線路保護常見的故障測距方法

邱琳

摘 要:輸電線路發(fā)生故障時,通過故障測距裝置的自動測量,可以為人工查找故障點提供有效參考,但需要注意測距設(shè)備的準確性、可靠性、實用性問題。介紹了基于故障分析的單端測距、雙端測距方法,并特別強調(diào)在實際中采用的方法,以及這些方法的特點和不足,并對這些方法給與了評價。

關(guān)鍵詞:輸電線路故障測距單端測距雙端測距

中圖分類號:TM6 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)07(c)-0106-01

高壓輸電線路是電網(wǎng)中傳輸電能的主要通道,其可靠運行直接關(guān)系到電能能否有效傳輸。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大,電能的輸送距離越來越遠,輸電線路的電壓等級也越來越高。遠距離的輸電以及大量輸電線路的建設(shè)使用帶來的問題之一就是輸電線路發(fā)生故障的次數(shù)也越來越多。由于輸電線路的運行環(huán)境多種多樣,越是復(fù)雜的地形和惡劣天氣,發(fā)生故障的可能性越大,這就給發(fā)生故障時的故障定位帶來了困難。為了盡快的修復(fù)和恢復(fù)供電,又迫切要求迅速的查找到故障點,為了解決這一問題,除了需要相關(guān)人員,特別是巡線人員的辛勤工作外,更需要一種有效的進行故障定位的方法,這便是輸電線路的故障測距技術(shù),為此工程技術(shù)人員和研究人員進行了大量的研究和實踐工作[1-2]。

1 輸電線路的故障測距

本質(zhì)上說,故障測距并不能準確獲知故障點的實際位置,因為故障測距得到的只能是電氣距離,如故障點到測距設(shè)備安裝點(一般是變電站內(nèi))的輸電線路長度,但這已經(jīng)可以大幅縮小人員現(xiàn)場查找故障點的范圍。故障測距設(shè)備又被稱為故障定位裝置,能夠根據(jù)故障發(fā)生時的電氣特征迅速測定安裝處到故障點的距離,從而減輕人工巡線的勞動,還可以查找出人工難以發(fā)現(xiàn)的故障,因此給電網(wǎng)運行部門帶來了很高的社會效益和經(jīng)濟效益。

為了達到預(yù)期的目標,需要故障測距裝置在準確性、可靠性以及實用性方面達到一定的目標。

1.1 準確性

準確性是故障測距裝置的最重要性能指標,失去準確性,就是去了故障測距的意義,反而會對人員的巡線帶來誤導(dǎo),影響人員的正確判斷,延長發(fā)現(xiàn)故障點的時間。實際的故障測距必然存在誤差,但誤差只要在可以接受的范圍內(nèi),就可以受到良好的效果。規(guī)范要求測距的綜合誤差不超過1%,而實際情況中,較短線路很難達到這一要求,也并無必要,考慮到桿塔之間的實際距離,一般要求測距誤差不超過1km,即在相鄰幾個桿塔之間是合理的,可以較好的滿足現(xiàn)場要求。

1.2 可靠性

在以往的研究中,常常片面強調(diào)故障測距的可靠性,即不拒動,不誤動。這是由于故障測距的研究人員普遍為繼電保護的研究人員,將對繼電保護的要求加至故障測距技術(shù)中導(dǎo)致的。實際上,對于故障測距而言,不誤動的要求并不那么重要,因為故障測距是與繼電保護裝置的動作相聯(lián)系的,在繼電保護裝置未動作的條件下,現(xiàn)場運行一般對故障測距裝置的報告很難予以重視。而且當前的情況下,一般不配置專門的故障測距裝置,故障測距功能是結(jié)合在繼電保護裝置內(nèi)的,在繼電保護不動作的情況下,故障測距功能是不可能啟動的。對于不拒動的要求是合理的,在發(fā)生故障時測距裝置無法給出測距情況報告,實際上是功能失效。

應(yīng)當說,準確性和可靠性是相結(jié)合的,當測距誤差過大,即準確性無法保障的情況下,便可以說是測距不可靠。

1.3 實用性

實用性是指測距設(shè)備應(yīng)結(jié)合實際情況進行研究和采用。首先是性價比問題,如果單獨的測距設(shè)備的價格過高,將難以推廣采用,因此結(jié)合繼電保護裝置的研究,將測距功能與之相結(jié)合是一種有效的手段,另一方面可以考慮將多條線路用同一測距裝置進行測距。其次是方便性問題,以多條線路采用同一測距裝置為例,這就需要將多條線路的信息(如交流量、開關(guān)量)引入裝置,在安裝接線上帶來大量不便,不便于調(diào)試和使用。

