特高压输电线路保护故障测距的应用研究张海舰

特高压输电线路保护故障测距的应用研究张海舰

张海舰刘兴万徐奎公

（国网山东省电力公司检修公司山东济南250000）

摘要：本文主要针对特高压输电线路保护故障测距展开探讨，对特高压输电线路保护故障问题进行分析，并对故障测距如何进行应用进行了进一步的总结，希望能够为今后特高压输电线路保护故障测距的应用带来参考。

关键词：特高压输电线路；保护；故障；测距

在特高压输电线路保护的过程中，要针对特高压输电线路保护故障测距进行分析。只有更加明确其相关的原理以及内容，并更好的提出一些措施，才能够确保特高压输电线路保护更加科学合理。

1、高压输电线路故障测距概述

高压输电线路担负着传送电能的重要任务，其故障直接威胁到电力系统的安全运行。目前，相量测量装置(PMU)的研制和开发，为双端故障测距提供了新的工具。基于PMU的WAMS平台的发展使同一时标下精确的双端测量成为可能，从而可以大大提高故障定位的精度。

输电线路的参数(特性阻抗、传播常数、线路长度等)一般是作为已知量参与运算的。这些参数的准确与否直接影响到故障测距的精确性。通常已知的参数是线路建成初期测定的，这些参数在投运后由于气候、环境及地理等因素的影响会或多或少地发生变化。因此，如能实时测定或计算出线路当前运行情况下对应的参数，则具有十分重要的价值。根据WAMS提供的线路两端的同步电压和电流相量与线路参数的关系即可方便地计算输电线路的各种参数。

双端同步测距算法要求线路两端的数据采样同步进行，得到的电压和电流量具有统一的时间参考基准。按采用的数据量，双端故障测距算法可分为三种：一是两侧电压电流法；二是本侧电压电流对侧电流法；三是两侧电压法。

2、特高压输电线路故障测距原理

近年来，我国特高压输电线路故障测距采用的原理包括行波原理和故障分析原理两种，从而形成了两大类特高压输电线路故障测距方法――行波法和故障分析法，下面对此进行逐一论述。

2.1基于行波原理的故障测距

行波法是基于行波原理发展起来的，其通过检测暂态行波波头或反射波波头到达测量点的时间，再结合波速计算出具体的故障位置，具有较快的响应速度和较高的测距精度。就目前看，我国实际运行中的多数特高压输电线路甚至超高压输电线路的故障测距装置都是基于行波原理设置的，如SIEMENS、ABB和中科院的故障测距装置。因为行波测距装置不仅具备响应速度快、测距精度高等特性，更不受线路类型、接地电阻、两侧系统参数、故障类型的影响，能快速、准确、及时的计算出故障点位置。

行波测距原理是比较简单的，难点在于如何准确的检测出暂态行波的波头，若不能准确的检测出波头，就无法得到故障暂态行波从故障点到测量点的时间。在这一问题上，目前常用的方法是小波变换，就是利用线路故障产生的各行波浪涌到达母线时所引起的本线路电流暂态故障分量在主频率尺度下的二进小波变换模极大值点位置来表征相应行波浪涌达到时间，进而实现单端或双端测距。此外，还有学者提出采用数学形态学来分析与处理故障信号，以实现行波测距。

在利用行波测距时，还存在一个难以克服的技术难题，那就是发生高阻接地故障时，故障暂态行波信号较弱，可能存在暂态行波波头定位失准问题，对测距可行性影响是较大的。因此，在今后技术研发工作中应注重这一方面的探讨，致力于提高测距精度与可靠性，以满足各种故障状态下的输电线路故障测距需求。行波测距装置现已在500kV超高压线路中展开运用。

2.2基于故障分析的故障测距

故障分析法是利用故障时系统记录下来的有关参数以及测量点处的工频电压量、电流量，通过相关测距方程计算以求出故障点至测量点距离的一种方法。其测距原理是：当故障发生时，在系统运行方式确定和线路参数已知的条件下，测量点的电流量、电压量是故障点距离的函数，利用故障时记录下来的测量点电流量、电压量进行计算，进而得到故障位置。根据计算所需电气量的测量点，故障分析法可具体分为单端电气量法、双端电气量法。基于故障分析的测距常集成与线路主保护内，其所需电气量均来自于保护装置。

2.3基于阻抗法的故障测距

阻抗法是传统的故障测距方式，其原理是根据故障发生时的测量点的工频电流、电压来计算出故障回路的阻抗，利用故障回路阻抗与线路的集中参数来确定故障距离。此计算方法已被证明无法满足特高压线路的分布参数，对于对地分布电容电流量较大的超高压线路也无法较为精准地测量，仅仅用于短距离220kV输电线路或更低电压等级的线路故障测距中。基于阻抗法的故障测距对于高阻接地故障、线路出线功率震荡或电压量异常等故障，其准确度还会降低。

3、实际应用

高压输电线路的准确故障测距是从技术上保证电网安全、稳定和经济运行的重要措施之一，具有巨大的社会和经济效益。输电线路行波故障测距与传统的工频量测距方式相比具有明显的优势，但同时由于受一些干扰因素影响，导致目前的行波故障测距仍存在诸多问题。为了及时发现绝缘隐患，采取防范措施，保障电力系统运行的可靠性，就必须寻找一种快速、准确的故障测距方法，及时找到高压输电线路的故障点。

20世纪90年代以来，小波理论及其工程应用逐渐得到各国数学家和工程技术人员的高度重视。小波分析被认为是对傅里叶分析的重大突破，与短时傅里叶变换相比，小波变换提供了一个可调的时间―频率窗，当观察高频信号时它的时窗自动变窄，当研究低频信号时时窗自动变宽，即具有“变焦距”的特点，被广泛的应用于模式识别、信号检测等众多应用科学领域。小波变换的另一特征就是它能表征信号的奇异性，用信号在不同尺度上小波变换的模极大值或Lipschitz指数表示信号的突变特征，是小波变换的另一个实用领域。小波变换应用于输电线路故障测距的研究，近年来在理论和实际中均得到广泛的展开，小波分析应用于输电线路故障测距领域是一个新的课题，但已经在这个领域显示了其优越性和广阔的应用前景。

当输电线路发生故障后，故障初始行波具有从直流到很高频率的连续频谱。当故障初始行波线模分量中的某一频率分量在t0=τ时刻最先到达测量点时，将引起各相暂态信号的奇异性变化。线路上任何原因引起的行波，到达测量点的时刻可定义为某一频率的行波线模分量最先到达测量点的时刻。由故障点产生的或由重合闸动作产生的行波到达母线后，行波电压和行波电流都将呈现尖锐变化，行波波头会在时频图中表现为高频突变，突变点标志着行波到达检测点。希尔伯特-黄变换通过经验模式分解法将故障初始行波信号分解为固有模态分量，再进行Hilbert变换，得到IMF的瞬时频率的时频图，故障行波波头在时频图中表现为高频突变，标志着该频率的线模分量到达检测点。则时频图中第一个频率突变点的时间位置就是波头到达测量点时间，从而实现对行波波头的准确检测。

4、结束语

综上所述，特高压输电线路保护故障测距的应用是十分关键的，因为只有做好了故障测距工作，才能够保障其今后在应用的过程中，符合相关的要求，提高运行的质量，本文对相关的应用的要求以及具体的应用方法进行了探讨，可供今后参考。

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