特高压输电线路故障测距方法探讨

特高压输电线路故障测距方法探讨

韩志军

（国网山西省电力公司检修分公司山西省太原市030032）

摘要：随着我国电网建设步伐的加快，对特特高压输电线路的性能提岀更高的要求。特高压输电线路是电网的重要组成部分，对特高压输电线路的准确故障测距是保证电网安全稳定运行的重要技术措施。从现行特特高压输电线路运行情况看，其因包含较大的容量，且分布范围较广，一旦线路建设区域气候变化过于眀显，便可能使线路岀现故障问题。这就要求引入相关的故障测距方式，确保特高压线路能够可靠供电。本文主要对影响线路故障测距的因素、故障测距的主要方法进行探析。

关键词：特高压；输电线路；故障测距

1影响特特高压输电线路故障测距的因素

由于现行电网建设中的特特高压输电线路，其主要以多分裂导线为主，在故障问题岀现后将有较多非周期衰减分量产生，而单纯依托于传统滤波算法，很难得到较为精确的故障测距结果。其中，对故障定位精度准确性的影响因素主要体现在：第一，滤波算法应用下产生误差问题。当前用于特特高压输电线路、同塔双回线等故障定位的方法主要以全波傅氏算法为主，尽管其能够对谐波分量、直流分量等进行滤除，但涉及非周期分量的情况下却无法起到良好的过滤效果。部分企业错误的认为故障测距中，为使信号内基频分量得以准确测量，可直接利用全周傅氏算法，需注意线路故障情况下，许多非周期分量往往依指数规律进行衰减，这样在参数计算时很容易出现较多误差。第二，故障定位误差因输电线路长度不准确而产生。通过以往学者研究发现，因线路长度问题而产生的测距误差通常可达到3%，且在线路长度不断变化的情况下测距误差也将随之増大，这就要求在实际测距中做好线路长度校正工作。例如，对于傅氏算法，在校正过程中可首先对衰减直流分量值进行计算，在此基础上引入采样值，使其与衰减直流分量进行相减，最终得到校正结果。

2分布参数双端测距原理

基于线路分布参数模型，提出了一种双端异步故障定位算法。根据电路叠加原理，该算法将故障后的网络等同于正常状态网络和故障分量网络的叠加。根据电压和电流的测量值，利用两端的异步数据测量输电线路的距离，分析故障，利用故障点电压相等、过渡电阻纯电阻等测距方案定位故障，从而确定输电线路模型，计算沿线的电压和电流状态。在计算沿线电压和电流时，主要分为分布参数和浓度参数。当线路较长时，集中式参数线路模型的误差较大，需要使用分布参数计算沿线电压和电流的方法。线路可用分布参数线路模型进行描述，单条线路模型的单位长度线路阻抗表现为z=r+jωl，单位长度线路导纳表现为y=g+jωc，其中，r为电感的线电阻，Ω；ω为外加信号的角频率；l为电感电压，V；c为电容，F。

在分布参数线路上，导线与对地电压的电流需要通过公式函数取得，其亦是电磁波沿线路的传播途径。假设系统与线路正负序阻抗相等，ZM1和ZN1为两侧系统阻抗，当线路故障时，线路两端电压与故障点电压相等。M和N端数据不同步，但它们的幅度不受影响。两端故障处测得的电压值相等，与两侧数据是否同步无关。在实际应用中，本文提出的测距方法受到微机保护环境等因素的影响。一些高精度算法无法大规模推广应用。在项目中，有必要使用实用且简化的方法来减少计算量并减少对硬件资源的需求。由于受到步长和给定阈值的影响，一些方法测距精度较低。为了获得更高的精度，需要大量的计算。为了提高搜索迭代法的精度，有必要充分了解总线路长度、线路波阻抗、传播系数、工频电压和电流的相位量等。该方法具有简单实用的特点。它不需要求解复杂的长线方程，可以任意选择初始值，找到故障点的真实位置，避免错误根判别问题。

