高压输电线路故障测距算法研究

高压输电线路故障测距算法研究

王军

国网山西省电力公司检修分公司山西太原030000

摘要：在电力系统运行过程中，经常会有故障出现于高压输电线路中，影响正常的供电；针对这种情况下，要保证使电力系统能够安全稳定的运行，就需要准确的对高压输电线路测距，以便更快的处理故障。文章简要分析了高压输电线路的故障测距方法，希望可以提供一些有价值的参考意见。

关键词：高压输电线路；故障测距；方法探究

引言

为了促使电力系统能够安全稳定的运行，高压输电线路的准确故障测距是非常重要的一项技术措施，需要引起人们足够的重视。在不断的研究中，如今出现了诸多的故障测距方法，如故障分析法、行波法等，在具体实践中，需要结合具体情况，科学的选择和应用。

1故障分析法

故障分析法如今已经得到了较为广泛的应用，具体来讲，如果系统运行方式和线路参数已经被掌握，那么我们可以将测量装置得到的电压电流给应用过来作为函数，之后加上故障录波记录的故障数据，就可以有效地构建电压电流回路方程，这样故障距离就可以计算出来。

1.1利用单端数据的故障分析法

阻抗法、电压法以及解方程法等都是借助于单端数据的故障分析法，阻抗法指的是有故障出现时，对线路一端的电压电流进行计算，然后将故障回路的阻抗给求出来，因为有正比关系存在于测量点和故障点之间，那么故障距离就可以被求出来。电压法指的是如果输电线路的某一部位出现了故障，将故障点处电压的最小值给充分利用起来，来科学计算故障相电压的沿线分布情况，在找出来故障相电压的最低点之后，就可以实现故障测距的目标。通过对比我们可以发现，前者计算方式太过复杂。

1.2利用双端数据的故障分析法

借助于双端数据的故障分析法，包括多种类型，如借助于两端电流一端电压的方法、解微分方程的方法等。

1.3影响故障分析法测距精度的因素

①线路参数的测量，要对多种条件进行假设，方可以计算输电线路参数，但是无法符合现场实际情况，很多因素都会影响到高压输电线路的参数，如沿线地质、气候、大地电阻率的分布等，并且季节的改变，也会影响到线路长度，容易有测距误差产生。

②工频电气量的采集问题，因为将工频电气量应用到算法中的电流和电压中，而非周期分量、工频量和各次谐波分量都存在于故障暂态过程电流和电压中，因此，在故障测距之前，需要数字滤波采集到的各种数据。

③采样数据的同步性问题，将同步算法应用过来，首先就需要对线路两端同步采样的问题进行解决，实践研究表明，传统的数据同步方法出现了诸多的问题。那么就可以应用先进的GPS技术，但是需要配备一些硬件设备，如GPS接收装置等，需要较高的造价成本，同时，GPS只有可靠稳定的运行，方可以开展测距工作。

④信息的采集会受到现场硬件的延迟，那么数据同步无法真正的实现，因此，就在一定程度上限制了它的应用。

2行波法

在行波传输理论的基础上，我们研究出另外一种测距方法-行波法，如果输电线路的某一部位出现了故障，沿着线路就会传输故障行波，除了故障点之外，在其他阻抗不连续点也会出现折射或者反射问题，那么通过计算故障行波的传输时间，就可以将故障距离计算出来。

2.1行波的获取

暂态行波有着较宽的覆盖频带，为了保证能够在二次侧对线路上的暂态行波进行观察，就对电压和电流信号变换回路的响应速度提出了很高的要求。如行波传输速度和光速相等，那么为了保证测距分辨率不超过500m，就需要严格控制电压和电路暂态信号变换回路输出信号的上升时间，控制相应变换回路额截止频率。如今，电容式电压互感器被广泛应用到超高压线路上，但是电容式电压互感器没有较好的行波传变特性，在较大程度上限制了电压行波法的应用。而常规的电流互感器，则可以对100kHz以上的暂态电流信号进行传变，因此与行波测距的要求较为符合。有文献对行波测距的失效点问题进行了研究，如果有两相短路故障发生于电压过零点附近或者两相电压相等处，故障就会产生很弱的行波，并且在很大的工频量信号上叠加，再加上其他因素的干扰作用，检测难度较大，那么行波测距算法就失去了效果。

2.2行波波头的识别

可以采用硬件或者软件等方法来识别行波波头，导数法、相关法和匹配滤波器法等都是传统检测波头的方法，在使用这些算法时，很多因素都会产生限制作用，特别是不容易检测和识别单端行波法故障点反射波，那么故障测距精度就受到了较大程度的影响。因为有大量噪声信号存在于采集到的行波信号中，那么就无法准确捕捉行波波头。有专家提出了一种方法，结合非线性阙值法去噪，应用模极大值线的方法，来对含噪声行波信号的奇异点进行检测，通过实践研究表明，相较于传统的单尺度寻找奇异点方法，这种方法的准确程度更高。

2.3行波的传播及波速的确定

在实际输电线路中，很多因素都会影响到行波的传播，在三相输电线路上传播行波，可以将其分为线模分量和零模分量，有文献研究了大地电阻率、分段地线、分裂导线和过渡电阻等对地模和线模行波传播的影响，得出这样的一个结论，因为有诸多因素都会影响到行波地模，而线模受到较小的影响，因此，在故障定位用行就选作线模。

有文献对行波传输的色散特性进行了研究，地模主要引起了行波色散；在行波传播过程中，因为高频分量有着较快的衰减速度，因此故障距离和故障类型就会直接影响到行波中的有效频率分量范围。在计算波速时，要将故障距离和故障类型等因素给充分纳入考虑范围。

另外，还有诸多方法来确定行波波速，如借助于线路参数对波速进行计算，对线路的行波波速进行实测，还有借助于外部故障在线调整波速的方法，这样，测速的精度得到了显著提升。

3结语

通过上文的叙述分析我们可以得知，高压输电线路因为自身的一些特点，在运行过程中经常出现各种各样的故障，严重影响到电力系统正常运行，对人们的正常供电也会受到影响，因此，需要对故障测距产生足够的重视。如今，微机保护或者微机故障记录装置安装于电力系统各个厂站，通过系统现有的设备分析相关数据，就可以采用故障分析法，实现起来更加的方便。但是在应用过程中会出现诸多的误差，需要相关人员深化研究，提升测量精度。

参考文献：

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