Localização de faltas em linhas de transmissão híbridas a cabo com base nas características de atenuação de energia de ondas viajantes

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 22448 (2022) Cite este artigo

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As linhas de transmissão híbridas aéreas cabeadas são conectadas alternadamente por dois tipos de linhas, com estrutura mais complexa e maior dificuldade de localização de faltas. Este artigo apresenta um método preciso de localização de faltas para linhas híbridas de cabos aéreos baseado na energia das ondas progressivas. Em primeiro lugar, é definido o conceito básico de energia das ondas progressivas. Com base nas características de atenuação da onda progressiva, é analisada a relação de mapeamento entre a energia da onda progressiva e a localização da falta. Em segundo lugar, considerando a influência do erro da transformada S na lei de propagação da energia das ondas viajantes, são analisadas as características de atenuação da energia das ondas viajantes de linhas híbridas comuns tipo A e tipo B. Então, para as linhas híbridas de cabos aéreos com estruturas diferentes, a relação de mapeamento entre a energia das ondas viajantes em ambas as extremidades da linha e a distância da falha é derivada quantitativamente e um método preciso de localização de falhas com base na relação inicial de energia das ondas viajantes em a mesma frequência em ambas as extremidades da linha é proposta. Finalmente, um modelo de simulação de falta em linha de transmissão híbrida de 110 kV é construído em PSCAD/EMTDC, e as faltas sob diferentes condições são simuladas em diferentes seções da linha. A eficácia e robustez do método proposto são verificadas através da simulação.

Sob as tendências da urbanização, a construção de linhas de transmissão é inevitavelmente contrária ao desenvolvimento de vilas e cidades. As linhas de transmissão estão evoluindo gradualmente de uma única linha de transmissão aérea para uma linha de transmissão mista de linhas aéreas e cabos1. As estatísticas mostram que a falha de aterramento monofásica é responsável por mais de 80% das falhas de linha aérea, e as falhas monofásicas de núcleo e bainha representam uma proporção maior de falhas de linha de cabo. É vital melhorar a confiabilidade do sistema de distribuição para localizar rapidamente o ponto de falha da linha mista do cabo após a ocorrência da falha, solucionar e eliminar a falha e restaurar a operação normal da linha o mais rápido possível2. Portanto, é de grande importância encontrar um método de localização de faltas rápido e eficiente.

Para este fim, as linhas híbridas comuns de cabos aéreos podem ser divididas em duas estruturas diferentes, tipo A e tipo B3. As linhas do tipo A consistem em duas partes da linha, uma para a linha de cabo e outra para a linha aérea; As linhas do tipo B consistem em três partes da linha, duas para a linha aérea e uma para a linha de cabo, e a linha de cabo está localizada no meio da linha aérea. Do ponto de vista estrutural, existem diferenças significativas entre a linha híbrida aérea e a linha homogênea. Dois problemas a seguir precisam ser considerados na localização da falta: (1) a impedância da onda no ponto de conexão do cabo é descontínua (2) a onda viajante será refratada e refletida entre o ponto da falta, o ponto de conexão do cabo e o ponto final da linha. O processo de propagação é complexo, o que torna um desafio determinar a origem da cabeça da onda viajante; Os parâmetros das linhas aéreas e das linhas de cabo são diferentes, e a velocidade de propagação da onda progressiva de falha nos dois tipos de linhas também é diferente. Os problemas acima dificultam a aplicação direta do método de localização de faltas para linhas de transmissão homogêneas em linhas de transmissão híbridas.

Atualmente, os principais métodos de localização de faltas em linhas de transmissão incluem método de impedância e método de onda viajante4. Muitos estudiosos usam o método de impedância para localizar faltas em linhas de cabos mistos. A literatura5 utiliza principalmente as grandezas elétricas de frequência de potência em ambas as extremidades da linha após a falta e os parâmetros de linhas aéreas e linhas de cabo para calcular a tensão nos pontos de conexão do cabo e determina a localização da falta através da comparação de amplitude. No entanto, a localização de faltas de linhas híbridas de cabos com base no método de impedância é muito afetada pela resistência de transição, corrente de carga e impedância do sistema no lado oposto, o que torna difícil melhorar ainda mais a precisão da localização de faltas em princípio6.