankunftszeit der Wanderwelle sucht dieser Artikel nach der charakteristischen Größe, die aus der Perspektive der Energiedämpfungseigenschaften der Wanderwelle auf die Fehlerlokalisierung angewendet werden kann. Und die Kartierungsbeziehung zwischen der charakteristischen Größe und dem Fehlerort im Detail analysieren, um eine präzise Lokalisierung zu erreichen. Im Prinzip wird diese Methode dadurch vervollständigt, dass die Differenz der Wanderwellenenergie an beiden Enden der Leitung genutzt wird. Es muss lediglich die Energie der Fehlerwanderwelle gemessen und berechnet werden. In der Anwendung muss das Verfahren weder eine strikte zeitliche Synchronisierung zwischen den Messpunkten gewährleisten, noch muss es die Informationen des Fehlerreflexionswellenkopfes nutzen, wodurch die Fehlereinleitung reduziert und eine präzise und zuverlässige Fehlerortung erreicht werden kann.

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem Artikel und seiner ergänzenden Informationsdatei enthalten.

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Diese Arbeit wurde durch das Projekt ZNKJ-20-32 unterstützt.

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Chen Zhang

Fakultät für Elektrotechnik, China University of Mining and Technology, Xuzhou, 221116, China

Hao Jiang

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WH: Konzeptualisierung, Methodik, Software, Schreiben – Originalentwurf, ZQ: Validierung, formale Analyse, Untersuchung, ZA: Überwachung, Finanzierungsakquise, YZ: Datenkuration, Ressourcen, EZ: Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung, CZ: Visualisierung Hao Jiang: Projektverwaltung.

Korrespondenz mit Hao Jiang.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Huo, W., Qu, Z., Ao, Z. et al. Fehlerortung von Kabelhybrid-Übertragungsleitungen anhand der Energiedämpfungseigenschaften von Wanderwellen. Sci Rep 12, 22448 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-25976-8

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Eingegangen: 09. Juli 2022

Angenommen: 07. Dezember 2022

Veröffentlicht: 27. Dezember 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-25976-8

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