高壓輸電線路的故障測(cè)距方法探究

黃 昊

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

高壓輸電線路的故障測(cè)距方法探究

黃 昊

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

為了確保供電系統(tǒng)安全、高效、正常運(yùn)轉(zhuǎn)，就必須做好輸電線路故障測(cè)距工作，掌握故障測(cè)距的科學(xué)方法，通過對(duì)前人研究進(jìn)行系統(tǒng)地對(duì)比分析，從中得出最科學(xué)、有效的測(cè)距方法，進(jìn)而進(jìn)行故障測(cè)距。本文在前人文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，主要立足于故障分析法與行波法展開討論，分析了不同方法的特征以及各自存在的不足和問題，并提出了科學(xué)的解決對(duì)策。

高壓輸電線路；故障測(cè)距；方法探究

輸電線路由于所處環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，容易受到外界因素的影響，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的工作運(yùn)行，輸電線路難免會(huì)發(fā)生故障問題，其中閃絡(luò)性故障為主要的故障問題，而且，閃絡(luò)性故障容易引發(fā)線路部分地區(qū)絕緣損傷，不利于故障點(diǎn)的查找，只有掌握科學(xué)的故障測(cè)距方法，從而精準(zhǔn)、快捷地定位故障，才能確保更加及時(shí)、高效地解決問題，排除隱患，從而維護(hù)輸電線路的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

一、故障分析法

當(dāng)輸電線路系統(tǒng)的運(yùn)行模式、線路參數(shù)都明確的情況下，當(dāng)線路發(fā)生故障，可以對(duì)裝置處進(jìn)行測(cè)量，測(cè)出的電壓值與電流值，與故障距離間呈函數(shù)關(guān)系，可以選擇故障錄波中形成的故障數(shù)據(jù)，來對(duì)應(yīng)創(chuàng)建關(guān)于電壓、電流的回路方程，再經(jīng)分析、運(yùn)算最后得出故障距離。

1.單端數(shù)據(jù)故障分析法

這其中主要涵蓋：電壓法、阻抗法、解方程法。

電壓法：參照線路故障時(shí)，發(fā)生故障處電壓值會(huì)急劇下降，對(duì)不同故障相電壓的沿線分布情況進(jìn)行計(jì)算，從而找到故障相電壓的最低點(diǎn)，從而達(dá)到故障測(cè)距的目標(biāo)。

阻抗法：系統(tǒng)故障時(shí)，測(cè)量線路一側(cè)，得出的電壓、電流值，再通過計(jì)算來得到故障回路的阻抗，被測(cè)量區(qū)與故障區(qū)的距離同阻抗成正比例，對(duì)應(yīng)得出故障距離。

解方程法：參照輸電線路參數(shù)、系統(tǒng)模型等，通過測(cè)出測(cè)距點(diǎn)的電壓、電流，通過解方程的方式來得出故障點(diǎn)距離。

2.雙端數(shù)據(jù)的故障分析法

這種方法通常是以兩端電流，兩端電流、一端電壓依據(jù)進(jìn)行故障測(cè)距的，例1：通過線路兩側(cè)零序電流的有效比值來對(duì)應(yīng)測(cè)算得出單相接地故障的位置，然而，這其中沒有將分布電容的作用考慮在內(nèi)，同時(shí)，需要預(yù)先畫出線路在不同運(yùn)行模式下下零序電流分布曲線，實(shí)際的測(cè)距結(jié)果同運(yùn)行模式密切相關(guān)。

例2：以本端電壓、電流以及另一端電流為參照進(jìn)行故障測(cè)距，這種方法的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)為：能夠直接依靠分相式電流差動(dòng)來保護(hù)所形成的電流信息，可以忽略雙端數(shù)據(jù)的同步問題。

例3：通過兩端電壓、電流來測(cè)距。先測(cè)量、計(jì)算得出兩端阻抗繼電器處的阻抗值，再借助兩端電流不同步角，測(cè)距后得出的是一次方程，不同步角對(duì)應(yīng)得出的卻是余弦函數(shù)的二次方程。然而，方程求解后存在真根、偽根的問題。

3.故障分析法測(cè)距精度影響因素

第一，線路參數(shù)問題。利用故障分析法時(shí)，所選擇的輸電線路參數(shù)計(jì)算方法，通常需設(shè)置多項(xiàng)假設(shè)條件，這樣就可能與故障實(shí)際存在出入，而且高壓輸電線路的參數(shù)很容易遭受各類內(nèi)外條件、因素的不良影響，例如：地理?xiàng)l件、地質(zhì)狀況、氣候因素、氣溫、大地電阻的分布等，不同季節(jié)條件下，輸電線路的長(zhǎng)度、距離等也會(huì)對(duì)應(yīng)不同，從而加大測(cè)距誤差率。

第二，數(shù)據(jù)采樣的同步性問題。雙端數(shù)據(jù)的同步采集具有一定的難度，要想達(dá)到同步采集的目標(biāo)，第一步應(yīng)該做到輸電線路兩端的同步采樣，舊式的時(shí)鐘同步法無法達(dá)到預(yù)期效果，可以引入GPS系統(tǒng)，能夠發(fā)出精準(zhǔn)的時(shí)間信息，從而達(dá)到兩端高精度的故障測(cè)距，然而，這其中就涉及到成本問題，而且也要在GPS等設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，而且設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中對(duì)采集的信息無法及時(shí)傳遞，體現(xiàn)出某種滯后性，事實(shí)上線路兩端無法實(shí)現(xiàn)完全徹底的數(shù)據(jù)同步。

對(duì)于單短法來說，雖然無需過于復(fù)雜的硬件設(shè)備的支持，成本相對(duì)低、易于實(shí)現(xiàn)等，然而，其使用范圍卻有一定的局限性，僅限于本側(cè)信息的使用，容易影響測(cè)距結(jié)果的準(zhǔn)確性。

