多点测量基础上高压输电线路故障定位分析

多点测量基础上高压输电线路故障定位分析

李保友

国网甘肃省电力公司检修公司输电检修中心

摘要：对高压输电线路的故障维护修理工作而言，输电线路故障定位非常重要，是前者的重要基础，同时也是提高故障维修效率的重要途径。当前常用的高压输电线路故障定位方法是行波定位法，本身具有较高的定位精度。而在此基础上进行多点测量，能够进一步提高定位精度，减小甚至避免线路长度变化导致的测距误差，对高压输电线路故障定位及维修有着积极的促进意义。本文简单介绍行波定位法，在多点测量基础上对高压输电线路故障定位进行分析，并就小波变换进行研究。

关键词：线路故障定位；行波定位法；多点测量；流程

随着我国电力行业的不断发展与进步，高压输电线路的安全、稳定运行变得越来越重要，是保证我国社会和谐、经济稳定的重要基础。因此，加强对高压输电线路的检修很有必要。为了及时、准确地找出故障点或线路，需要对输电线路进行故障定位，而行波法则是广泛应用的定位方法。在多点测量的基础上运用行波法，能够进一步减小误差，提高故障定位精确度，为高压输电线路故障的维修工作提供重要支持。

一、常规行波定位法概述

行波定位法通常可以根据信息来源多少而被分为三种。第一种是单端法，也就是仅仅依靠线路一端的测量数据来进行故障定位。利用单端法进行故障定位时，较常用也较简单的一种算法是利用初始行波和故障点反射波二者分别到达测量端的时间间隔，与行波线模的波速相乘，再将乘积结果除以2即可。实际上，也就是用行波和故障点反射波二者与测量端的线路长度之差来进行定位。由于这种计算方法的波头衰减较为严重，而且当非测量端和故障点的距离较小时，波头奇异点难以有效区分，从而导致计算精度受到严重影响。因此利用单端法进行故障定位时，通常会只测量线模及零模的首个波头，并利用公式进行计算，保证计算精度。只不过零模的相关研究较少，因此这种测距方法还有待研究和改进。为了提高测距精度，行波定位还可以采用双端法和三端法，顾名思义，而这就是分别设置2个及3个测量端进行测量。其中，双端法在单端法的基础之上增加了测量位置，从而能够更加准确地判断出波头奇异点，也不会受到输电线路负荷电流等的干扰，本身的测距精度得以大幅提升。而三端法则进一步规避了波速及行波波头衰减对测距结果的影响，更缩减了故障区段，从而进一步提高了测距精度。不过三端法在捕捉波头时会更加困难，同时对输电线路的长度有一定要求，在输电线路过长的情况下难以准确测出波头奇异点。

二、多点测量基础上的高压输电线路故障定位方法

（一）多点测量故障定位方法的优势

当前广泛应用的行波定位法，不管是单端法，还是双端法，又或者是三端法，本身或多或少地都存在一定的缺陷，从而导致高压输电线路故障定位的精度还难以充分满足当前实际需求。因此，需要应用更加精确的故障测距方法，多测点故障测距方法正是其中一种。以多点测量为基础，对线路中的三个测量点进行测量。通过小波变换来对测量得到的兴波信号进行分析，计算出行波分别到达三个测量点的时间，从而对三点数据进行处理，初步判断故障点的位置。之后利用三点测距方法来展开计算，进而对故障点进行定位。多测点故障测距方法有效规避了输电线路长度发生变化而导致的误差，从而大幅度提升了测距精度，能够帮助工作人员快速、准确地对故障位置进行定位，为故障检修工作提供良好基础。

（二）多点测量故障定位方法的步骤

多点测量故障定位方法需要通过小波分析来获得对应的时间，并且需要通过三个步骤来得到最终的计算结果。第一步是检验数据有效性，也就是对小波分析所得到的各个时间数据进行研究，判断出数据的有效性，并将无效数据剔除掉，从而避免无效数据对计算结果造成干扰与影响。第二步是选择合适数据。由于行波在传播过程中会逐渐衰减，同时其波速也在发生变化，如果其传播距离过大的话，其衰减程度往往也就越严重，同时其波速的波动幅度也更大，会对测距结果的精确度造成影响。因此需要进一步对筛选后得到的时刻值进行选择，也就是选择离故障点距离最近的测点时刻值作为计算数据，从而起到减小误差的作用。第三步则是将选中的数据带入测距算法公式中进行计算，并最终得出故障定位结果。

（四）多点测量故障定位方法的应用流程

从整体上来看，在高压输电线路出现故障过后，需要利用多点测量故障计算方法来进行测距计算，找出故障位置。首先，设置多个测量点，并利用传感器得到的各个测量点电流信号。之后，通过凯伦贝尔变换，提取出电流的线模分量，并利用小波变换分析出每个测量点所对应的时刻值。然后，通过对测量数据的分析与筛选，找出故障区段，得到离故障点最近的3个点的数据并将其带入到三点测距计算公式中进行计算，最后得到测距定位结果。

三、多点测量故障定位方法中小波变换的作用及原理分析

小波变换是检测波头的有效方法，而波头检测的准确度越高，那么多点测量故障定位方法的测距定位结果往往也就越精确。小波变换是指对母小波进行平移、伸缩等操作，能够得到相应的连续小波。通过小波变换，可以对小波的宽度加以改变，从而使得小波的各个部分变得更加容易被检测和分析，有利于故障信息的研究。另外，小波变换的极模大值与故障波形存在一定的联系性，二者的正负极性与方向相同，从而使得检测点的时间值获取变得更加简单，只需对小波极模大值的奇异点时间进行分析即可，从而为多点测量故障定位方法的应用提供了基础数据。因此，从本质上来说，小波变换是利用其极模大值来对故障波形的相关数据信息进行分析。实际上，极模大值的波形信息在直接显示了故障波形的相关信息，同时小波变换能够对母小波进行平移和伸缩，从而能够帮助相关人员更加有效地研究波形信息。与此同时，极模大值的奇异点又与故障点到测量点的时间等同，因此在实际操作时，往往是通过小波变换来得到相应的极模大值，并在其曲线上找出第一个奇异点位置及其对应的时刻值，这一时刻值就是故障点行波波头到达检测点的时刻值。因此，利用小波变换及极模大值理论，能够为多点测量故障定位方法的数据获取提供良好支持，促进多点测量故障定位方法的有效应用。

结束语：

以多点测量为基础的高压输电线路故障定位方法与常规行波定位法相比，其测距定位结果更加精确，同时可行性也更高，是促进高压输电线路故障检修工作创新发展的有效途径，对提高线路故障定位精准度有着积极意义。

参考文献：

[1]邓善飞.高压输电线路行波特性分析及故障定位改进方法研究[D].华中科技大学,2016.

[2]李志超.基于多个测量点的输电线路故障定位研究[D].河南理工大学,2016.

[3]范新桥.基于多点电流测量的输电线路故障定位方法研究[D].华北电力大学,2012.