高壓輸電線路的故障測距方法的研究

摘要：文章主要分析了高壓輸電線路的重要意義，探討了高壓輸電線路的故障測距方法。

關鍵詞：高壓輸電線路;故障測距;方法

引 言

高壓輸電線路是電力系統的命脈，它擔負著傳送電能的重任。同時，它又是電力系統中發生故障最多的地方，并且極難查找。因此，在線路故障后迅速準確地把故障點找到，不僅對及時修復線路和保證可靠供電，而且對電力系統的安全穩定和經濟運行都有十分重要的作用。

故障測距裝置又稱為故障定位裝置，是一種測定故障點位置的自動裝置。它能根據不同的故障特征迅速準確地測定故障點，這不僅大大減輕了人工巡線的艱辛勞動，而且還能查出人們難以發現的故障。因此它給電力生產部門帶來的社會和經濟效益是難以估計的。輸電線路故障測距的作用筆者分析如下：

（1）幫助快速查找故障，節省故障巡線所耗費的大量人力、物力及財力;

（2）幫助及時修復故障，提高供電可靠性和連續性，減少停電損失;

（3）幫助分析故障發生的原因，并采取適當的預防措施;

（4）對于瞬時性故障，可以提醒線路維護人員注意絕緣薄弱點，并適時清理或更換存在隱患的絕緣子，從而避免形成永久故障，而且可以大大節省檢修時間和費用。

1故障測距的要求及現狀分析

在電網工作中，發電廠將發出的電供給給周邊的人們使用，但是發電廠發出的電不僅僅要供周邊人使用，還要將電傳送到許多更遠的地方，用來滿足更多的需要，由于需要將電輸送到很遠的地方，這就需要使用高壓輸電線路進行電的輸送，而不是普通的電線傳輸。高壓輸電線路分為電纜輸電線路和架空輸電線路兩種。電纜輸電線路不占空間，它是設置在地面以下的，架空輸電線路是懸掛在空中的。由于高壓輸電線路的故障測距分析會直接影響到電網系統的運行，因此，在對高壓輸電線路進行故障測距時，要保證測距的準確性，這也是故障測距中的最基本的要求之一，通過在故障測距中計算出的絕對誤差和相對誤差，來最后定下測距的數據，最大程度上減少它的誤差，用對比的計算法來衡量出故障測距是否準確，在實際工作中，故障測距會受到環境條件、技術手段以及經濟條件上的一些影響，因此在故障測距中都有一定的誤差標準，只要測距誤差在這個規定誤差范圍之中，就達到了對故障測距的精確度的要求。要使高壓輸電線路的故障測距更加精確，最重要的任務是找出影響故障測距準確性的因素。

在電力系統的所有工作中，工作人員普遍都十分重視高壓輸電線路的故障測距，這也是跟高壓輸電線路的故障測距在電網工作中的重要性直接相關的。21世紀的今天，電子產品應運而生，計算機技術普遍應用到了各個行業，各個領域，在電力系統中，技術人員也將計算機盡可能的在故障測距算法中得到利用，已經有大量的專業技術人員將這項任務應用到現場中，做出了一些探討與研究。

2高壓輸電線路故障測距方法研究

2.1故障分析法

2.1.1利用單端數據的故障分析法

利用單端數據的故障分析法包括阻抗法、電壓法和解方程法。阻抗法是利用故障時在線路一端測到的電壓、電流計算出故障回路的阻抗，其與測量點到故障點的距離成正比從而求出故障距離。電壓法根據輸電線路上發生故障時，故障點處的電壓有最小值，通過計算各故障相電壓的沿線分布，找出故障相電壓的最低點實現故障測距。

據此又提出計算正序故障分量、負序和零序分量的電壓沿故障線分布，找出電壓的最高點實現故障測距。對比兩種方法后者更為簡單。解方程法是根據輸電線路參數和系統模型，利用測距點的電壓、電流，用解方程的方法直接求出故障點的距離。解方程法包括解復數方程和解微分方程，前者在頻域內求解后者在時域內求解。

2.1.2利用雙端數據的故障分析法

利用雙端數據的故障分析法可分為利用兩端電流或兩端電流、一端電壓的方法;利用兩端電壓和電流的方法;解微分方程的方法。以上方法可分別建立在三種輸電線路模型上，且又可分為需要兩端數據同步或不同步兩種。

