高壓輸電線路故障測距方法對比

【摘 要】我國的電網(wǎng)進入了快速的建設(shè)階段，電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，使輸電線路也加快了建設(shè)的步伐，目前，輸電線路開始向高壓和超高壓方向發(fā)展，所以高壓輸電線路的穩(wěn)定運行對于電網(wǎng)的可靠性是具有非常重要的意義的。因此在高壓輸電線路運行過程中對其故障進行準(zhǔn)確的判斷是十分必要的。現(xiàn)高壓輸電線路的準(zhǔn)確故障測距是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的有效途徑之一。根據(jù)各測距算法采用的原理不同，將其分現(xiàn)有的故障測距方法按原理來分，基本上可以分為阻抗法、行波法、故障分析法。

【關(guān)鍵詞】高壓輸電線路；故障測距；行波法；故障分析法

0.引言

高壓輸電線路的準(zhǔn)確故障測距是從技術(shù)上保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行的重要措施之一，具有巨大的社會經(jīng)濟效益。輸電線路故障測距按采用的線路模型、測距原理、被測量與測量設(shè)備等的不同有多種分類方法。根據(jù)測距原理分為阻抗法、故障分析法、行波法、雙端行波故障測距法。

1.對輸電線路故障測距的基本要求

1.1準(zhǔn)確性

是對故障測距最重要的要求，沒有足夠的準(zhǔn)確性就意味著測距失效。提高測距精度，應(yīng)考慮故障點的過渡電阻、線路兩側(cè)的系統(tǒng)阻抗、線路的分布電容、線路不對稱以及線路參數(shù)不準(zhǔn)確等因素的影響。其中，過渡電阻的存在對采用單端電氣量實現(xiàn)測距的裝置會帶來很大誤差，因此，消除過渡電阻對測距的影響一直是值得注意的問題；電力系統(tǒng)所給定的系統(tǒng)阻抗很難與發(fā)生故障時的實際情況相一致，也會引起誤差；而忽略線路的分布電容，采用集中參數(shù)模型來代替分布參數(shù)模型時，對長線路而言會產(chǎn)生較大誤差；輸電線路的參數(shù)由其結(jié)構(gòu)決定，各相的自感、互感各不相同，對不換位線路而言會出現(xiàn)誤差，應(yīng)尋求更準(zhǔn)確的計算方法；當(dāng)線路參數(shù)的實際測量值不準(zhǔn)確時，也會導(dǎo)致測距出現(xiàn)誤差。

1.2可靠性

主要是指測距系統(tǒng)的不誤動和不拒動。其中，不誤動是指在輸電線路發(fā)生故障或系統(tǒng)遇到各種干擾時，測距系統(tǒng)不會錯誤地發(fā)出測距指示信號；不拒動是當(dāng)輸電線路發(fā)生各種可能的永久性或瞬時性故障時，測距系統(tǒng)應(yīng)能正確地動作，并給出正確的測距結(jié)果。

1.3經(jīng)濟性

測距系統(tǒng)應(yīng)有較高的性價比，力求功能越來越完善，但成本越來越低。

1.4方便性

測距系統(tǒng)應(yīng)便于調(diào)試和使用，并能在輸電線路發(fā)生故障時自動給出測距結(jié)果。

2.高壓輸電線路故障精確測距原理應(yīng)用

高壓輸電線路故障精確測距原理按采用的線路模型、測距原理、被測量與測量設(shè)備的不同，故障測距可以有多種分類方法，迄今為止， 高壓輸電線故障測距按原理主要分為兩大類，一是行波法，二是故障分析法（又稱阻抗法）。

行波故障測距法是根據(jù)行波傳輸理論來實現(xiàn)輸電線路故障測距的方法，建立在下述基礎(chǔ)之上，即行波在輸電線路上有固定的傳播速度（約等于光速）。根據(jù)這一特點，測量和記錄線路故障時由故障點產(chǎn)生的行波到達母線的時間實現(xiàn)精確故障測距。行波法的特點是利用故障暫態(tài)行波的傳送性質(zhì)進行測距，較好地反映了故障發(fā)生時輸電線路的實際情況，在原理上無疑是正確的。在系統(tǒng)運行方式確定，線路參數(shù)已知的條件下，當(dāng)線路某處發(fā)生故障時線路兩端的電壓和電流均為故障距離的函數(shù)。故障分析法主要是利用線路故障時測量的工頻電壓、電流信號，通過分析和計算求出故障點的距離。

隨著電力系統(tǒng)自動化水平的提高和通信技術(shù)的發(fā)展，相繼提出了雙端或多端測距方法。雙端法利用了線路兩端的電氣量來進行故障測距，因此這類方法利用的信息比單端法多了一倍，其測距方程是確定性的、冗余的，在原理上可以實現(xiàn)精確故障測距，只是需要雙端信息傳遞。

3.不同故障測距方法對比

3.1阻抗法

阻抗法是根據(jù)故障時測量到的電壓、電流量而計算出故障回路的阻抗，其前提是忽略線路的分布電容和漏電導(dǎo)。由于線路長度和阻抗成正比，因此可以求出由測距點到故障點的距離。

