电缆-架空混合线路对行波故障定位装置定位精度的影响

一、引言
随着电力系统的快速发展，电网结构日益复杂，电缆与架空线路混合连接的情况越来越普遍。这种混合线路结合了电缆线路占地少、受环境影响小和架空线路成本低、维护方便的优点，但也给故障定位带来了挑战。行波故障定位技术作为一种高精度的故障定位方法，在纯电缆或纯架空线路中已得到广泛应用。然而，在电缆-架空混合线路中，由于线路参数的突变和行波传播特性的变化，行波故障定位装置的定位精度往往受到影响。

二、电缆-架空混合线路的结构与行波传播特性
（一）结构特点
电缆-架空混合线路通常由一段或多段电缆线路与架空线路通过连接设备（如开关、变压器等）串联组成。电缆线路采用绝缘介质包裹导体，具有分布电容大、波阻抗小的特点；架空线路则暴露在空气中，分布电感较大，波阻抗相对较高。这种结构上的差异导致行波在两种线路中传播时，其波速、衰减和反射特性均有所不同。
（二）行波传播特性
行波在均匀线路中传播时，其波速和波阻抗保持不变。但在电缆-架空混合线路中，当行波从一种线路进入另一种线路时，由于波阻抗的突变，会发生反射和折射现象。反射系数和折射系数可由公式计算得出，反射系数r= (Z2- Z1)/(Z2+ Z1)，折射系数t= 2Z2/(Z2+ Z1)，其中 Z1和 Z2分别为两种线路的波阻抗。此外，电缆线路的波速约为 1.5×108m/s，架空线路的波速约为 3×108m/s，波速的差异也会影响行波到达检测点的时间。
三、影响行波故障定位精度的主要因素
（一）波阻抗不连续引起的反射干扰
在电缆-架空混合线路的连接点处，波阻抗的突变会导致故障行波产生多次反射和折射。这些反射波与初始行波、故障点反射波相互叠加，使得检测到的行波波头变得模糊，难以准确识别初始行波和故障点反射波的到达时刻。例如，当故障发生在架空线路段时，故障行波会先向两侧传播，在电缆-架空连接点处发生反射，反射波可能会被误认为是故障点的反射波，从而导致定位误差。
（二）波速差异导致的时间计算误差
行波故障定位装置通常根据行波传播时间和波速来计算故障距离。在混合线路中，由于电缆和架空线路的波速不同，若装置仍采用单一的波速进行计算，会引入较大误差。例如，当故障点位于电缆段时，若按架空线路的波速计算，得到的故障距离会远大于实际距离；反之，当故障点位于架空线路段时，按电缆波速计算则会导致距离偏小。此外，波速还会受线路参数（如温度、湿度、土壤特性等）的影响而发生变化，进一步增加了时间计算的不确定性。
（三）故障点位置的影响
故障点在混合线路中的位置不同，对定位精度的影响也不同。当故障点靠近连接点时，反射波和折射波的干扰更为严重，行波波头的识别难度更大。而当故障点远离连接点时，虽然反射干扰相对较小，但波速差异带来的影响仍然存在。此外，不同类型的故障（如单相接地、相间短路等）产生的行波特征也有所不同，可能会影响定位装置对行波波头的检测和识别。
（四）采样率和数据处理算法的限制
行波故障定位装置的采样率决定了对行波波头的捕捉精度。若采样率不足，可能无法准确记录行波波头的到达时刻，导致时间测量误差。同时，数据处理算法的优劣也直接影响定位精度。传统的行波定位算法（如单端法、双端法）在处理混合线路中的复杂行波信号时，可能无法有效分离有用信号和干扰信号，从而影响定位结果的准确性。
四、提升混合线路行波故障定位精度的优化措施
（一）采用分段波速修正方法
针对混合线路中波速差异的问题，可以根据线路的实际结构，将线路分为若干段，每段采用对应的波速进行计算。定位装置在接收到行波信号后，结合线路的拓扑结构和各段的波速参数，通过迭代计算或优化算法确定故障点所在的线段，并精确计算故障距离。例如，利用双端行波定位原理，结合各段线路的波速和长度信息，建立方程组求解故障位置。
（二）优化行波波头检测算法
为了准确识别混合线路中的行波波头，需要优化波头检测算法。可以采用基于小波变换、数学形态学或希尔伯特-黄变换等先进信号处理技术，对行波信号进行去噪和特征提取，提高波头识别的准确性。例如，小波变换具有良好的时频局部化特性，能够有效分解行波信号中的高频分量，从而准确捕捉波头的到达时刻。
（三）建立线路参数动态修正机制
线路参数（如波阻抗、波速）会受外界环境因素的影响而发生变化。通过在线监测线路的温度、湿度、负荷等参数，建立线路参数的动态修正模型，实时更新定位装置中的参数数据库，从而提高定位计算的准确性。例如，利用光纤传感技术监测电缆的温度变化，根据温度与波速的关系对波速进行动态修正。
（四）多端行波定位技术的应用
在混合线路中布置多个行波检测装置，通过多端数据融合和联合分析，可以有效减少反射波和干扰信号的影响。多端行波定位技术能够利用不同检测点接收到的行波信号，交叉验证故障位置，提高定位结果的可靠性。例如，基于同步相量测量技术（PMU）实现多端数据的高精度同步，结合智能算法对多端数据进行综合分析，确定故障点的精确位置。