高壓直流輸電線路故障測距方法

黃勇源

摘要：高壓直流輸電線路具有較長的距離，其線路所跨越的地區無論是地質環境還是氣候環境都有較大的差別，所以在這種較大的環境變動之下，高壓直流輸電線路具有很高的故障率。為了能夠更好的對高壓直流輸電線路進行維護工作，需要做好故障測距工作。相關單位必須要提高高壓直流輸電線路的故障測距精度，基于此本文以描述分布參數線路電氣特征的波動方程為高壓直流輸電線路的故障測距基本原理，從時間、空間和頻率等三個角度出發來提出相應的測距方法，希望能夠對相關單位提供參考。

關鍵詞：高壓直流輸電線路;故障測距;方法

1、前言

高壓直流輸電線路是一種點對點的輸電方式，其需要有長距離、跨區域的線路作為支撐，但是這種長距離線路需要跨越不同地理環境和氣候環境的區域，所以很容易出現線路故障情況。為了能夠及時定位線路故障位置，相關單位需要加強高壓直流輸電線路的故障測距工作，提高測距精度?；诖耍疚奶接懜邏褐绷鬏旊娋€路故障測距的基本方法，從故障分析法、行波法、固有頻率法三個角度來進行探討，以描述分布參數線路電氣特征的波動方程為主要原理，分析三種方法的使用思路。

2、高壓直流輸電線路故障測距方法總述

高壓直流輸電線路測距方法以描述分布參數線路電氣特征的波動方程為主要原理，主要是從時間、空間和頻率三個方面來進行分析，分別對這三個方面采取行波法、固有頻率法、故障分析法三種對策。因為三種方法的切入點是不同的，實際上在工作中這三種方法并不是全能，例如行波法雖然具有很好的測距精度，但是波頭檢測確很容易失敗;固有頻率法雖然不需要波頭檢測，但是其很容易受到一些外來因素的干擾，并且在測距的時候存在一定的死角;故障分析法的穩定性相對于其他兩種是較好的，但是因為模型精度直接影響到最后的結果精度，所以一旦模型出現誤差，那么結果也就會受到影響，也就是說其測距的精度是有限的。另外，故障分析法需要建立模型，這也就意味著其需要大量的數據支持，這也是一個問題。描述分布參數線路電氣特征的波動方程十分適用于長距離輸電線路，無論是交流線路還是直流線路都有著較好的應用，二者在測距原理上并沒有什么根本性的差異，只是在一些特定場所和條件下需要加以區分[1]。

3、行波法測距

行波法的關鍵點在于其波頭的識別，其基本原理如下：

圖1故障行波傳播過程圖

雙端行波原理僅僅需要對線路兩側初始行波的波頭進行識別，而解決該問題的方法較多，比如說小波變換、數學形態學等，不同的方法有其各自的優勢和缺點，而現階段在實際故障處理的過程中常常會使用小波變換法。單端行波原理除了要識別線路兩側初始行波波頭以外還需要對故障點的反射波和對端母線反射波進行識別，通過小波變換法來利用模極大值來對故障點反射波的波頭進行識別，效果較好。

在直流線路中采用行波法進行故障測距還會面臨一些特有的問題。因為直流輸電系統與交流系統是有一定的區別的，這主要是集中在其網架結構、運行控制等方面。行波法的測距結果并不會受故障時刻的影響，也不會受到其他線路的影響，基于直流線路只有一條出線，可以采用互感器來傳變行波信號，可以將電壓和電流行波進行互用。但是對直流的行波進行分析可以發現線路存在的邊界元件很容易導致行波的反射系數變化，導致行波波頭出現震蕩的問題。在交流線路中不存在這個問題，所以用小波分

析是行得通的，但是直流輸電線路則因為行波震蕩的問題引發標定錯誤。為了能夠處理該問題，當前許多學者都開展了相應的研究，例如通過線路末端對階躍輸入的響應來分析其入射電壓行波為階躍波時候的末端電壓，并借此來進行深入的分析。但是目前對于該問題的解決對策還并未統一，也并未得出一個行之有效的方案[2]。

4、固有頻率法測距

固有頻率法測距使用固有公式：

通過固有頻率法來進行測距是具有很強的精確度的，這種精確度并不依賴于應用場景的變換或者是線路類型，而目前對固有頻率法的應用大多都是以傅里葉變換、多信號分類算法等方法為媒介。當然，直流輸電線路的邊界是具有很強的復雜性的，所以終端阻抗必須要經過良好的處理才能夠達到較好的精度，這是目前需要研究的問題。為了能夠對該問題進行處理，國內外很多學者嘗試將行波法和固有頻率法結合起來，二者正好可以互補缺漏，而這類組合測距的方法應該要先利用固有頻率法來進行測定，再采用行波法來進行精確測距，達到了更好的穩定性和精確性。所以從這個角度來看，組合測距的方式是可以有較好的效果的，但是其在使用方面則較為麻煩。從上述分析中可以得到，相對于行波法，固有頻率法是不需要去識別波頭的，這也是其精確度高的主要原因之一。但是一旦在環境中存在較大的干擾信號，那么干擾信號很有可能會導致測距結果的誤差問題，在故障點靠近線路的重點時，行波頻譜的主成分頻率較高，很有可能會超過采集裝置的采樣率，所以該方法很難在實際應用中進行使用{3]。

5、故障分析法

故障分析法就是根據電流、電壓特性來對故障點的位置進行判斷。這種方法相對于上述來說比較簡單，但是在施行過程中較為繁瑣，其本質是求解輸電線路波動方程，對電氣量的分布進行確定，并最后建立起相應的模型。模型的建立精度是后續所有工作的基礎，一旦模型精度出現問題就會影響到其結果精確度。在國內外相應的研究中，對于故障分析法模型精度的提升采取了不同的方式，比如說通過遺傳算法來對其算法進行優化，可以有效的解決沿線電壓分布計算不準確的問題。當然，故障分析法因為其原理簡單，但是模型建立卻很繁瑣，在實際工程中應用不多，現階段相關研究也沒有充分的解決線路模型誤差導致的測距精度問題。

6、未來展望

從上述可以看到，行波法是具有一定可行性的方法，所以在未來的高壓直流輸電線路故障測距工作中大多都是采取行波法，研究也偏向于行波法。需要注意的是，在行波法的應用中，需要使用合適的算法來檢測結果，制定浮動的啟動測距裝置啟動門檻，并且要保證算法的靈敏度。同時，邊界上如果有串聯補償裝置，那么可能會引發波頭變緩，需要聯合串補問題來進行解決。因為固有頻率法和故障分析法到還處于研究的階段，但是并不意味著其不能使用，可以通過其與行波法結合來提高使用效果，提高測距的精確性或者是輔助驗證，可以達到較好的效果[4]。

7、結束語

本文針對于直流輸電線路故障測距技術進行了分析，以描述分布參數線路電氣特征的波動方程為主要原理從不同的角度提出了三種測距方法。就目前來看行波法有著較好的實際應用價值，而故障分析法和固有頻率法還需要繼續研究，單位要根據實際情況來配合使用。

參考文獻：

[1]李梁.特高壓直流輸電線路故障測距研究[D].西安科技大學，2018.

[2]張爍.高壓直流輸電系統線路保護、故障重啟及故障測距方法的研究[D].天津大學，2014.

[3]李博雅，楊耀，楊立紅.高壓直流輸電線路單端故障測距組合算法[J].電力系統保護與控制，2014，42（03）：116-121.

[4]劉躍.高壓直流輸電線路故障測距方法的研究[D].西安科技大學，

2012.