若從數(shù)據(jù)來源的角度劃分，故障測距的方法可分為兩大類：雙端測距法和單端測距法。雙端故障測距法是利用輸電線路兩端的電壓和電流數(shù)據(jù)確定輸電線路故障位置的方法。目前，許多故障測距裝置采用雙端數(shù)據(jù)的故障測距方法，由于需要將輸電線路兩端的數(shù)據(jù)放在一起，因此，此種方法需要較多的設(shè)備來傳送數(shù)據(jù)，就我國目前的經(jīng)濟和技術(shù)水平而言，在許多地方還很難采用該方法。單端測距法是僅利用輸電線路一端的電壓、電流數(shù)據(jù)確定輸電線路故障位置的一種方法。該方法僅需要一端數(shù)據(jù)， 所以設(shè)備的費用可大大降低。單端測距法的數(shù)據(jù)量比雙端測距法少且不需遠(yuǎn)距離傳送， 除了保證測距精度外，測距的可靠性增加。引起單端測距誤差的主要因素是故障過渡電阻。當(dāng)對端系統(tǒng)參數(shù)給定時，可以完全消除故障過渡電阻的影響；當(dāng)對端參數(shù)變化時，一般故障過渡電阻越大，測距誤差也越大。

3.2行波法

行波故障測距法可分為：（1）A型，由行波波速與故障點產(chǎn)生的行波在故障點至測量端間往返的時間乘積來測距定位；（2）B型，利用通信通道獲得故障點行波到達兩端的時間差與波速乘積來測距定位；（3）C型，通過在發(fā)生故障的輸電線路的某一邊發(fā)出直流或高頻脈沖，計算脈沖在故障點與發(fā)出端來回的時間來測距定位； （4）D型，利用故障產(chǎn)生的暫態(tài)初始行波浪涌到達線路兩端測量點的時間之差計算故障點到兩端測量點之間的距離[2]。簡單來說，行波法就是根據(jù)行波初始波頭到達兩側(cè)母線的時間差，或行波到達母線后反射到故障點，再從故障點反射到達母線的時間差來進行測距的一種算法。行波法的優(yōu)點在于不受系統(tǒng)運行方式變化和過渡電阻的影響，但如果線路故障時刻只有很小的電壓初相角（在0左右），產(chǎn)生的故障行波將會很不明顯乃至于檢測不到，最終無法測距定位故障點。

3.3故障分析法

根據(jù)系統(tǒng)在運行方式確定和線路參數(shù)己知的條件下，輸電線路故障時測量裝置處的電壓和電流是故障距離的函數(shù)，利用故障錄波記錄的故障數(shù)據(jù)建立電壓、電流回路方程，通過分析計算得出故障距離。

利用單端數(shù)據(jù)的故障分析法包括阻抗法、電壓法和解方程法。阻抗法，是利用故障時在線路一端測到的電壓、電流計算出故障回路的阻抗，其與測量點到故障點的距離成正比從而求出故障距離。解方程法是根據(jù)輸電線路參數(shù)和系統(tǒng)模型，利用測距點的電壓、電流，用解方程的方法直接求出故障點的距離。

3.4雙端行波故障測距法

目前在電力輸電線路上使用的測距方法有阻抗法、故障分析法和行波測距法。由于阻抗法易受過渡電阻等因素的影響，測距誤差較大；故障分析法雖然精度高，但需要通訊聯(lián)系，同時兩側(cè)要同步采樣才能實現(xiàn)。利用行波理論實現(xiàn)測距，具有測距準(zhǔn)確可靠且經(jīng)濟方便，己被應(yīng)用在電力系統(tǒng)輸電線路故障測距中。行波測距分為單端測距和雙端測距。單端測距是利用故障點傳向母線第一行波與故障點的反射行波之間的時間差計算故障位置。

由于，行波在各個一次設(shè)備、各條線路的連接處的反射、折射和衰減， 使得故障點反射行波波頭的辨識變得復(fù)雜。雙端測距是利用故障產(chǎn)生的初始行波第一波頭到達線路兩端的時刻進行計算，只須捕捉行波第一波頭，不用考慮行波的反射和折射，行波波頭的幅值點也就是信號的奇異點，易于通過小波變換獲取該點對應(yīng)的時刻，因此雙端測距比單端測距精度高。

4.結(jié)語

故障測距算法是目前國內(nèi)外在高壓輸電線路上廣泛應(yīng)用的方法種算法都有其故障定位的原理及算法，通過對目前常用的幾種行波測距方法進行了分析比較。通過該故障測距裝置能夠準(zhǔn)確測定高壓輸電線故障位置，縮短找尋故障點的時間，對保證電網(wǎng)安全、可靠、穩(wěn)定，使有關(guān)人員以最小的人力、物力排除故障，消除隱患，同時提高電力系統(tǒng)的供電可靠性和運行穩(wěn)定性，具有巨大的社會和經(jīng)濟效益。