【摘 要】我國(guó)的電網(wǎng)進(jìn)入了快速的建設(shè)階段，電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，使輸電線路也加快了建設(shè)的步伐，目前，輸電線路開始向高壓和超高壓方向發(fā)展，所以高壓輸電線路的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于電網(wǎng)的可靠性是具有非常重要的意義的。因此在高壓輸電線路運(yùn)行過程中對(duì)其故障進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷是十分必要的?，F(xiàn)高壓輸電線路的準(zhǔn)確故障測(cè)距是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的有效途徑之一。根據(jù)各測(cè)距算法采用的原理不同，將其分現(xiàn)有的故障測(cè)距方法按原理來分，基本上可以分為阻抗法、行波法、故障分析法。

【關(guān)鍵詞】高壓輸電線路；故障測(cè)距；行波法；故障分析法

0.引言

高壓輸電線路的準(zhǔn)確故障測(cè)距是從技術(shù)上保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要措施之一，具有巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。輸電線路故障測(cè)距按采用的線路模型、測(cè)距原理、被測(cè)量與測(cè)量設(shè)備等的不同有多種分類方法。根據(jù)測(cè)距原理分為阻抗法、故障分析法、行波法、雙端行波故障測(cè)距法。

1.對(duì)輸電線路故障測(cè)距的基本要求

1.1準(zhǔn)確性

是對(duì)故障測(cè)距最重要的要求，沒有足夠的準(zhǔn)確性就意味著測(cè)距失效。提高測(cè)距精度，應(yīng)考慮故障點(diǎn)的過渡電阻、線路兩側(cè)的系統(tǒng)阻抗、線路的分布電容、線路不對(duì)稱以及線路參數(shù)不準(zhǔn)確等因素的影響。其中，過渡電阻的存在對(duì)采用單端電氣量實(shí)現(xiàn)測(cè)距的裝置會(huì)帶來很大誤差，因此，消除過渡電阻對(duì)測(cè)距的影響一直是值得注意的問題；電力系統(tǒng)所給定的系統(tǒng)阻抗很難與發(fā)生故障時(shí)的實(shí)際情況相一致，也會(huì)引起誤差；而忽略線路的分布電容，采用集中參數(shù)模型來代替分布參數(shù)模型時(shí)，對(duì)長(zhǎng)線路而言會(huì)產(chǎn)生較大誤差；輸電線路的參數(shù)由其結(jié)構(gòu)決定，各相的自感、互感各不相同，對(duì)不換位線路而言會(huì)出現(xiàn)誤差，應(yīng)尋求更準(zhǔn)確的計(jì)算方法；當(dāng)線路參數(shù)的實(shí)際測(cè)量值不準(zhǔn)確時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致測(cè)距出現(xiàn)誤差。

1.2可靠性

主要是指測(cè)距系統(tǒng)的不誤動(dòng)和不拒動(dòng)。其中，不誤動(dòng)是指在輸電線路發(fā)生故障或系統(tǒng)遇到各種干擾時(shí)，測(cè)距系統(tǒng)不會(huì)錯(cuò)誤地發(fā)出測(cè)距指示信號(hào)；不拒動(dòng)是當(dāng)輸電線路發(fā)生各種可能的永久性或瞬時(shí)性故障時(shí)，測(cè)距系統(tǒng)應(yīng)能正確地動(dòng)作，并給出正確的測(cè)距結(jié)果。

1.3經(jīng)濟(jì)性

測(cè)距系統(tǒng)應(yīng)有較高的性價(jià)比，力求功能越來越完善，但成本越來越低。

1.4方便性

測(cè)距系統(tǒng)應(yīng)便于調(diào)試和使用，并能在輸電線路發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)給出測(cè)距結(jié)果。

2.高壓輸電線路故障精確測(cè)距原理應(yīng)用

高壓輸電線路故障精確測(cè)距原理按采用的線路模型、測(cè)距原理、被測(cè)量與測(cè)量設(shè)備的不同，故障測(cè)距可以有多種分類方法，迄今為止， 高壓輸電線故障測(cè)距按原理主要分為兩大類，一是行波法，二是故障分析法（又稱阻抗法）。

行波故障測(cè)距法是根據(jù)行波傳輸理論來實(shí)現(xiàn)輸電線路故障測(cè)距的方法，建立在下述基礎(chǔ)之上，即行波在輸電線路上有固定的傳播速度（約等于光速）。根據(jù)這一特點(diǎn)，測(cè)量和記錄線路故障時(shí)由故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波到達(dá)母線的時(shí)間實(shí)現(xiàn)精確故障測(cè)距。行波法的特點(diǎn)是利用故障暫態(tài)行波的傳送性質(zhì)進(jìn)行測(cè)距，較好地反映了故障發(fā)生時(shí)輸電線路的實(shí)際情況，在原理上無疑是正確的。在系統(tǒng)運(yùn)行方式確定，線路參數(shù)已知的條件下，當(dāng)線路某處發(fā)生故障時(shí)線路兩端的電壓和電流均為故障距離的函數(shù)。故障分析法主要是利用線路故障時(shí)測(cè)量的工頻電壓、電流信號(hào)，通過分析和計(jì)算求出故障點(diǎn)的距離。

隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的提高和通信技術(shù)的發(fā)展，相繼提出了雙端或多端測(cè)距方法。雙端法利用了線路兩端的電氣量來進(jìn)行故障測(cè)距，因此這類方法利用的信息比單端法多了一倍，其測(cè)距方程是確定性的、冗余的，在原理上可以實(shí)現(xiàn)精確故障測(cè)距，只是需要雙端信息傳遞。