3特高压线路测距的滤波算法

3.1频谱分析

从整体上看，特高压输电线路的传输距离较长，线路分布电感较大，电压和电流的传输过程表现出明显的波动特性，容易导致故障电压和电流信号中出现一系列瞬态噪声。在这个过程中，瞬态噪声的频率分量和参数对电力系统滤波算法的性能有很大影响。为了了解特高压线路瞬变的完整性和准确性，必须使用RTDS建立数学模型，模拟各种故障问题，并对故障电压和电流波形条件进行频谱分析。通过对特高压输电线路的故障模拟和故障电流的频谱分析，得出线路消隐过程中将产生1.7次低频谐波和5-6次高频谐波的结论。由于闭合角度的不同，谐波所占的分量也有很大的不同，闭合后不同时段谐波所占的分量也有所不同。总的来说，闭合角越大，谐波所占的分量越大。在终端故障分析过程中，电流和电压都包含3-4次谐波和5-6次谐波。与单相故障相比，多相故障谐波更严重，电压谐波比电流谐波更严重。

3.2过滤算法

总的来说，傅里叶算法具有很好的滤除谐波分量的能力，但其算法本身不能滤除衰减的直流分量。为了避免衰减的非周期分量的影响，傅里叶算法需要改进。常见的改进方法包括并行补偿法和差分法。在傅里叶算法的应用中，窗函数是矩形窗，常用的窗函数还包括汉明窗和汉宁窗。与矩形窗口的特性相比，其他窗口函数具有以下特性：它们具有较大的主旁瓣幅度比，可以有效地减小滤波器幅频特性的波动，并增加阻带的衰减。接下来，分析了汉明窗的傅立叶算法。为了实现对整个谐波的有效滤波，有必要使用一种新的滤波算法来实现海明窗3/2周傅里叶算法和四阶低通差分法的结合，以实现对非周期分量和非整个谐波的滤波。该方法对低频分量也有一定的滤波效果。通过滤波，可以获得相对理想的波形，解决了超高压线路故障难以可靠提取的问题。

3.3仿真验证

为了进行测距原理及各种故障测距精度的验证，本文就RTDS系统展开分析，进行了某特高压输电线路模型的建立，针对不同的线路分别模拟单回线各类故障，利用Matlab进行算法仿真，其通过保护装置采样，下文将阐述以淮南一皖南的仿真结果。

为了实现测距算法性能的充分性验证，进行大量仿真验证工作的开展是必要的，从而进行测距算法的提出，避免单相接地故障受到过渡电阻的影响，避免其受到零序互感的影响。从线路末端至出口处，其存在同样的精准度，其最大测距误差小于±1%。本文的测距算法不受故障初始角的影响，在单线相间故障处理过程中，其出口处到线路末端均存在同样的准确度，最大测距误差小于±1%。实践证明，负序故障量的双端算法能够有效应对单相接地故障问题，对于相间故障需要进行正序故障量的

使用，其方法与负序故障量类似。本文就皖电东送特高压交流线路保护测距问题展开分析，提出了同杆双回线故障测距方法，这种方法不受邻线互感的影响。基于故障分量的负序量能够进行不平衡负序的消除。针对特特高压输电线路故障时的电压电流装，提出了海明窗的级联式滤波算法，进行了分布参数法的使用，降低了特高压长线电容电流的影响，确保继电保护装置的实现，实现对运算参数的优化及简化。

4特高压输电线路故障测距方法应用注意事项

在特高压输电线路故障测距中通常会涉及到多方面的测量，这就导致测量结果很容易发生误差，对此需要注意以下几个方面的问题：

（1）在利用故障分析法时，对输电线路参数的计算通常都是在理论条件下进行计算的，这通常很难与线路的实际运行参数保持一致。特高压输电线路的参数通常会受到气候、大地电阻率等因素的影响，而且线路的长度会随着气温的变化发生变化，因此，通常在计算时，需要结合实际情况进行综合计算，这样才能充分保证故障点距离的准确计算。

（2）在运用行波法对特高压输电线路进行故障测距时，主要需要注意行波的获取、波头的识别以及波速等方面的问题。利用行波法测距时，需要特别注意的是如果电压过零点附近故障或两相电压相等位置发生两相短路故障，故障所产生的行波会非常微弱，并且会叠加较强的工频信号，此时就容易对检测产生干扰，导致测距行波失效。

5结束语

特高压输电线路故障的准确定位和处理对保证电力系统的稳定运行具有重要意义。对此，要求技术人员对特高压输电线路的运行特点以及各类故障测距方法有深入了解，从而保证在特高压输电线路发生故障后，能够合理运用测距方法准确测出故障点的位置，为后续的故障处理工作提供支持，为电力系统的安全稳定运行提供保障。

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