高压输电线路行波故障测距技术探析

高压输电线路行波故障测距技术探析

金书毅

牡丹江供电公司输电运检中心 157000

摘要：高压输电线路是电力系统的命脉，它担负着传送电能的重任。同时，它又是系统中发生故障最多的地方，并且极难查找。因此，在线路故障后迅速准确地把故障点找到，不仅对及时修复线路和保证可靠供电，而且对电力系统的安全稳定和经济运行都有十分重要的意义。本文概述了故障测距算法的几种方法，详细分析对比了行波测距法。

关键词：高压线路；故障测距；行波

0引言

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，具有巨大的社会经济效益。输电线路故障测距按采用的线路模型、测距原理、被测量与测量设备等的不同有多种分类方法。根据测距原理分为故障分析法和行波法；根据测距所需的信息来源分为单端法、双端法和多端法。

1输电线路故障测距的意义

电力系统输电线路上经常发生各种短路故障,在故障点有些故障比较明显,容易辨别,有些故障则难以发觉,如在中性点不接地系统发生单相接地故障时,由于接地电流小,所以在故障点造成的损害小,当保护切除这一故障后,故障点有时很难查找,但这一故障点由于绝缘已经发生变化,对整个线路来讲比较薄弱,很可能就是下次故障的发生地,因此,仍然需要尽快找到其位置。其次,输电线路穿越的地形复杂,气候恶劣,特别是远距离输电线路,难免要穿越山区,沙漠这些人迹罕至的偏僻地带,交通十分不便。再者,多数故障往往发生在风雪,雷雨等较为恶劣的天气中发生。另外,我国电力系统的巡线装备简陋,使得故障测距的准确度,对故障巡线工作起了关键性的作用。

2故障分析法

故障分析法根据系统在运行方式确定和线路参数己知的条件下，输电线路故障时测量装置处的电压和电流是故障距离的函数，利用故障录波记录的故障数据建立电压、电流回路方程，通过分析计算得出故障距离。

2.1利用单端数据的故障分析法

利用单端数据的故障分析法包括阻抗法、电压法和解方程法。阻抗法瞄。是利用故障时在线路一端测到的电压、电流计算出故障回路的阻抗，其与测量点到故障点的距离成正比从而求出故障距离。电压法根据输电线路上发生故障时，故障点处的电压有最小值，通过计算各故障相电压的沿线分布，找出故障相电压的最低点实现故障测距。据此又提出计算正序故障分量、负序和零序分量的电压沿故障线分布，找出电压的最高点实现故障测距。对比两种方法后者更为简单。解方程法是根据输电线路参数和系统模型，利用测距点的电压、电流，用解方程的方法直接求出故障点的距离。解方程法包括解复数方程和解微分方程，前者在频域内求解后者在时域内求解。

2.2利用双端数据的故障分析法

利用双端数据的故障分析法可分为利用两端电流或两端电流、一端电压的方法；利用两端电压和电流的方法：解微分方程的方法。以上方法可分别建立在三种输电线路模型上，且又可分为需要两端数据同步或不同步两种。

3概述故障测距的几种方法

概况起来,根据各种测距算法采用的原理不同,将现有的各种测距算法分为阻抗法、故障分析法、和行波法。阻抗法是根据故障时测量到的电压、电流量而计算出故障回路的阻抗,由于线路长度与阻抗成正比,因此便可求出由装置装设处到故障点的距离;故障分析法是利用故障时记录下来的电压、电流量,通过分析计算,求出故障点的距离;行波法是根据行波传输理论实现输电线路的故障测距方法,按其原理可分为A、D、E型3种方法,然后利用小波变换对输电线路故障测距进行模拟仿真。

3.1A型测距原理

A型测距是根据测量点到故障点往返一次的时间和行波波速确定故障点的距离。这个测距装置比较简单,只能装置在一端,不要和线路对侧进行通信联系。不受过渡电阻影响,可以达到较高的精度。但是,A型测距要求记录行波波形,而故障暂态信号只持续很多的时间,为保证有足够的精度,应采用足够高的采样率,因此A型行波测距对硬件要求比较高。

3.2D型测距原理

D型测距是根据故障点产生的行波到达线路两端的时间并借助于专用通道的通信联系实现测距的。由于这种测距装备利用的是故障点产生的行波第一次到达两端的信息,因此不受故障点投射波的影响,实现起来困难较小。但是D型测距对通道有高要求,使得投资巨大,目前难以在国内广泛采用。

3.3E型测距原理

E型测距装置是故障发生后由装置发射高压高频或直流脉冲,根据高频脉冲由装置到故障点往返时间进行测距。这个装置的工作原理和雷达相同,只是行波沿电力线路传播而已。对于瞬时性故障,E型测距靠人为施加雷达信号往往测不到故障。另外,高压脉冲信号发生器造价昂贵。由于通道技术条件的限制,高压脉冲信号强度不能太高,故障点反射脉冲往往很难与干扰相区别,种种因素都限制了E型测距的发展。

4行波法的研究现状及技术问题

行波法主要解决好行波的获取、波头的识别、行波到达时刻的标定、波速的确定等问题。

4.1行波的获取

暂态行波所覆盖的频带很宽，从几千赫兹到几百千赫兹。为了能够在二次侧观察到线路上的暂态行波，要求电压、电流信号变换回路有足够快得响应速度。例如，假定行波传输速度等于光速，为了将测距分辨率控制在500m以内，电压和电流暂态信号变换回路输出信号的上升时间必须在3.3us以内，相应变换回路的截止频率不能低于25kHz。因此受超高压线路上广泛采用的电容式电压互感器(CⅥ)行波传变特性不佳的影响，电压行波法的应用受到了较大的限制。

4.2行波波头的识别

行波波头的识别有基于硬件和软件两类方法。传统检测波头的方法有导数法、相关法、匹配滤波器法。这些算法使用时都受到一定条件限制，特别是对于单端行波法故障点反射波不易检测和识别，严重影响了故障测距精度。

4.3行波的传播及波速的确定

在实际输电线路中，行波的传播受到多种因素的影响。行波在三相输电线路上的传播可分为线模分量和零模分量。有人对大地电阻率、分段地线、分裂导线、过渡电阻和换位点对地模和线模行波传播的影响进行了研究，并得出由于影响行波地模的因素太多，而线模受到的影响较小，因而把线模作为故障定位用行波比较合适。

结束语

行波法原理简单，理论上不易受系统运行方式、过渡电阻、T形接线、线路分布电容的影响，测距精度高。但在实际中则受到许多工程凶素的制约。母线接线方式的不确定性，相邻并列线路的互感耦合及线路两端的非线性元件等，使波过程的分析相当复杂，直接影响反射波的识别；输电线路上存在着大量的干扰，其性质与故障点行波极为相似，并与故障点的反射波交织在一起，更增加了识别的难度。在实际输电线路中，由于导线不均匀、不完全换位、输电线沿线大地电阻率变化、线路参数随频率而变化及行波色散等问题，使得行波分析和研究比较困难，故障产生行波的特点不能被充分利用。尽管存在以上问题，但行波法依然是故障测距未来研究的主要方向。

参考文献

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