2.1.3影響故障分析法測距精度的因素

1）線路參數的測量問題。故障分析法中輸電線路參數計算方法都是在多種假設條件下進行的，很難保證與現場實際情況一致。高壓輸電線路的參數還受沿線地質、氣候、大地電阻率分布不均等因素的影響，甚至線路長度也是隨季節變化的，這是造成測距誤差的一個重要原因。

2）工頻電氣量的采集問題。由于算法中電流、電壓采用工頻電氣量，而在故障暫態過程電流、電壓包含非周期分量、工頻量和各次諧波分量，因此在故障測距前必須對所采集的數據進行數字濾波。

3）采樣數據的同步性問題。兩端同步的雙端法為采用簡單精確的同步算法，首先必需解決線路兩端的同步采樣問題。傳統的時鐘同步方法難以滿足要求。利用GPS傳遞的精確時問信號為實現雙端量高精度故障測距奠定了堅實基礎。但需要增～DGPS接收裝置等硬件設備，造價高昂，同時實際測距還有賴于GPS的可靠運行。

現場中的硬件對采集的信息仍具有一定的時延，因此兩端很難做到真正意義上的數據同步，故在應用上有一定的局限性。單端法硬件要求簡單，具有投資少，實現容易等優點。但是這種方法除單端供電線路外，僅使用本側信息不能消除對側系統阻抗變化和故障點過渡電阻的影響，會給測距結果帶來較大的誤差，甚至失效。雙端法由于使用了雙端信息，因此不必引入對端系統參數，在原理上完全不受故障過渡電阻大小、性質和雙端系統阻抗的影響，從原理上保證了測距的精度。但其在數據同步和偽根判別等方面尚有進一步改進之處。

2.2雙端同步測距法

2.2.1本側電壓電流對側電流法

由于故障發生時，電流互感器極易達到飽和導致采樣波形發生畸變.從而不能正確地反映真實故障電流。因此電流互感器飽和是影響輸電線路雙端測距算法的一個重要因素。解決飽和影響故障測距的途徑之一是對飽和電流進行補償矯正。但實際上很難做到將飽和電流完全矯正。另一種解決的途徑是研究僅利用兩側電壓和另一側電流，而不考慮CT飽和的一側電流，具有更高的測距精度和更廣泛的應用。

2.2.2兩側電壓法

為了有效避免由于電流互感器飽和帶來的測距誤差.學者提出了僅基于線路兩端同步電壓相量的測距算法。理論上。這類方法無需電流相量參與，可以完全不受飽和側電流的影響。

2.3行波法

行波法依據的測算方法是當輸電線路發生故障時，故障行波會在線路中產生，在故障點和其它阻抗不連續點發生折射和反射的情況。故障測距的行波法算法中經歷了兩個階段，分別是早期階段和現代階段兩種。早期的行波法主要是運用陰極射線示波器或者是最初的電子計數器來測量出暫態行波到達的具體時間和傳播的具體時間，與早期行波法有所區別的是，現代行波法主要是利用各種先進的科學技術，對收集到的各種數字信號進行處理的方法來測量出要求的時間數據。行波法依據的測距原理是行波理論，它分為單端算法和雙端算法。一旦輸電線路發生故障，母線在向故障點傳播的行波經過一段時間后，就會由于故障點的存在而在此折回來，而母線向故障點傳播的行波所使用的時間與返回來所形成的時間間隔也就是故障距離是成正比關系的，對于這段時間的測量檢測，也是單端行波測距算法的基本理念。而雙端行波算法則是利用故障點產生的行波在第一次到達兩端的時間差實現測距的。行波法在故障測距中，精確度上得到提高，它不受到不同電路類型的影響，以及過渡的電阻的影響等，但是行波法對測距硬件設備的要求相對來說較高，需要高速度的采取數據信息。行波法在故障測距中經常使用，雖然它具有較高的精確度，但是它進行的測距結果也是不可靠的，技術人員要進行進一步的探究，對故障產生時所形成的行波的不確定性，參數的頻變效應、線路兩端非線性元件的動態時延等進一步分析，提高行波法的可靠性。

參考文獻：

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