2 故障測距的主要方法

當前故障測距的主要方法,可以分為單端測距與雙端測距兩類,又可根據(jù)采用信息的不同分為故障分析法和行波法兩種。兩種分類是相互結(jié)合的,即可以分為四類,即基于故障分析的單端測距法、基于故障分析的雙端測距法、基于行波的單端測距法、基于行波的雙端測距法。

故障分析法,是在輸電線路發(fā)生故障時,根據(jù)相關(guān)參數(shù)和電流、電壓列出測距方程,通過方程求解得到故障點的位置。從信息學(xué)的角度可知,在有效利用信息的前提下,雙端測距方法采用雙側(cè)的電流電壓信息,應(yīng)當可以獲得更為準確的測距結(jié)果,但需要較多的數(shù)據(jù)傳輸。在與繼電保護裝置結(jié)合的情況下,特別是當前廣泛采用的光纖保護前提下,數(shù)據(jù)傳輸并不存在問題,因為保護的正常運行也需要電流量的傳送,通道寬度也足以保障所需信息的正常傳送。但對于無有效通道的前提下,則只能采用單端測距方法。

行波法是根據(jù)行波理論實現(xiàn)的測距方法。其在500kV線路中有一定應(yīng)用,但一般是獨立于繼電保護裝置單獨設(shè)立。

3各類故障測距方法的分析

3.1 基于故障分析的單端測距法

這種方法僅依賴線路一側(cè)的電壓、電流和參數(shù)來實現(xiàn)故障測距,因此實現(xiàn)相對簡單,也是最早實際應(yīng)用、應(yīng)用最為廣泛的故障測距方法。這種方法的不足就是應(yīng)用的信息量較少,且受系統(tǒng)的運行方式、故障點的接地阻抗影響較大。最典型的方法,便是利用故障分析所得的系統(tǒng)序網(wǎng)圖,根據(jù)故障的邊界條件建立故障電流與故障電壓的方程組,通過迭代求解得到故障距離。這類方法包括故障電流相位修正法、故障電流修正法、故障電流分析修正法等。迭代法的突出問題是算法本身的收斂性難以保障,特別是在系統(tǒng)運行方式發(fā)生較大變化,從而改變建立方程的基礎(chǔ)時,將可能得到偽根或負距離。為了解決這一問題,進一步的研究是利用參數(shù)識別,有效的分析當前系統(tǒng)的運行方式,對方程進行調(diào)整,從而消除運行方式變化帶來的影響。

3.2 基于故障分析的雙端測距方法

利用故障線路兩端的信息,可以有效消除單端測距法中故障點過渡阻抗和對側(cè)系統(tǒng)阻抗帶來的影響,但也帶來了相應(yīng)的問題,便是必須借助通信手段來完成信息的傳遞,同時要保障信息的同步性。考慮到信息的同步性問題較難解決,近年來提出了通過迭代求解的方法,在不要求信息同步的基礎(chǔ)上分別建立方程,然后通過迭代的方法求解出最合理的結(jié)果的方法,提高了方法的可靠性和精度。

因此對于電壓等級較低的線路,考慮到對于線路保護的要求和對故障測距的要求都較低,一般采用的保護為單端的距離保護、電流保護,對應(yīng)的測距方法為單端測距;而對于電壓等級較高(一般為220kV以上),考慮到當前往往采用由光纖通道構(gòu)成的差動保護,不存在信息傳遞問題,一般考慮采用雙端測距,以提高測距的準確性。

4 結(jié)語

基于故障分析的方法,其精度與建立方程的模型有關(guān)。對于單端測距方法,還受到過渡電阻、線路結(jié)構(gòu)、運行方式、傳變誤差的影響。雙端測距可以降低和削弱這些影響,但需要通道進行數(shù)據(jù)傳輸,還需要考慮信號同步等問題。

參考文獻

[1] 王耀亞.電力電纜故障測距方法研究[J].無線互聯(lián)科技,2011(4):34-36.

[2] 王翔.行波測距技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].上海電力,2011,24(2):121-125.