基于全波形信息的混联线路单端行波定位方法
湖南大学电气与信息工程学院、长沙理工大学电气与信息工程学院的研究人员邓丰、李欣然等，在2018年第15期《电工技术学报》上撰文指出，架空线-电缆混联线路，由于各段线路行波波速度不一致，初始行波波头和故障点反射波难以辨识，传统的故障定位算法无法适用。
提出了基于全波形信息的故障行波时-频域表现形式；基于故障信号的传播特性和折、反射机理，定性分析了区段内故障和相邻区段故障，行波波形时-频域相似性和差异性，揭示了故障行波全波形与故障点位置一一对应的本质；基于故障行波全波形信息，截取一定时间窗行波信号，对其经连续小波变换得到各频带系数进行时间间隔划分，得到面积相等的时频小块，进而建立故障行波时频谱矩阵，利用波形特征匹配技术，实现混联输电线路准确故障定位。
该方法具有清晰的物理意义，无需行波模量波速，无需提取初始行波波头以及后续反射波，可通用于多端混联输电线路。理论研究和大量算例分析结果表明，该方法原理简单，具有较高的实用价值。
故障行波定位技术具有响应速度快、不受分布电容、系统振荡、互感器饱和等因素的影响，具有较为明显的技术优势。经过近10多年的发展，故障行波定位技术已经成熟并被成功地应用于电力线路故障定位，特别是在110 kV及以上电压等级的交流和直流架空输电线路中得到了广泛应用[1-8]。
行波在不同介质中传播速度不同，在架空线中的波速度接近光速，实际应用中一般取290~299 m/s。不同型号的电缆之间由于绝缘介质不同，致使波速度存在较大差异，如在油浸纸绝缘电缆中波速约为150~170 m/s，塑料电缆中波速约为170~200 m/s，橡胶电缆中波速约为210~230 m/s[9]。行波在混联线路内折、反射过程复杂，辨识行波波头，特别是后续反射波中，故障点反射波、对端母线反射波和架空线-电缆分接头反射波无法区分。
由于越来越多的110 kV、220 kV输电线路深入到城市核心区域，为了节约城市线路走廊，出现了城市外为架空线路、城市内为电缆的二元结构混联输电线路。而对于特殊群岛地理环境，如舟山群岛，岛屿与大陆或岛屿之间的输电线路多采用海底电缆，而岛屿上多采用架空线路，因此电网中常出现由多段架空线和电缆混合而成的输电线路，常见的混联线路集中混联形式一般为“电缆-架空”或“电缆-架空-电缆”。
基于均匀传输线的传统故障行波定位方法，尤其是基于单端量的故障行波定位方法难以适用于混联输电线路，混联输电线路的出现给行波故障定位技术带来了新的挑战。
针对架空线-电缆混联线路，文献[10]提出了基于波速度归一原理的双端行波测距算法，文献[11]提出了基于配电混合线路结构归一化处理的网络故障定位方法。上述方法需要依据架空线和电缆波速度，将电缆波速度或线路长度换算成架空线路，波速度取定值，算法本身就存在较大的误差。
为避免波速度的影响，文献[12]提出了基于双端行波到达时间中点的逐段搜索算法；文献[13]针对混合线路参数特征，提出了基于暂态电压序量变化量的超高压混合线路故障测距方法；文献[14]提出了一种基于行波到达时间比较的双端故障定位方法。
上述方法理论上可以解决混联线路区段定位问题，但有些算法物理意义不明确，有些算法过于复杂、不利于现场实用，有些算法对两段以上混联线路没有详解。
进一步研究，文献[15]分析了传统双端行波定位算法的物理意义并给出其另一种表达形式，提出了一种利用分段补偿原理的混合线路双端行波测距方法；文献[16]利用支持向量机分类器辨识故障区段和区段内故障范围，再用线模电压行波的小波系数定位故障点位置，上述方法可应用于多段架空线-电缆混联线路。
针对海上风电场，多端海底电缆-架空线的特殊线路结构，文献[17]提出基于多端初始行波时差辨识故障区段和定位故障点位置的方法，该方法对于分接头及其周边故障和线路末端故障的定位误差较大。
本文提出了一种基于故障行波全波形信息的混联输电线路单端定位方法。首先，截取故障发生后一段时间内的时-频域全波波形，基于故障行波的传输特性和折、反射机理，详细分析了区段内故障和区段间故障，单端行波波形的时-频相关性和差异性，基于此，提出了基于时-频能量矩阵和波形特征匹配的新型单端定位方法。
该方法充分利用单端检测点时-频域全息故障行波信息，具有清晰的物理意义，无需检测初始行波波头到达时间，无需辨识故障点反向波，无需检测不同模量的传输波速，实现了混联输电线路和均匀传输线中定位算法的统一。值得一提的是，基于故障行波折、反射机理，本文方法不存在区段连接点领域定位死区，缩小了近端故障和末端故障死区，可实现全线准确故障定位。
图1 某110 kV架空线-电缆混联线路
图13 电缆分接头周边区域故障示意图
1）故障行波全波形与故障点位置存在一一对应的关系，基于此，提出了基于线路单端或网络单端测量的故障行波定位方法。
2）基于故障行波折射和反射机理，单端检测点检测到的行波时-频域全波波形，其时间-频率-幅值-相角等的差异性要明显大于单一的架空线或电缆。本文方法更适用于混联输电线路，可行性强，且通用于多段混联线路，定位准确度和可靠性较高。
3）由于仅利用单端数据，本文方法的应用在技术上易实现且经济性好，便于装置的安装和推广，实际应用价值较高。