高壓輸電線路故障定位技術及應用

葉海宏

（廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

一般輸電線路在發生故障后，故障點通常在線路上會產生向兩側傳播的暫態行波信號，其包括很多故障信息，因此，為了在識別初始行波的波頭方面精準快速，對輸電線路故障的定位有著非常重要的作用。

1 輸電線路故障定位技術的作用

在電網維護當中輸電線路故障定位技術有著很重要的作用，其主要表現在3個方面：1）能夠節約時間。輸電線路故障定位技術的合理應用在一定意義上能夠使得運行維護人員能夠快速確定故障點，使維修人員減少巡線時間。2）降低經濟損失。在輸電線路當中如果產生故障，難免會帶來相應的經濟損失，故障定位技術的合理應用能夠讓運行維護人員在對故障點確定之后及時地排除和維修，降低經濟損失。3）能夠對線路薄弱點實施合理的分析。輸電線路有時會產生瞬時故障都是產生在線路的薄弱部位，而故障定位技術的應用使得運行維護人員能夠及時對薄弱部位進行分析，從而采用科學合理的措施實施保護，避免其產生永久故障，使得線路維護成本降低，將輸電線路的安全以及穩定性不斷提升。

2 高壓輸電線路故障定位技術及應用

在輸電線路產生故障時，線路當中通常會有動態性的暫態電壓行波以及電流行波，這些暫態行波中通常主要有故障距離以及方向等故障信息。和阻抗法相比，行波故障定位方式不會受到過渡電阻以及系統振蕩對其產生的影響，采用行波實施故障定位現階段受到廣泛的應用。

同時傳統當中采用的雙端輸電線路已經被逐漸淘汰，對于T 型線路來講，其有著節約投資以及輸送功率大等特點。這種輸電線路在相應的電壓等級當中應用逐漸普遍，國內外一些對T 型線路故障定位的算法也在不斷增大。下面主要就對其進行詳細的分析和探討。

2.1 輸電線路故障模型

通常在輸電線路當中，短路故障比較常見。因此以下主要就針對短路故障相關方面進行詳細的分析：

輸電線路結構如圖1所示。

線路結構參數如下：

圖1 T 型輸電線路示意圖

在 Matlab 當中建立的仿真模型參數為：將線路電壓設置為 500 kV，頻率為 50 Hz，R、S、T 三端電源相位角分別為 0°、30°、60°。線路長度 lRP=100 km 、lSP=150 km、lTP=200 km ，采樣頻率為 1 MHz，仿真時長為 0.1 s。由線路參數，行波波速度約為 1 089 942 318.2×105km/s。

2.2 故障分支判別及測距

如圖 1所示，以對 TP 分支所產生的單相接地短路故障作為案例對將故障分支進行判斷。如果M 點產生單相接地短路故障，輸電線路當中所產生的故障點其暫態電壓行波主要就是朝母線進行傳播，并且其速度趨于光速向三端母線進行傳播。在GPS傳播速度一致的情況下，能夠對初始行波到測量點的時間進行測量，也就是tR、tS、tT。采用線路長度lRP、lSP、lTP以及行波到測點的時間tR、tS、tT實施相應故障的判斷，以此來對故障實現定位。

在對故障分支判別時主要通過以下相關公式計算：

式中，l作為兩個測量點的長度，v 是行波速度。故障分支判斷的依據為：

dRT≤lRP且dRS≤lRP，說明故障在 RP 支路。

dRS≤lRP且dST≤lSP，說明故障在 SP 支路。

dRT≤lRP且dST≤lSP，說明故障在 TP 支路。

在完成故障分支的判定之后，實施故障測距：

故障在 RP 支路；故障點距離量測點 R的 距離

故障在 SP 支路；故障點距離量測點 S 距離：

故障在 TP 支路；故障點距離量測點 T 距離：

在采用TT 變換當中的輸電線路行波故障定位步驟主要有：1）采用仿真來對三端線路的電壓波實施獲取。2）在對截取的故障前后三相電壓波形同時實施相應的相模變換解耦。3）在獲得其α模分量之后實施TT 變換，從而獲得相應時間序列的矩陣。4）在對 TT 變換之后的對角線元素進行獲取，以此來對其相應的序號實施傅立葉變換，以此來對完成變換之后的幅值-時間曲線進行故障，按照故障行波達到的時間，也就是tR、tS、tT，對故障分支做好判斷。5）在對故障分支判定之后，應用公式（4）（5）（6）來對故障的距離進行計算。

圖2 R、S、T 端α模分量

2.3 仿真分析

在 Matlab 中實施T 型輸電線路模型的搭建，其中的參數要求主要就是按照實際的輸電線路來獲取，同時仿真線路主要呈現的是 RP 分支及 P 節點附近所產生的故障狀況。

仿真算例：

如果線路 RP 分支和R 端的距離在50 km并且時間在0.035 s 時，在 A 相部位產生接地故障，故障的時間通常在0.035 s～0.039 s，過渡電阻為 50 Ω 。

在對運行一段時間的單端母線故障電壓行波獲取之后，采用克拉克相模變換對于其實施相應的解耦，同時在對α模分量獲取之后，完成解耦的結果如圖2所示。

由于在實際的應用中，相應的電壓行波信號都在上添加高斯白噪聲，對α模分量波形傳輸到模型當中實施 TT 變換，從而獲取一個時間矩陣，在由TT 變換所獲得的對角線元素序列之后實施傅立葉變換，以此獲得一個幅值-時間。

在這當中，測的行波首波頭到達的時間 R為 176采樣點，S為694個采樣點，T 為866個采樣點，也就是tR=000176.0 s，tS=000694.0 s， tT=000866.0 s，將其帶入公式（1）（2）（3）可以獲得 dRS=903.49km， dRT=967.49 km， dST=064.150 km，從而有效的滿足RP 分支故障判斷條件，因此可以判定 RP 支路所呈現的故障。同時采用測距公式（4）可以知道 dRM=925.49 km，其誤差主要為 75 m。

3 結語

總之，在T 型輸電線路當中，對于上述相關狀況實施仿真分析，以此可以看出，在應用 TT 變換當中輸電線路行波故障定位方式能夠很好地對故障分支合理判斷，并且將其故障及時定位，有著很好的準確性，因此在實際的應用中可以大力推廣。