高壓輸電線路的故障測距方法探究

黃 昊

（廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

高壓輸電線路的故障測距方法探究

黃 昊

（廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

為了確保供電系統安全、高效、正常運轉，就必須做好輸電線路故障測距工作，掌握故障測距的科學方法，通過對前人研究進行系統地對比分析，從中得出最科學、有效的測距方法，進而進行故障測距。本文在前人文獻基礎上，主要立足于故障分析法與行波法展開討論，分析了不同方法的特征以及各自存在的不足和問題，并提出了科學的解決對策。

高壓輸電線路；故障測距；方法探究

輸電線路由于所處環境相對復雜，容易受到外界因素的影響，經過長時間的工作運行，輸電線路難免會發生故障問題，其中閃絡性故障為主要的故障問題，而且，閃絡性故障容易引發線路部分地區絕緣損傷，不利于故障點的查找，只有掌握科學的故障測距方法，從而精準、快捷地定位故障，才能確保更加及時、高效地解決問題，排除隱患，從而維護輸電線路的高效運轉。

一、故障分析法

當輸電線路系統的運行模式、線路參數都明確的情況下，當線路發生故障，可以對裝置處進行測量，測出的電壓值與電流值，與故障距離間呈函數關系，可以選擇故障錄波中形成的故障數據，來對應創建關于電壓、電流的回路方程，再經分析、運算最后得出故障距離。

1.單端數據故障分析法

這其中主要涵蓋：電壓法、阻抗法、解方程法。

電壓法：參照線路故障時，發生故障處電壓值會急劇下降，對不同故障相電壓的沿線分布情況進行計算，從而找到故障相電壓的最低點，從而達到故障測距的目標。

阻抗法：系統故障時，測量線路一側，得出的電壓、電流值，再通過計算來得到故障回路的阻抗，被測量區與故障區的距離同阻抗成正比例，對應得出故障距離。

解方程法：參照輸電線路參數、系統模型等，通過測出測距點的電壓、電流，通過解方程的方式來得出故障點距離。

2.雙端數據的故障分析法

這種方法通常是以兩端電流，兩端電流、一端電壓依據進行故障測距的，例1：通過線路兩側零序電流的有效比值來對應測算得出單相接地故障的位置，然而，這其中沒有將分布電容的作用考慮在內，同時，需要預先畫出線路在不同運行模式下下零序電流分布曲線，實際的測距結果同運行模式密切相關。

例2：以本端電壓、電流以及另一端電流為參照進行故障測距，這種方法的優勢體現為：能夠直接依靠分相式電流差動來保護所形成的電流信息，可以忽略雙端數據的同步問題。

例3：通過兩端電壓、電流來測距。先測量、計算得出兩端阻抗繼電器處的阻抗值，再借助兩端電流不同步角，測距后得出的是一次方程，不同步角對應得出的卻是余弦函數的二次方程。然而，方程求解后存在真根、偽根的問題。

3.故障分析法測距精度影響因素

第一，線路參數問題。利用故障分析法時，所選擇的輸電線路參數計算方法，通常需設置多項假設條件，這樣就可能與故障實際存在出入，而且高壓輸電線路的參數很容易遭受各類內外條件、因素的不良影響，例如：地理條件、地質狀況、氣候因素、氣溫、大地電阻的分布等，不同季節條件下，輸電線路的長度、距離等也會對應不同，從而加大測距誤差率。

第二，數據采樣的同步性問題。雙端數據的同步采集具有一定的難度，要想達到同步采集的目標，第一步應該做到輸電線路兩端的同步采樣，舊式的時鐘同步法無法達到預期效果，可以引入GPS系統，能夠發出精準的時間信息，從而達到兩端高精度的故障測距，然而，這其中就涉及到成本問題，而且也要在GPS等設備安全、穩定運行的前提下，而且設備實際運行中對采集的信息無法及時傳遞，體現出某種滯后性，事實上線路兩端無法實現完全徹底的數據同步。

