高壓架空輸電線路的故障測距方法

楊磊　喬莉　李長征　胡永恒

摘 要：隨著我國的基礎建設的不斷完善，我國的高壓輸電網設施也有很多的建設，但是在高速發展的同時高壓輸電網也出現了一系列的故障。結合實際情況，針對高壓輸電線路故障原因、方法以及差別進行了分析，可為以后的高壓輸電線路故障測距提供一些參考意見。

關鍵詞：高壓架空;輸電線路;故障測距

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.091

0 引言

隨著我國的經濟實力的提高，基礎建設也越來越多，其中電力能源的運輸方法主要采用的是架空線路，因此，架空線路的故障也就隨之增多，影響電力系統的運轉。并且，架空輸電線路分布的地域廣且地形復雜，所以極易出現故障，一旦出現了故障，若是采用逐條排查，不僅工作量大、耗時長、效率也低，若是故障不及時排除，容易引起一系列的反應。所以，采用有效的線路故障排除方法十分有必要，能有效的保障電力系統正常的運轉。

1 高壓架空輸電線路的故障分析

高壓架空輸電線路的故障主要分為單相短路故障和雙相短路故障兩種，其中單相短路故障的發生頻率最高，達到65%以上，在所有的電力路線故障中，三相短路故障發生頻率最低，大約是5%，這種故障一旦發生就會給整個輸電線路系統造成極為嚴重的影響，例如燒毀電力元件。一旦沒有及時排除故障，就會給社會經濟帶來不可挽回的損失。線路故障產生的原因主要是由于絕緣子被外力擊穿導致故障。

2 高壓架空輸電線路的故障測距方法

針對高壓架空輸電線路，故障類型主要分為單相接地故障、相向接觸故障、兩相短路接觸故障，故障測距方法主要有以下幾種。

2.1 阻抗法

2.1.1 單相數據的測距方法

這種方法主要是利用線路一端相關的電壓、電流的數據信息以及相關信號為基礎數據計算故障距離，在計算的過程中要保障計算結果的一般性，將輸電線路假設成均勻材質，線路的參考數據也恒定不變，然后利用上面的相關數據進行計算測距，計算方法還可以細分為解一次方程、解二次方程組、零序電流相位修正法、零序電流幅值修正法、故障分析法、微分方程等，還有就是在微分方程的基礎上的電流相位修正法和分布參數模型基礎上的測距算法，此外還有的方法是高阻接地故障測距計算方法等其他的故障測距方法。

在單端數據測距計算的分析中，其中還存在著一些問題需要解決，首先是線路的電阻的變化和受端系統的阻抗變化都會對故障測距的準確性造成影響，而這個因素還不能得到有效地解決。其次就是計算方法是在一個理想的狀態下進行的，而實際的情況和計算下的理想情況會有一些差異，影響測距的準確性。最后就是計算方法中存在迭代法的收斂性問題和假根問題，需要對計算的結果進行進一步的判斷。

2.1.2 雙端數據測距方法

雙端數據的測距方法的基本方法有以下幾點，首先是通過集中參數的故障測距方法主要有相量法和微分方程法兩種，其次就是基于分布參數的故障測距方法，最后就是雙端數據的不同步的處理方法。在這個測距方法中也存在著一些問題，雖然說利用線路兩端的數據不會出現原理性的誤差，可以將短路過渡電阻的影響完美解決，在線路參數和采樣數據的準確性上可以測出精確的故障距離，但是，雙端測距法存在一個問題，他需要使用到通訊技術，和GPS提供同步時鐘，一旦兩端的數據沒有做到同步就會使測距精度不準。

2.2 行波法

行波法也是一種常規的電路故障測距方法，他所采用的原理就是利用行波的傳輸速率，當電路發生故障后就會產生一種行波向電路的兩端產送，行波的傳輸速率不亞于光速，我們就是通過測量因故障而改變的行波在線路上的傳送所需時間，進行計算輸電線路的故障距離，利用行波計算故障距離方法的精度不會因為線路的不同、故障線路的電阻和兩端系統而受到影響。

2.2.1 行波法種類

行波法的測距故障的裝置種類主要分為A、B、C三種，A型和B型的計算方法都利用到了行波的傳播過程，其中A型測距裝置的工作原理是利用故障線路產生的行波從測量點傳播到故障點的一個來回所需要的時間以及行波的傳播速度進行確定故障點的距離計算。B型裝置的工作原理是利用故障點產生的行波傳遞到兩端的測量點的時間差進行確定故障點的位置。最后就是C型故障測距裝置，這種測距裝置的工作原理是在故障發生后，裝置產生一種高頻或者是直流脈沖，根據脈沖從裝置到故障點的時間進行計算，從而精確判斷故障點的位置。A、B、C三種的測量方法中，A和C都是利用單程的測量方法測量故障位置，B種測量方法則是采用的是雙向的測量方法進行判斷故障的位置。

2.2.2 行波信號檢測方法

利用行波的故障距離測量的方法中，主要的技術是行波的檢測，如果行波的檢測數據不夠精確，將會直接影響故障距離測量的準確性，所以說，行波的檢測技術很關鍵，而主要的行波檢測技術有以下幾種，分別是求導法、相關法、主頻率法、濾波器匹配法以及小波變換法。求導法的計算原理是依照監測點測出的行波的一階或二階的導數與所規定的閾值進行對比，根據是否超過設定的閾值來判斷行波是否達到了母線值的一種方法。而相關法的計算方法的依據是故障點的正向行波與反向行波的極性是相似的，所以這兩個信號的相關性是非常強的。主頻率法的測量依據是行波頻率的最強分量進行判斷故障距離。濾波器匹配法的原理是建立在相關性上的，利用高頻濾波器的裝置使行波的疊加效果不好，提高計算的準確性。至于其他的方法都或多或少的與故障點產生行波有些關系，在此就不一一贅述了。

2.2.3 行波法的缺點

如果想通過行波法的測量方法獲得高精確的測量距離，還需要解決以下幾個問題，首先是故障產生的行波無法確定，并且故障具有隨機性，若果故障是發生在電壓為零的時刻，測試就無法確定故障的位。其次就是線路上還存在這許多的干擾波，其波的特性與故障產生的波的特性很相似，所以對行波的檢測存在問題，影響故障位置的精確判斷、最后就是行波信號的獲取有一定的難度，目前行波測距中的電壓互感器的截止頻率低，不能夠傳變暫態行波信號。

3 結語

高壓架空輸電線路的故障位置的精確判斷是利用測距技術保障了輸電網絡的安全，也是經濟得以穩定運行的保證。就現有技術的優缺點的分析可知，都需要技術的進一步的改善。

參考文獻：

[1]周鵬.含串補裝置的高壓輸電線路故障測距方法研究[D].中國礦業大學，2018.

[2]管永麗.電纜一架空線混合線路故障測距方法的研究[D].東南大學，2017.