二、行波法

行波法是以行波傳輸理論為基礎(chǔ)來測(cè)距的，輸電線路一旦出現(xiàn)故障，可能沿輸電線路產(chǎn)生故障行波，從而故障點(diǎn)以及其他阻抗非連續(xù)點(diǎn)出現(xiàn)折射、反射等問題，故障行波傳輸過程中會(huì)耗費(fèi)一定的時(shí)間，利用這些時(shí)間就可以算出故障距離。具體如圖1所示。

三、行波法的發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)問題

采用行波法對(duì)高壓輸電線路進(jìn)行故障測(cè)距，大體需經(jīng)歷以下過程：獲取行波、認(rèn)識(shí)波頭、標(biāo)識(shí)行波抵達(dá)時(shí)間、確定行波速度等。

1.獲取行波

暫態(tài)行波能夠覆蓋的較寬的頻帶，達(dá)到上千Hz，要想可以在二次端順利、合理地對(duì)輸電線路的暫態(tài)行波進(jìn)行觀察，就對(duì)電壓、電流信號(hào)變換回路提出特殊要求，需要其以最快的速度做出反應(yīng)。

例如：設(shè)行波傳輸速度=光速，要想讓測(cè)距分辨率小于500m法范圍，就要求電壓、電流暫態(tài)信號(hào)變換回路響應(yīng)時(shí)間控制在3.3微秒以下。

由于高壓輸電線路中多安裝了電容式電壓互感器，會(huì)影響行波傳變，從而使得電壓行波法無法被有效利用，行內(nèi)專家采取科學(xué)方法來有效解決這一問題，把電感線圈同電容式電壓互感器的接地導(dǎo)線串聯(lián)起來，從中獲得暫態(tài)行波。或者選擇專門的行波傳感器，專門針對(duì)CVT接地線的電流進(jìn)行耦合，進(jìn)而獲得故障行波。而且通常的電流互感器具有較強(qiáng)的電流信號(hào)傳輸功能，從而達(dá)到行波測(cè)距的目標(biāo)。

2.識(shí)別波頭

常見的識(shí)別方法包括：硬件法、軟件法。以往波頭檢測(cè)法具有一定的局限性，尤其不適用于單端行波法故障點(diǎn)，會(huì)對(duì)故障測(cè)距精準(zhǔn)度造成不利影響。

對(duì)于這一問題，行內(nèi)研究者也提出了一系列科學(xué)的解決對(duì)策，其中HHT法最具優(yōu)勢(shì)，能夠提高故障行波檢測(cè)質(zhì)量，與小波變換法相比，HHT法具有自適應(yīng)性，不易受外界因素干擾，能夠立足于信號(hào)自身特點(diǎn)進(jìn)行分解，對(duì)于基函數(shù)的選擇沒有特殊要求。

然而，不足之處在于所搜集的行波信號(hào)通常被噪音所干擾，從而不利于泊頭的精準(zhǔn)獲取。

3.確定波速

現(xiàn)實(shí)來看，行波在傳輸過程中很容易遭到各類因素干擾，三相輸電線路中，行波的傳播包括：線模分量、地模分量。相關(guān)研究已經(jīng)明確了影響地模、線模行波傳播的因素，包括：大地電阻率、過渡電阻、換位點(diǎn)等，研究得出同地模相比，線模不易受影響，所以，線模更加適合于定位故障。測(cè)距算法方面，相關(guān)文獻(xiàn)選擇了線模分量法來計(jì)算測(cè)距。

波速方面，選擇線路的實(shí)測(cè)參數(shù)來對(duì)應(yīng)計(jì)算得出波速，同時(shí)，立足于人為制造的信號(hào)來對(duì)應(yīng)測(cè)量得到輸電線路的長(zhǎng)度，從而控制了撓度引發(fā)的誤差，確保了故障測(cè)距的精確性。

4.單端行波法

該方法是通過參照線路一側(cè)測(cè)算出的數(shù)據(jù)信息，來計(jì)算得出故障距離。如圖2所示。

多數(shù)情況下，一條母線中接出很多出線，而且來自于不同部位的反射波之間容易發(fā)生混淆，當(dāng)被檢測(cè)區(qū)到故障區(qū)間的長(zhǎng)度大于背側(cè)相鄰線路長(zhǎng)度時(shí)，從真正的故障區(qū)輻射出的反射波則不易被檢測(cè)到，對(duì)于此問題，不同的研究得出了不同的解決對(duì)策，例如：通過小波變換模極大值原理來對(duì)應(yīng)分析、辨別故障點(diǎn)的反射行波，將故障線路模量電流行波為基準(zhǔn)，相鄰的最長(zhǎng)非故障線路模量電流行波作為參照、對(duì)比對(duì)象，對(duì)比分析兩個(gè)行波的波形，小波不斷變化中模極值的分布狀況，對(duì)應(yīng)辨別得出故障點(diǎn)反射波。

結(jié)語

為了確保供電系統(tǒng)安全、高效、正常運(yùn)轉(zhuǎn)，就必須做好輸電線路故障測(cè)距工作，掌握故障測(cè)距的科學(xué)方法，通過對(duì)前人研究進(jìn)行系統(tǒng)的對(duì)比，分析，從中得出最科學(xué)、有效的測(cè)距方法，進(jìn)而進(jìn)行故障測(cè)距。

［1］宋國(guó)兵，穆國(guó)強(qiáng)，崔琪，等.基于RL模型的雙回線單端時(shí)域法故障定位［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37（20）：34-38.

［2］周鑫，呂飛鵬，吳飛，等.基于小波變換的T型線路故障測(cè)距新算法［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（2）：8-11，33.

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