輸電線路阻抗法故障測(cè)距應(yīng)用分析

白小奇

(西藏電力有限公司林芝分公司，西藏 林芝 860000)

1 引言

高壓輸電線路布線很長(zhǎng)，尋找故障點(diǎn)有很大困難，人工巡線尋找故障點(diǎn)需要花費(fèi)很多時(shí)間。有時(shí)也不定能找出故障點(diǎn)，而當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，要求迅速找到故障點(diǎn)加以搶修，盡快恢復(fù)供電。因此需要故障測(cè)距裝置，在故障發(fā)生后，精略地確定故障點(diǎn)，以便維修人員進(jìn)行搶修。

從原理上說(shuō)故障測(cè)距裝置實(shí)際上實(shí)現(xiàn)的也是故障距離的測(cè)量。從功能上說(shuō)故障測(cè)距裝置是對(duì)故障點(diǎn)的測(cè)量裝置。在近50年以來(lái)，故障測(cè)距裝置已經(jīng)得到迅速的發(fā)展，特別是20世紀(jì)70年代中期以后，計(jì)算機(jī)在電力系統(tǒng)中的廣發(fā)應(yīng)用。故障測(cè)距技術(shù)已經(jīng)成為一個(gè)專門的領(lǐng)域，成為熱門研究課題并取得了實(shí)用性的成果。

2 故障測(cè)距方法的分類

從測(cè)距原理上區(qū)分，故障測(cè)距可分為阻抗法、行波法和電壓法。本文主要介紹輸電線路中采用阻抗法測(cè)距遇到的問題及其解決方法。

3 阻抗法故障測(cè)距主要問題及其解決方法

3.1 故障點(diǎn)弧光電阻對(duì)測(cè)距的影響

在阻抗法故障測(cè)距中測(cè)量的精確性影響最大是故障點(diǎn)弧光電阻的影響，可以說(shuō)是要克服的主要問題。弧光電阻對(duì)測(cè)距影響表現(xiàn)在以下方面:

(1)在很大程度上影響故障測(cè)距的測(cè)量精度。在單相弧光短路情況下，弧光電阻值相當(dāng)大，甚至大到幾百歐，而線路故障阻抗也不過幾十歐。

(2)弧光電阻值是隨時(shí)間而快速變化的，由于阻抗測(cè)距不要求快速，通距離保護(hù)I段快速動(dòng)作相比，對(duì)故障測(cè)距影響要大的多。

(3)在兩側(cè)電源情況下，對(duì)側(cè)電源對(duì)故障回路電流的助增，使測(cè)距裝置感受到的阻抗不但大小有變化，而且阻抗角也有變化，使利用一側(cè)電量實(shí)行阻抗測(cè)距有很大困難。

參考距離保護(hù)中阻抗繼電器避免弧光電阻對(duì)測(cè)距影響的方法，在故障測(cè)距中采用以下辦法減少弧光電阻對(duì)測(cè)距的影響:

(1)過零測(cè)量法

過零測(cè)量法原理很簡(jiǎn)單:對(duì)單側(cè)電源線路來(lái)說(shuō)，容易列出下列微分方程式:

式中:RF、LF為自測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)F線路電阻和電感分量;um、im為測(cè)量電壓，測(cè)量電流瞬時(shí)值。

當(dāng)im=0時(shí)，式(1)為:

故得:

從而可實(shí)現(xiàn)測(cè)距。

這一方法物理概念明確，而且對(duì)電流、電壓波形無(wú)要求，采用計(jì)算機(jī)數(shù)字算法，微分可以很容易的用差分法實(shí)現(xiàn)，但要注意由此法測(cè)出的是電感而非短路阻抗。

(2)故障分量測(cè)距法

在故障測(cè)距中，只利用故障回路故障電流的概念，求出故障電流(實(shí)際上是故障回路電流的工頻變化量)在線路觀測(cè)點(diǎn)分布情況，從而消除對(duì)阻抗測(cè)量的影響。

(3)故障分析法

前面兩種阻抗測(cè)距方法有共同點(diǎn)，都是以實(shí)現(xiàn)電壓、電流加工，實(shí)現(xiàn)距離測(cè)量。故障分析法主要特點(diǎn)是利用故障時(shí)錄下的電壓、電流，事后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析計(jì)算，算出故障位置。由于它不需要對(duì)側(cè)電流、電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，所以測(cè)距計(jì)算時(shí)可以充分利用兩側(cè)數(shù)據(jù)。

