淺析當前輸電線路故障行波網絡定位新方法

【摘 要】在電力系統運行的過程中，輸電線路是非常基礎也是非常重要的一個要素，如果輸電線路在運行的過程中出現了一些異常的現象就有可能對電力系統造成比較大的影響，而如果輸電線路真的出現了一些運行方面的故障，故障點的位置上就會垂涎故障電流行波，對行波數據進行了一定的記錄和統計之后，采取一些適當的計算方法就可以比較準確的確定輸電線路故障位置的長度，本文主要分析了當前輸電線路故障行波網絡定位新方法，以供參考和借鑒。

【關鍵詞】電力系統；暫態電流行波；輸電線路；故障測距

在電力系統運行的過程中，如果輸電線路出現了故障，就要對輸電線路的兩端，或者是輸電線路當中的某一段進行相對比較詳盡的測量，從而也就可以對故障點的具體位置加以判斷，通常我們將這種方法就叫做故障測距技術。在使用該技術的過程中，一方面減輕了巡視人員的工作強度，同時也在很大程度上提高了工作的質量和工作的效率。而連環損壞的狀況也得到了很好的控制，從而避免了經濟上的損失，使得整個系統的運行更加的順暢。

1.輸電線路故障行波定位研究進程

很長時間以來，很多研究人員都在努力的進行電力系統故障測距技術的研究工作。我國的科學技術在不斷發展，同時故障測距技術也在不斷的發展，但是在該技術研究和發展的過程中因為阻抗測量的過程中所涉及到的故障測距措施會受到很多因素的制約，這也使得該領域的研究工作一直停留在ETP仿真的理論分析和研究階段。而在某種角度上來說，電網在運行中存在的暫態行波網絡要比仿真系統運行中所得到的行波更加具有多樣性和復雜性。而在此基礎上，一些研究人員使用單端行波網絡測距的方法也受到了一定的影響，這樣就使得故障的測距質量無法充分的得到保證，故障測距工作的研究也會受到很大的限制。

在上個世紀的80年代，國際上就已經開始研究行波網絡故障測距技術，這種技術在測算方法上的靈感主要是來源于某些現場條件和環境的綜合影響，而這種方式所測算出的故障點距離也是存在著比較明顯的不準確性。所以這也在某種程度上證明該技術還是存在著不少的不足。而從上個世紀的90年代開始，微電子技術逐漸的興起和發展，這也使得行波網絡測定方法測量精度得到了非常大的改善，在新技術應用的過程中故障測距技術有了很大的發展。而在這一基礎上，研究者也采取了很多的方式來研究提高測距精度的方法。當前，輸電線路故障測距的方法主要有兩種，一種就行波網絡定位技術，一種就是抗阻技術。使用了這兩種方法之后，能夠極大的提升新型的暫態行波原理的應用質量，使得測距的精度和穩定性得到顯著的提升。

隨著智能電網的全面建設，對大電網運行控制的安全、可靠性要求越來越高，對電網中輸電線路故障的精確定位越來越重要。近年來大量定位方法被提出，部分已經實現現場應用，但由于行波信號光速傳播，瞬間即逝，折反射復雜，在強電磁環境下故障行波辨識與波頭的納秒級快速捕捉困難等原因造成定位效果不佳，定位方法有待完善傳統的雙端行波定位只需捕捉到達線路兩端行波的初始波頭，不受各種反射波和折射波的影響，原理相對簡單。但是基于單條線路的故障定位，當定位裝置失靈。出現故障或是定位裝置的時間記錄存在誤差時，定位可靠性得不到保證，已經無法滿足電網運行的要求。隨著大電網建設及系統間通信技術的發展，全球定位系統（GPS）同步時鐘精度提高，基于整個電網的行波定位方法基本上解決了上述問題，但是在利用GPS同步時鐘定位時，GPS接收機標準誤差為±20ns，理論上對行波定位影響極小，然而接收機的誤差是隨機正態分布，惡劣情況下誤差會達到1μs，在利用行波定位時1μs的誤差將造成150m的測距誤差。