對于單短法來說，雖然無需過于復雜的硬件設備的支持，成本相對低、易于實現等，然而，其使用范圍卻有一定的局限性，僅限于本側信息的使用，容易影響測距結果的準確性。

二、行波法

行波法是以行波傳輸理論為基礎來測距的，輸電線路一旦出現故障，可能沿輸電線路產生故障行波，從而故障點以及其他阻抗非連續點出現折射、反射等問題，故障行波傳輸過程中會耗費一定的時間，利用這些時間就可以算出故障距離。具體如圖1所示。

三、行波法的發展現狀與技術問題

采用行波法對高壓輸電線路進行故障測距，大體需經歷以下過程：獲取行波、認識波頭、標識行波抵達時間、確定行波速度等。

1.獲取行波

暫態行波能夠覆蓋的較寬的頻帶，達到上千Hz，要想可以在二次端順利、合理地對輸電線路的暫態行波進行觀察，就對電壓、電流信號變換回路提出特殊要求，需要其以最快的速度做出反應。

例如：設行波傳輸速度=光速，要想讓測距分辨率小于500m法范圍，就要求電壓、電流暫態信號變換回路響應時間控制在3.3微秒以下。

由于高壓輸電線路中多安裝了電容式電壓互感器，會影響行波傳變，從而使得電壓行波法無法被有效利用，行內專家采取科學方法來有效解決這一問題，把電感線圈同電容式電壓互感器的接地導線串聯起來，從中獲得暫態行波。或者選擇專門的行波傳感器，專門針對CVT接地線的電流進行耦合，進而獲得故障行波。而且通常的電流互感器具有較強的電流信號傳輸功能，從而達到行波測距的目標。

2.識別波頭

常見的識別方法包括：硬件法、軟件法。以往波頭檢測法具有一定的局限性，尤其不適用于單端行波法故障點，會對故障測距精準度造成不利影響。

對于這一問題，行內研究者也提出了一系列科學的解決對策，其中HHT法最具優勢，能夠提高故障行波檢測質量，與小波變換法相比，HHT法具有自適應性，不易受外界因素干擾，能夠立足于信號自身特點進行分解，對于基函數的選擇沒有特殊要求。

然而，不足之處在于所搜集的行波信號通常被噪音所干擾，從而不利于泊頭的精準獲取。

3.確定波速

現實來看，行波在傳輸過程中很容易遭到各類因素干擾，三相輸電線路中，行波的傳播包括：線模分量、地模分量。相關研究已經明確了影響地模、線模行波傳播的因素，包括：大地電阻率、過渡電阻、換位點等，研究得出同地模相比，線模不易受影響，所以，線模更加適合于定位故障。測距算法方面，相關文獻選擇了線模分量法來計算測距。

波速方面，選擇線路的實測參數來對應計算得出波速，同時，立足于人為制造的信號來對應測量得到輸電線路的長度，從而控制了撓度引發的誤差，確保了故障測距的精確性。

4.單端行波法

該方法是通過參照線路一側測算出的數據信息，來計算得出故障距離。如圖2所示。

多數情況下，一條母線中接出很多出線，而且來自于不同部位的反射波之間容易發生混淆，當被檢測區到故障區間的長度大于背側相鄰線路長度時，從真正的故障區輻射出的反射波則不易被檢測到，對于此問題，不同的研究得出了不同的解決對策，例如：通過小波變換模極大值原理來對應分析、辨別故障點的反射行波，將故障線路模量電流行波為基準，相鄰的最長非故障線路模量電流行波作為參照、對比對象，對比分析兩個行波的波形，小波不斷變化中模極值的分布狀況，對應辨別得出故障點反射波。

結語

為了確保供電系統安全、高效、正常運轉，就必須做好輸電線路故障測距工作，掌握故障測距的科學方法，通過對前人研究進行系統的對比，分析，從中得出最科學、有效的測距方法，進而進行故障測距。

［1］宋國兵，穆國強，崔琪，等.基于RL模型的雙回線單端時域法故障定位［J］.電力系統保護與控制，2009，37（20）：34-38.

［2］周鑫，呂飛鵬，吳飛，等.基于小波變換的T型線路故障測距新算法［J］.電力系統保護與控制，2010，38（2）：8-11，33.

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