行波測距技術在輸電線路上的應用

楊軍

行波測距技術在輸電線路上的應用

楊軍

（云南電網有限責任公司大理供電局，云南 大理 671000）

近年來，中國的電力系統發展非常快，體現在輸電線地理環境復雜、高壓線路增多以及輸電距離增大等方面。面對迅速發展的電力系統，需要對線路故障予以全面排查，讓供電系統維持在穩定的狀態之中，并維護電網安全。實踐證明，不斷發展的行波測距技術在促進故障測距準確度的提高，讓電網安全得到有效維護方面發揮了重要作用。結合工作實踐，就行波測距技術在輸電線路上的應用展開了詳細探討，以供參考。

行波測距技術；輸電線路；行波測距法；停電

逐漸擴張的電力系統規模，使得中國遠距離輸電線路得到了極大的提升，尤其是在夏季，經常出現各種惡劣天氣，比如雷雨、大風等，進而越來越暴露出電力系統的安全穩定問題[1]。在線路出現故障時，如果可在第一時間對故障做出準確定位，便能夠很快把絕緣隱患找到，盡早進行防范，使其運行更加可靠，把因停電帶來的損失有效減少，以在最快的時間內找到線路發生故障的位置，顯著節省人力和物力。由此可見，從技術上確保電網安全、穩定和經濟運行的一項重要措施就是準確的故障定位，其擁有的社會與經濟效益非常大。

與高壓輸電線故障定位相關的問題在很早之前便有學者進行了研究，尤其是在計算機計算的不斷普及下，以及微機保護和故障錄波裝置的大量運用，更是讓故障測距的實用化進程加快，現階段，根據原理劃分高壓輸電線路故障定位方法可分為三大類，即阻抗法、故障分析法和行波法。早期國內外研究的熱點就是以微機或微處理裝置為基礎的故障測距方法阻抗法和故障分析法，而現階段新的研究熱點落在了行波法上。

1 概述

早在20世紀中期，人們就開始從理論方面研究行波故障測距技術，且借助一系列工作，比如時域、頻域間數模轉換、暫態數值計算等，更清晰地認識了諸多與其相關的因素，并通過總結理論與實踐經驗，讓對輸電線路的故障測距最終實現，促進了故障檢查速度的大大提升。而從特點上來說，行波測距法的優勢較多，包括投資較小、通道可靠性較高、能夠快速傳輸數據，安全有效地解決問題等。除此之外，利用設置主站，可將相關程序設置的作用發揮出來，在最短時間內交換雙端故障測距后的數據，并傳輸到主站同時展開分析，進而使足不出戶的目的真正實現，對故障實施全程監控。且第一時間發現能夠使故障檢查時間大大縮短，確保后期維修工作，并使檢查成本得到節省，促進電力運行安全可靠性的大幅提高。

2 常見故障測距方法

2.1 阻抗法

所謂阻抗法，即將測量到的電壓和電流結合起來對故障回路的阻抗予以計算，并按照線路長度和阻抗成正比的關系對故障距離做出估算[2]。按照算法盡心劃分，阻抗法可分為兩類，即單端數據和雙端數據。前者的測距算法因為受模擬技術諸多缺陷的影響，加之只對線路單側電流、電壓信號予以采用，所以在雙側電源系統中，其測量精度在過渡阻抗與對側助增電流的影響下缺乏良好的定位精度；而后者的測距算法則對精確的分布參數模型予以采用，但還需要進一步數據同步與波形鑒別等。

2.2 故障分析法

故障分析法則是通過故障時所記錄的電壓、電流，經過分析將故障點的距離計算出來。如果確定了系統運行方式，已知線路參數，則在線路某處發生故障時，故障距離的函數就包括線路兩端的電壓與電流。此種方法即借助線路故障時測量的電壓與電流，通過分析與計算把故障點的距離求出來。如今，故障分析方法經過不斷的發展，已經成為模糊神經網絡和專家系統方法。

2.3 行波測距法

所謂行波測距法，即在將輸電線路分布參數考慮到的情況下，借助線路故障時所產生的行波信號并對其分析，之后再展開計算的一種方法，其是通過實時跟蹤故障后線路中產生的暫態行波，并對其在故障點與母線之間來回運動一趟所需要的時間予以記錄，或者計算故障行波到達母線兩端的時間差與行波波速的乘積將故障位置掌握。如今，已發展為6種類型，分別是A、B、C、D、E、F，其中單端行波測距法即中A、C、E、F型，其余則為雙端行波測距法。

單端行波測距法中的一項重要技術就是將初始行波到達母線測量端的時刻以及其從故障點反射回來到達測量母線端的時刻準確測出，或者是對初始行波到達母線測量端的時刻和從對端母線反射回測量端的時刻予以準確測量。

而雙端行波測距法的核心技術即通過對兩端母線處安裝的測距裝置予以利用，來把故障行波分別到達兩端母線的初始時刻記錄下來，借助這兩個初始時刻值的差值把故障位置計算出來。

通常，雙端行波測距法的測距精度較為準確，受影響較小，諸如故障位置、故障類型、接地電阻、線路長度等均不會對其產生影響，但行波故障測距的精度卻會受到線路長度對波頭的影響、行波波速的選擇以及故障時刻的準確提取問題等因素的影響[3]。