2.利用暫態電流行波實施輸電線路故障測距的基本原理

高壓輸電線路在受到一些因素影響而出現了運行故障之后，在變電站母線和故障點的位置上會出現比較明顯的暫態行波反射現象，而且這種反射現象有著十分明顯的連續性，因為故障點在運行的過程中會存在著一些阻抗問題，所以在阻抗沒有辦法持續的對電路起作用的時候，行波在傳輸的過程中就會出現比較明顯的反射、透射的情況，這樣一來就構成了兩種完全不同的行波而構成的波浪涌，這樣就可以對輸電線路當中的故障進行測距，從而明確線路故障的具體位置，為故障的排查和維修提供了更大的便利。

在實際的研究過程中，研究人員通過測定在測量的一端直接感受到的就是兩種浪涌共同作用之下形成的電壓和電流行波，通過下面的公式，我們就可以將方向行波計算和提取出來。

u（t）=

其中是正方向的行波浪涌，是反方向的行波浪涌，知道行波方向之后，我們就可以通過以下測定方法實現故障測距：

首先，我們假設如圖1所示的結構即為測量點母線結構，將母線指向線路方向規定為各線路電流正方向。

然后，選取參考線路，將某一沒有出現故障的線路標記為Mn，如果相對于故障線路MF來說，線路Mn為“無限長”時，測量點的電壓行波則可以根據彼得遜法則用下面的公式表示出來：

uM（t）=ZMniMn（t）

其中，Mn的波阻抗和電流行波與實際的方向電流行波相差一個常數“0.5”。

3.對來自故障方向的暫態電流行波浪涌的識別

若我們選擇的參數與“無限長”的假設不成立，那么在形成的方向行波中，則是由參考線路的暫態行波浪涌引起的第2個反向行波浪涌。我們假設參考線路Mn為“有限長”線路，當t=0且故障初始行波電壓源為e（t），時，在F點發生金屬性短路故障，那么該反射波經過母線M反射產生向著本線路方向傳播的行波浪涌，其公式表達為：

u（t）=iMn（t）+iMF（t）

u（t）=iMn（t）+iMF（t）

在故障線路上接收到的行波浪涌可用公式表示為：

i（t）=imF（t）+iMn（t）

i（t）=imF（t）+iMn（t）

其中，KM表示電壓行波在母線M的反射系數，KM=-1<0，n∈N；KT表示電壓行波在母線M的透射系數，Kr=>0，n∈N；Kn表示電壓行波在n端的反射系數，由以上三個公式分析可得，行波浪涌的極性關系與所選的參考線路遠端系統結構無關，通過后兩個公式即可將來自故障方向的第2個反向行波浪涌正確的識別出來。

4.仿真系統

仿真系統接線將M2作為參考線路，根據公式，形成的正向行波和反向行波波形我們也可以用數據表現出來。以這一基礎作為分析切入點，我們可以看出，如果存在第三個反向行波，那么第三個反向行波浪涌與他相對應的正向行波浪涌極性相反，而第二個反向行波浪涌與他相對應的正向行波極性相同，因此，第二個反向行波浪涌是不是實際故障方向傳來的，第三個反向行波浪涌才是真正來自于故障方向。

5.結語

綜上所述，利用暫態電流行波網絡來對于電線路故障問題執行測距工作的過程中，其中所存在的一個重要問題就是由于行波本身的無方向性缺陷，如果說受到這一因素的干擾，那么就極有可能會導致測距工作的精確性受到極大的影響。因此，為了能夠有效的解決這一問題，本文提出了EMTP仿真系統，從大量的測量結果來看，使用該措施到暫態電流行波網絡的故障測距工作中，能夠呈現出極為良好的結果精確性，這對于完善電廠故障問題的解決能力來說，起到了至關重要的作用。

【參考文獻】

[1]劉文軒，嚴鳳，田霖，代明.基于LVQ神經網絡的配電網故障定位方法[J].電力系統保護與控制，2012（05）.

[2]曾祥君，黎銳烽，李澤文，王陽.基于IEEE1588的智能變電站時鐘同步網絡[J].電力科學與技術學報，2011（03）.

[3]尹曉光，宋琳琳，尤志，朱子釗.與波速無關的輸電線路雙端行波故障測距研究[J].電力系統保護與控制，2011（01）.