高压架空输电线路的故障测距方法

高压架空输电线路的故障测距方法

高凯霞

国网吕梁供电公司 ， 山西 吕梁 033000

摘要：对于电力系统的运行而言，对高压架空输电线路的进行故障测距，是提高供电质量、稳定性的主要方式。基于此，本文将以单端数据故障分析方式、双端数据故障分析方式为切入点，分析故障分析法在故障测距中的应用，同时从获取行波、识别波头、确定波速、单端行波法四方面入手，探究行波法在故障测距中的应用，旨在将高压架空输电线路的故障测距方法进行比较，掌握不同方式所适用的范围，为相关人员提供参考。

关键词：高压线路；输电线路；故障测距；故障分析法；行波法

在社会高速发展的背景下，人们生产、生活中对电力的需求逐渐增加，并要求其具有较强的稳定性，因此需要对高压架空输电线路进行故障测距，掌握其中所包含的隐患，并第一时间进行解决。通常情况下，高压架空输电线路位于地形复杂的区域，故障发生的频率加高，而故障测距是确保其稳定、安全运行的有效方式，但是由于高压架空输电线路自身特性的影响，在不同的工况中需要采用不同的故障测距方法，对此本文进行深入分析。

1.故障分析法在故障测距中的应用

在明确高压架空输电线路运行模式、相关参数的过程中，就可以对其装置进行直接测量，包括电压值、电流值，如果其故障检测的结果与故障距离为函数关系，就需要根据其中所包含的故障数据，创建其回路方程，最后得出故障距离。

1.1单端数据故障分析方式

单端数据故障分析方式主要包含电压法、解方程法以及抗阻法。（1）电压法，依据高压架空输电线路中所存在的故障，其故障位置的电压就会快速下降，从而对各个故障的电压的实际分布进行详细地计算，进而发展现电压的最低点位置，实现故障测距的主要目的；（2）解方程法。依据高压架空输电线路系统中的模型、相关参数，通过对测距点电流、电压的测量，结合方程对故障点完成测距，得出最终结果；（3）阻抗法。在高压架空输电线路发生故障的过程中，对线路的一侧进行测量，并对电流值、电压值进行记录，然后基于计算得出具体的阻抗，同时故障区与测量区之间的距离和阻抗为正比关系，从而得出关于高压架空输电线路故障测距的结果。

1.2双端数据故障分析方式

双端数据故障分析的方式，基本上是以一端电压、两端电流作为基础，对高压架空输电线路进行故障测距的，本文将对其主要内容进行详细的介绍：

（1）在测距的过程中，工作人员根据高压架空输电线路两侧零序电流的有效比值，对单项接地的故障进行测算，但是由于其中未考虑分布电容的影响，加之事先完成的线路设计是在不同模式中，高压架空输电线路零序电流的具体分布，因此对高压架空输电线路最终的测距结果，与当前的运行模式之间具有紧密得关系。

（2）将高压架空输电线路一端的电流、电压与另外一端的电流作为故障测距的基础，这样方式具有明显的优势，即通过分相式电流差对电流信息进行保护，甚至可以在某种程度上将关于数据同步的问题忽略。

（3）基于高压架空输电线路线路两侧的电流、电压进行故障测距。此时，工作人员需要计算出两端阻抗继电器实际的阻抗值，并结合两端电流构建方程，但是需要注意求解结果存在真伪根的现象

2基于工频量的故障测距法

基于工频量的高压架空输电线路故障测距方法是通过对工频故障时所产生的电压与电流量的测量，然后借助高压架空输电线路的故障距离同故障电压和电流量之间的数学关系，对线路的故障点进行计算的故障测距方法。其也可以分为单端测距法与多端测距法两种。

