500kV輸電線路故障定位研究

劉歡歡

摘 要：本文利用500kV輸電線路兩端的故障數據，介紹了基于均勻傳輸線方程的輸電線路故障定位算法，并考慮了并聯電抗器的影響。

關鍵詞：500kV輸電線路;故障定位

1 緒論

高壓輸電線路跨越的區域范圍大，電力人員在日常巡視維護過程中難以顧及全面，因此在惡劣氣候條件下，容易發生輸電線路故障。基于此，電網企業需要準確、快速地定位輸電線路的故障點，以便及時消缺，維持電力系統的安全、穩定運行。

2 500kV輸電線路故障定位算法

目前500kV電網所采集的雙端故障數據，是利用GPS裝置讀取的高壓輸電線路兩端故障后的正序電壓和正序電流。本文通過該故障數據代入算法公式，定位故障點。

2.1 基于均勻傳輸線方程的故障定位算法

500kV高壓輸電線路長度長，涉及輸電線路分布電容，所以一般采用分布參數線路模型，符合基于均勻傳輸線方程的輸電線路故障定位算法的基本條件。

當輸電線路發生故障時，根據均勻傳輸線方程，[2]利用兩端故障后的電壓和電流，在故障點處總是滿足：

cosh（γx）U·m1-I·m1Zcsinh（γx）=cosh（γ（l-x））U·n1-I·n1Zcsinh（γ（l-x））（2.1）

式中，γ= R+jωL（G+jωC），Zc= R+jωL/（G+jωC）。求出故障距離x的解析解：

x=1γlnA1-B1A1+B1（2.2）

其中，A1=ZcI·n1cosh（γl）-U·n1sinh（γl）+ZcI·m1

B1=-ZcI·n1sinh（γl）+U·n1cosh（γl）-U·m1

由于正序電壓和正序電流在任何故障類型下總會存在，所以上式能夠適用于各種類型的輸電線路故障。可見基于均勻傳輸線方程的故障定位算法的普適性強。

2.2 考慮并聯電抗器的500kV輸電線路故障定位算法

在實際應用中，500kV輸電線路因分布電容的影響會產生較高的容性充電功率，為了補償容性功率，往往考慮在高壓輸電線路的兩端并聯電抗器。

500kV帶并聯電抗器系統模型圖

從上圖中可以看出，如果在并聯電抗器位置能夠測量得到正序電壓和正序電流，就可以采用基于均勻傳輸線方程的輸電線路故障定位算法進行計算，如式（2.2）。

考慮并聯電抗器的500kV高壓輸電線路故障定位算法實際上是根據基于均勻傳輸線方程的輸電線路故障定位算法，利用均勻傳輸線方程，測量并聯電抗器位置的電壓和電流，代入算法公式，從而定位故障點位置。

3 MATLAB仿真

在研究500kV輸電線路的故障定位時，本文參數設置如下：高壓輸電線路單位長度正序電阻、電感和電容分別為0022Ω/km、0.94mH/km、0.0122μF/km;單位長度零序電阻、電感和電容分別為0.170Ω/km、2.37mH/km、0.0065μF/km;高壓輸電線路總長度為100km。

本文兩種算法都依賴于GPS裝置進行同步采樣，保證線路兩端所讀取的數據是同時的。另外，算法還需要具有交換電壓電流數據的通道，以此在原理上能夠完全消除對側系統阻抗的變化和輸電線路故障點過渡電阻的影響。通過MATLAB仿真驗證，這兩種基于GPS的雙端量故障定位算法可行性、可靠性和準確性高。

從上表仿真結果看，考慮并聯電抗器的500kV輸電線路故障定位算法故障測量誤差較大，但基本上都小于1%，也不受故障位置的影響，適用于輸電線路上任何一點。可見兩種算法能夠準確定位不同類型的故障點，具有普適性。

4 結語

隨著社會發展，單一的故障定位算法將難以滿足快速、精準定位的要求，采取不同原理的定位方法進行綜合故障定位可能會更快速、更準確，故障定位研究之路將繼續。

參考文獻：

[1]Manohar Singh.Transmission line fault detection and classification[J].Emerging Trends in Electrical and Computer Technology（ICETECT），23-24 March 2011：15-22.

[2]施世鴻，何奔騰.基于分布參數模型的雙端非同步故障測距算法[J].電網技術，2008，32（9）：84-87.