由于故障線路為一四端(兩端口)網(wǎng)絡(luò)，所以，在有兩側(cè)電流、電壓數(shù)據(jù)的條件下，是可求解的，在確定故障點(diǎn)位置時(shí)，可能計(jì)算量大，但利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，不難解決，過去利用分析法進(jìn)行故障定位最大困難時(shí)兩側(cè)電流、電壓信號(hào)采樣要求嚴(yán)格同步。目前，全球定位系統(tǒng)已在電力系統(tǒng)中廣泛采用，可以通過GPS對(duì)兩側(cè)電流、電壓采量進(jìn)行定時(shí)，已基本解決了同步采量的問題。

3.2 三相線路互感的影響

由于三相線路相間，相對(duì)地存在的互感，所以相阻抗不是獨(dú)立的，它受鄰相電流的影響。

在不對(duì)稱短路情況下，線路阻抗不好定義。對(duì)線路基本參數(shù)來(lái)說(shuō)只能定義一相線路自感抗XL和相間、相地間互感抗XM、XMO。設(shè)XM、XM、XMO為三相線路單位長(zhǎng)度感抗值，則自觀測(cè)點(diǎn)M至故障點(diǎn)F間三相線路感抗值為:

以上式(4)所定義的基本參數(shù)帶入故障相電路方程，則從原理上來(lái)講根據(jù)線路兩側(cè)三相電壓、電流實(shí)測(cè)值，可以算出故障距離DMF，從而實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距。但是這種嚴(yán)格的方式計(jì)及三相互感的影響太麻煩了，不符合工程計(jì)算的需要，所以實(shí)際上阻抗故障測(cè)距時(shí)仍采用阻抗繼電器中的方法，采用補(bǔ)償方式，近似的消除互感的影響。

對(duì)線路來(lái)說(shuō)正序阻抗等于負(fù)序阻抗，故只需引入零序電流補(bǔ)償，即可認(rèn)為各相自阻抗等于正序阻抗，不需計(jì)及鄰相電流對(duì)本相阻抗測(cè)量的影響。

表1 三相阻抗繼電器輸入電壓和電流，及能正確測(cè)距的故障

表2 相間阻抗繼電器輸入電壓和電流，及能正確測(cè)距的故障

3.3 不對(duì)稱短路時(shí)，故障點(diǎn)完好相殘余電壓的影響

不對(duì)稱短路時(shí)，不能把故障點(diǎn)完好相(相間)殘余電壓引入到測(cè)量電壓中，否則會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的短路阻抗測(cè)量，這一問題亦應(yīng)在阻抗測(cè)距中考慮。實(shí)際上，按表1和表2通過選相元件選擇即可達(dá)到這一要求。

3.4 其他影響

除上述影響阻抗測(cè)距的因素外，還有其他一些影響。

系統(tǒng)振蕩是影響阻抗繼電器直接測(cè)量的最主要因素，也是距離保護(hù)中的難點(diǎn)之一。系統(tǒng)振蕩時(shí)阻抗測(cè)距裝置如果工作的話也將感受到一個(gè)阻抗，但也不是短路阻抗而是觀測(cè)點(diǎn)到振蕩中心的線路阻抗。對(duì)阻抗測(cè)距來(lái)將自然是錯(cuò)誤測(cè)量，但是由于故障測(cè)距裝置是測(cè)量裝置，不會(huì)把這一測(cè)量認(rèn)為是故障距離。

超高壓線路由于換位困難，三相線路各相阻抗會(huì)有不平衡，在此情況下，只有分相進(jìn)行測(cè)量。

4 阻抗法故障測(cè)距小結(jié)

現(xiàn)有的故障測(cè)距方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，為了達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)距的目的，都需要進(jìn)一步解決的技術(shù)問題。阻抗法故障測(cè)距物理概念明確而且有距離保護(hù)中阻抗繼電器實(shí)現(xiàn)距離測(cè)量的理論基礎(chǔ)，所以長(zhǎng)期以來(lái)是故障測(cè)距的一種主要方法。

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