2.1.单端故障测距法

基于工频量的单端故障测距法主要是通过高压架空输电线路故障时的故障电压与故障电流量的变化关系计算出故障回路中相应的阻抗，然后根据阻抗与测量点到故障点的距离的关系计算出故障距离，从而确定故障点。根据单端故障测距法的基本原理，多种测距算法，如实时对称分量法、解方程法、零序电流修正法等。基于工频量的单端故障测距法对于通讯技术的依赖性不太强，并且该方法的理论分析相对来说比较简单，物理意义也比较明确，所以这种方法在国外比较受重视。但是在具体的实践当中，这种方法对于故障距离的测算精度往往无法保障。因为高压架空输电线路通常来讲很少会出现单纯的金属故障，一般而言在故障点都会有不同程度的过渡电阻，尽管这种电阻很小，对故障测距的影响比较小，然而当输电线路接地或者与其它的介质相互接触时，这种电阻就会变大达到几百欧姆，从而对测距产生较大的干扰。另外，单端故障测距法进行线路故障测距时还需要对测量点对端的线路系统的参数进行有效的了解，但是源于对端的线路系统的阻抗参数往往处于不断的变化当中，此时若采用事先预估的参数进行故障距离的计算，必然会产生一定的误差。

2.2.双端故障测距法

基于工频量的双端故障测距法是在矫正单端故障测距法的测距误差的基础上发展的，该故障测距方法所使用的数学参数方程是一定的，冗余的，所以利用该故障测距方法可以实现准确的故障点的定位。但是这种方法不同端的信号采集较难实现同时采集，所以这也是多端测距法应用的难点。近年来，GPS技术的应用日益广泛，GPS技术可以实现数据的同时采集，为多端故障测距法的应用提供了技术基础。此外，对端故障测距法对于硬件系统也有着较高的要求，所以其投资相对来说比较大，实际应用起来还存在一定的问题。

3各种测距方法的比较

3.1使用工频量与解微分方程法的测距方法对比。

在故障分析法故障测距算法中除解微分方程法使用瞬时电压和电流，多数使用工频量测距。解微分方程法主要的优点是算法简单、计算量小，可以兼作保护和测距。但从原理上看，工频测距的方法精度比解微分方程法高，且即使使用集中参数电路模型，也可通过在两端并联电容的方法，以补偿分布电容的影响，因此就测距而言，按照以时间换精度的原则，工频测距方法比解微分方程法更有效和实用。

3.2采用集中参数电路与同类采用分布参数电路模型的测距法对比

在工频测距算法中，采用集中参数电路模型的算法与采用分布参数模型的相比，前者是简化模型，后者是精确模型，前者分析计算简便，后者则较复杂，但后者的精度明显高于前者，而两者都存在测距方程伪根问题，由于采用了精确的模型，后者的伪根四比前者更容易处理。

3.3采用工频量与利用行波的测距方法对比

在资金投入方面，前者可以利用现已大量投入的设备，硬件投资小，容易实现，后者需要专门的设备，硬件投资大，技术较复杂，但在实际测距所需要的信息处理时间来看，行波法明显优于工频法，这里所说的时间主要是指抽取电压、电流的时间，随着自动化水平的提高，故障线路切除时间将大大缩短，但在短的故障切除时间也足够采集行波法测距的信息，对需要抽取幅值和相角的工频测距法来说，就必须在不足一周或者更多的时间内存复杂暂态波形中得到所需的信息，无疑增加了滤波算法的难度。

4结束语

综上所述，目前我国电力系统中所使用的高压架空输电线路测距方法主要是基于工频量的单、多端故障测距法，基于行波原理的单、双端故障测距法，每种故障测距法都有一定的优缺点，需要结合具体的情况选择合适的故障测距法，以实现对故障点以及故障距离的准确测量与计算。基于工频量的单端测距法在原理上存在一定的误差与不准确性，基于行波原理的故障测距法由于行波波速以及测去死区等问题，也存在一定的弊端。所以研究热点可以集中在双端或者是多端故障测距法上。另外，随着技术的不断进步与发展，智能化的测距方法逐渐被探索，高压架空输电线路的智能化故障测距是将来发展的重要方向。

参考文献：

[1]王奎鑫.基于行波原理的高压架空线-电缆混合线路故障定位技术研究[D].山东理工大学，2012.

[2]王海波，郭卫东，刘利则.架空输电线路的故障测距方法研究[J].科技创新与应用，2015，14：140