3 行波測距法在500 kV輸電線路的應用

3.1 行波測距技術在500 kV輸電線路的應用現狀

如今，輸電線路故障測距中使用頻率較高的一種測距技術就是行波測距技術，其優點較多，包括操作簡單、設備費用低廉、計算簡單、具有較高的準確度等。而行波采集與處理系統、行波的綜合分析系統、遠程維護系統和通信網絡系統四個部分共同構成了現代行波故障測距系統[4]。

現階段，500 kV已經在南方電網實現了廣泛運用。EFI2010雙端行波測距裝置指的是利用雙端行波測距，對定輸電線路存在的故障信號予以檢測，進而將故障行波傳輸到線路兩端的具體時間計算出來，這樣便能確定發生故障的部位，同時測距誤差不超過500 m。其次，背景超高壓公司35條500 kV線路，將MIS網組網工作和行波測距技術順利完成了，融入系統后，在線路跳閘后的短短幾分鐘就可向測控中心傳送到故障點和波形數據，進而由更多的時間進行輸電電路的排查與故障搶修，促進了供電穩定性與可靠性的提高，并降低停電造成的經濟財產損失。

3.2 工作方法

通常而言，500 kV輸電線路測距系統的構成部分主要有一個測距主站和多個測距終端，如果輸電線路具有較大的規模，則測距主站的組成部分較多，綜合分析區域信息，通過主站顯示屏，測距主站的相關工作人員可以獲得測距結果，進而全程將測距工作掌控好。

3.3 工作原理

就測距終端工作職能而言，主要包括行波信號轉換、故障的檢測和判斷，同時傳輸數據項測距主站。測距主站可以對各個測距終端的故障數據予以接收，并展開處理，之后把故障數據分析的定位結果顯示出來，并保存好，除此之外還能夠打印有關文件，包括數據、波形變化等。測距主站能夠對各測距終端進行遠程控制，同時可以在不同測控總站中共享資源，進而促進測距速度的有效提高，有更多的時間將輸電線路故障排除[5]。

3.4 具體計算方法

綜上所述，行波傳輸理論是行波法的基礎，借助電流行波和電壓在線路中的時間進行測定，計算距離電壓。同時，在輸電線路之中，電流行波在傳輸速度方面屬于固定的，和光速接近。當輸電線路出現故障后，測定故障產生的行波與母線間的時間，進而得出最終的故障點，結合上述原理，通過簡單計算就可將故障距離計算出來，主要包含以下內容：

單端法的計算公式：

式（1）中：為行波傳播速度；△為行波第一次到達測量端與行波從故障點返回到測量端的時間差。

4 工作展望

行波測距技術這一故障測距方法具有非常強的可操作性以及很高的測距精度，在故障排除的實際操作中優勢十分明顯。該種方法相較于其他類型的故障測距方法來說，其兩種方法（單端法和雙端法）的測量水平精度都很高，進而有效節省了大規模線路巡查的寶貴時間，并確保輸電線路故障排查工作有據可依。現階段，全球定位系統得到了大力普及，信息技術發展速度日益加快，電力工作人員在進行故障測距和排除工作中，需將計算機所具備的作用全面地運用起來，進而促進工作效率的全面提升，讓人力、財力、物力得到大大節約，并積極引進先進技術，增強自主創新能力，并立足于實踐推動行波測距技術的發展，以強大的電力支持推動國民經濟的更好發展。

5 結語

綜上所述，從理論上說，故障電阻、兩側系統和線路類型不會對行波法測距的精度以及可靠性造成影響，而這也是長時間以來研究的重要課題。特別是不斷出現的全球定位系統、小波理論和其在工程中的應用，實現了暫態行波信號提取效率的最佳化，使兩端數據的同步過程更加簡化，確保了時間同步的精度性，為行波測距提供了更加可觀的研究前景。現行的各種測距算法既有優點，也有缺點，在500 kV超高壓輸電網絡中，行波測距法原理簡單、先進，外部因素不會對其測距精度造成較大的影響，單端、雙端測距的精度能夠達到較高的程度，從而在未來得到進一步推廣應用。

［1］徐亮，宋巍.500 kV輸電線路行波測距單端波形研究及應用［J］.華北電力技術，2010（8）：1-4.

［2］孟榮，張志昊，褚罡.線路行波測距在500 kV變電站的應用分析及改進措施［J］.華北電力技術，2012（3）：30-32.

［3］劉巍，徐亮，李佩軍.行波測距技術在500 kV輸電線路上的應用及實例分析［G］//京津冀晉蒙魯電機工程（電力）學會第十六屆學術交流會論文集.泰安：京津冀晉蒙魯電機工程（電力）學會第十六屆學術交流會，2006：37-41.

［4］汪敏.小波變換在輸電線路行波故障測距中的應用［D］.北京：華北電力大學，2014.

［5］周東，鄧清，毛鵬.江西電網500 kV輸電線路行波測距系統運行分析［J］.江西電力，2015（3）：45-48.

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.22.064

2095－6835（2019）22－0152－02

〔編輯：張思楠〕