高壓輸電線路單端行波故障測距方法研究

摘 要：單端行波故障測距技術應用在高壓輸電線路中具有高實用性、高可靠性，高精確性和低投入性，在輸配電線路故障測距應用中具有非常好的發展前景。本文提出的高壓輸電線路上的單端行波故障測距算法不被暫態行波波速所影響，利用從故障點處出發到達檢測母線的不同方向不同類型的暫態行波波頭與極性的特性關系和時序關系定位故障區間和計算故障距離參數，通過構建高壓輸電線路4個故障區間進行不受行波傳輸速度影響的算法實現高壓輸電線路故障測距。

關鍵詞：高壓輸電線路；單端測距；暫態行波；故障定位

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.159

0 引言

一直以來，由于缺少精確、可靠的故障定位技術，電力線路故障點的查找十分困難。目前應用較為成熟的故障定位方法主要有兩種，阻抗法：通過測量阻抗來計算故障距離；行波法：通過測量電壓、電流行波在線路上傳播的時間計算故障距離。其中阻抗法測距誤差大，受多種因素影響，故障點弧光電阻、電源阻抗、線路不對稱影響、線路走廊地形變化，引起零序參數變化等都會使測距結果產生較大誤差[1]。

1 故障線路的暫態行波特征

高壓輸電線路的故障處暫態行波的反射、折射系數與母線端接線方式有密切聯系，根據輸電線路母線類型可分為3類：一類母線的出線數為1且帶有升壓或降壓變壓器；二類母線的出線數為2且不限帶變壓器；三類母線的出線數大于或等于3且不限帶變壓器。高壓故障線路的暫態電壓、電流行波在傳播過程中遇特征阻抗發生變化時，會在該處產生折射和反射效應，故障線路的電壓和電流行波數值會受母線端的出現數影響。

根據高壓輸電線路的故障點處的初始折射、反射行波分類如下：

（1）母線與故障點間的往返反射波；

（2）從母線反射的行波回到故障處的折射波；

（3）從母線到達故障處來回反射的行波再到達母線的透射波；

（4）第2類行波從故障點透射到達母線再通過故障點的反射波；

（5）第1類行波從故障點透射到達母線再經故障點回母線的透射波。

假設有一段全長為的高壓無損輸電線路，在時刻發生故障，故障結點與母線之間的距離為，故障處的各個暫態初始折射、反射行波到達端的時刻依次為，，…，等，則高壓輸電線路母線測量端的暫態電壓行波和暫態電流行波其分別為[2]：

（1）

（2）

由上式（1）和（2）可知，故障線路暫態電壓、電流行波的幅值與母線端的出線數目有直接聯系。其中，暫態電壓行波的幅值隨著母線端的出線數的增大而減小，而暫態電流行波的幅值隨著母線端的出線數的增大而增大。

按照行波折反射的規律，在（指初始行波經故障點至測量端的時間）時間范圍，將故障區域分為表1所示的4個區間以及行波類別。

2 單端行波故障測距算法

2.1 三相參量相模轉換

為避免三相高、中壓輸電線路間存在的耦合對測距算法產生影響，應先將三相暫態行波各個分量解耦成為相互獨立的分量實現相模轉換：

（3）

式中：三相高壓電流經過凱侖貝爾變換后的模、模和零模分量，其中，在相與相線路之間傳播的模分量、在相與相線路之間傳播的模分量都只能在輸電線導體間傳播，而零模分量可在三相導體和大地間傳播。

2.2 故障測距算法

假設故障發生從初始時刻開始，初始暫態電流行波、第1或者第2類行波以及第1 、第2或者第3類行波到達端的時刻分別為，，…，等。可再將其再細分為，，，四個子區段。本文利用測量母線端的4個左右的時刻計算暫態行波平均波速及故障距離，各個區段測距算法推導如下：

根據以上4個區間的分析結果發現，故障距離只與線路長度和時刻有關，與行波速度無關，故此測距方法不受暫態行波波速影響，可直接應用于高壓輸電線路的故障定位測距。

3 結語

本文利用單端行波測距技術將整條高壓輸電線路分為4個線路長度子區間，結合到達行波測量端的行波波頭時刻和極性的組合對發生故障的全過程進行判斷分析，推導出了對應的4個線路長度區間的不受暫態行波波速影響的故障測距算法。

參考文獻：

[1]位韶康，陳平，姜映輝.一種不受波速影響的單端行波測距方法[J].電力系統保護與控制，2013（13）.

[2]覃劍，彭莉萍，王和春.基于小波變換技術的輸電線路單端行波故障測距[J].電力系統自動化，2005（19）.

作者簡介：田棟文（1987-），男，土家族，湖北宣恩人，碩士，研究方向：智能電網與智能控制。