基于双端测距的高压输电线路故障定位

何军娜

国网江西省电力有限公司建设分公司 江西 南昌 330000

摘要：为了降低电能在输送过程中的损耗，我国大力发展高压、特高压输电，成为现代输电的主流。由于距离上跨度大，常常进行远距离输电，输电线路安全稳定运行是决定高压输电成功的关键。高压输电线路常处在野外，容易受到恶劣天气以及周围环境的影响，从而产生故障，对于一般的故障，可以通过自动重合闸装置等设备进行故障的切除，保障输电线路的正常运行，在一定程度上提高了线路的稳定性。对于一些永久性故障，比如线路断路，采用保护装置就不能立刻对线路起到保护的作用，对电能的运输造成极大的危害。针对这种永久性故障，就需要检修人员的参与，进行人工处理。

关键词：双端测距；高压；输电线路；故障定位

在检修过程中，如果能准确判断出故障发生的位置，就能够及时派出人员进行处理，在短时间内使得输电线路恢复到正常的运行状态，并且也能够减小故障对电网的冲击影响，降低故障带来的经济损失，所以，能够加快检修的速度，就能够提高输电线路的经济运行。现在对输电线路中故障定位的方法有很多，常用的有双端同步测距法、行波法、故障分析法、数字滤波算法、智能化测距法。这些方法的出现，提高了故障检修的效率，具有很重要的经济价值。通过将差分算法运用到测距方法中，提出一种新的行波奇异点检测方法，通过仿真模型验证了该方法的有效性；将变分模态分解与Teager能量算子相结合，解决了在测距过程中容易受行波波速、线路长度等因素影响的问题；以500Kv输电线路为模型，并考虑了线路中并联电抗器，验算了均匀传输线方程的效果；利用仿生算法的寻优特性，改善测距算法误差高的缺点，通过仿真验证模型的有效性。

本文采用双端法来对高压直流输电线路中的故障进行定位，避免了单端法中行波折反射现象的影响，采用Matlab软件搭建双端输电线路仿真模型，模拟在不同故障下，对故障定位的精准程度，具有良好的准确性。

2 基本原理

当故障发生时，线路中会出现暂态行波，可以通过GPS等方法来获取具有故障距离和故障类型信息的信号，这些信号的获取是准确定位故障发生点的关键因素。如图1所示的输电线路中故障发生的等值图，当线路中的F点发生故障时，利用电路中的叠加原理可知，可将图1等效为图2所示的故障状态等值图。同时为了更加方便分析，可以将正常状态分量和故障状态分量等效为图3和图4。

图1 故障状态 

图2 故障等值状态 

图2中·UF与-·UF表示的是正常附加电源和故障附加电源，两者大小相等，方向相反，其中图4表示在故障发生后，在-·UF的作用下，会产生两个方向相反的行波向A、B两个方向传播。并且行波传播速度受外界因素影响比较大，在三相线路之间，由于电磁场的耦合作用，增加了行波速度的确定难度。

图3 正常状态 

图4 故障状态 

3 双端测距

采用的仿真模型为500k V电网的双端故障模型，如图5所示，其中故障数据的获取依靠GPS装置来进行读取，将得到的数据采用双端测距算法进行计算，即可得到故障发生点位置。

图5 输电线路故障简化模型

图5中的各个参数如下:UA=UB=500k V,ZA=0.95+j38.20Ω，ZB=1.12+j39.88Ω。输电线路参数如下:线路总长度l=350km；输电线路中的单位长度正序、零序电阻为r1=0.0199Ω/km,r0=0.0956Ω/km；输电线路中的单位长度正序、零序电导为l1=0.9346m H/km,l0=2.3109m H/km；输电线路中的单位长度正序、零序电容为c1=0.0099μF/km,c0=0.0049μF/km。如果在输电线路中故障F点出发生三相短路、B相短路、AB相短路三种故障类型，考虑输电线路完全换位，根据电力系统暂态原理中的对称分量法，正序分量在发生故障后的特点，由电路理论及长线方程有：

式(1)～(4)中UF1表示故障点的正序电压；UB 1表示B端的正序电压；IB 1表示正序电流；Zc 1表示正序波阻抗；γ1表示正序传播系数；x表示故障发生出到A端的距离。由于电压具有连续性，根据式(1)、(2)可得:

由式(5)，可解得x:

其中:

4 仿真分析

采用Matlab仿真软件搭建如图5的仿真模型。故障点设在F点，故障类型分别为三相短路、B相短路、AB相短路，模型仿真总时长为0.1s，采样频率为1000Hz，对故障发生前后的电压、电流数据分别进行采样，利用式(1)～(6)进行故障定位，不同故障点情况下的仿真数据如表1所示。

表1 不同故障点情况下的仿真数据

由表1仿真数据可知，采用双端测距算法能够对不同故障下的故障点进行精确定位，并且所采用的模型简单，适用于不同的故障类型，具有一定的实际意义。

5 结论

随着高压直流输电技术的发展，对输电线路安全要求越来越高，利用双端测距算法，在发生故障后迅速找到故障点，并解决问题，使线路恢复到正常工况，是非常重要的方法，能够大大提高线路检修的效率。

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