3.不同故障測(cè)距方法對(duì)比

3.1阻抗法

阻抗法是根據(jù)故障時(shí)測(cè)量到的電壓、電流量而計(jì)算出故障回路的阻抗，其前提是忽略線路的分布電容和漏電導(dǎo)。由于線路長(zhǎng)度和阻抗成正比，因此可以求出由測(cè)距點(diǎn)到故障點(diǎn)的距離。

若從數(shù)據(jù)來源的角度劃分，故障測(cè)距的方法可分為兩大類：雙端測(cè)距法和單端測(cè)距法。雙端故障測(cè)距法是利用輸電線路兩端的電壓和電流數(shù)據(jù)確定輸電線路故障位置的方法。目前，許多故障測(cè)距裝置采用雙端數(shù)據(jù)的故障測(cè)距方法，由于需要將輸電線路兩端的數(shù)據(jù)放在一起，因此，此種方法需要較多的設(shè)備來傳送數(shù)據(jù)，就我國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平而言，在許多地方還很難采用該方法。單端測(cè)距法是僅利用輸電線路一端的電壓、電流數(shù)據(jù)確定輸電線路故障位置的一種方法。該方法僅需要一端數(shù)據(jù)， 所以設(shè)備的費(fèi)用可大大降低。單端測(cè)距法的數(shù)據(jù)量比雙端測(cè)距法少且不需遠(yuǎn)距離傳送， 除了保證測(cè)距精度外，測(cè)距的可靠性增加。引起單端測(cè)距誤差的主要因素是故障過渡電阻。當(dāng)對(duì)端系統(tǒng)參數(shù)給定時(shí)，可以完全消除故障過渡電阻的影響；當(dāng)對(duì)端參數(shù)變化時(shí)，一般故障過渡電阻越大，測(cè)距誤差也越大。

3.2行波法

行波故障測(cè)距法可分為：（1）A型，由行波波速與故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波在故障點(diǎn)至測(cè)量端間往返的時(shí)間乘積來測(cè)距定位；（2）B型，利用通信通道獲得故障點(diǎn)行波到達(dá)兩端的時(shí)間差與波速乘積來測(cè)距定位；（3）C型，通過在發(fā)生故障的輸電線路的某一邊發(fā)出直流或高頻脈沖，計(jì)算脈沖在故障點(diǎn)與發(fā)出端來回的時(shí)間來測(cè)距定位； （4）D型，利用故障產(chǎn)生的暫態(tài)初始行波浪涌到達(dá)線路兩端測(cè)量點(diǎn)的時(shí)間之差計(jì)算故障點(diǎn)到兩端測(cè)量點(diǎn)之間的距離[2]。簡(jiǎn)單來說，行波法就是根據(jù)行波初始波頭到達(dá)兩側(cè)母線的時(shí)間差，或行波到達(dá)母線后反射到故障點(diǎn)，再?gòu)墓收宵c(diǎn)反射到達(dá)母線的時(shí)間差來進(jìn)行測(cè)距的一種算法。行波法的優(yōu)點(diǎn)在于不受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化和過渡電阻的影響，但如果線路故障時(shí)刻只有很小的電壓初相角（在0左右），產(chǎn)生的故障行波將會(huì)很不明顯乃至于檢測(cè)不到，最終無法測(cè)距定位故障點(diǎn)。

3.3故障分析法

根據(jù)系統(tǒng)在運(yùn)行方式確定和線路參數(shù)己知的條件下，輸電線路故障時(shí)測(cè)量裝置處的電壓和電流是故障距離的函數(shù)，利用故障錄波記錄的故障數(shù)據(jù)建立電壓、電流回路方程，通過分析計(jì)算得出故障距離。

利用單端數(shù)據(jù)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(shí)在線路一端測(cè)到的電壓、電流計(jì)算出故障回路的阻抗，其與測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)的距離成正比從而求出故障距離。解方程法是根據(jù)輸電線路參數(shù)和系統(tǒng)模型，利用測(cè)距點(diǎn)的電壓、電流，用解方程的方法直接求出故障點(diǎn)的距離。

3.4雙端行波故障測(cè)距法

目前在電力輸電線路上使用的測(cè)距方法有阻抗法、故障分析法和行波測(cè)距法。由于阻抗法易受過渡電阻等因素的影響，測(cè)距誤差較大；故障分析法雖然精度高，但需要通訊聯(lián)系，同時(shí)兩側(cè)要同步采樣才能實(shí)現(xiàn)。利用行波理論實(shí)現(xiàn)測(cè)距，具有測(cè)距準(zhǔn)確可靠且經(jīng)濟(jì)方便，己被應(yīng)用在電力系統(tǒng)輸電線路故障測(cè)距中。行波測(cè)距分為單端測(cè)距和雙端測(cè)距。單端測(cè)距是利用故障點(diǎn)傳向母線第一行波與故障點(diǎn)的反射行波之間的時(shí)間差計(jì)算故障位置。

由于，行波在各個(gè)一次設(shè)備、各條線路的連接處的反射、折射和衰減， 使得故障點(diǎn)反射行波波頭的辨識(shí)變得復(fù)雜。雙端測(cè)距是利用故障產(chǎn)生的初始行波第一波頭到達(dá)線路兩端的時(shí)刻進(jìn)行計(jì)算，只須捕捉行波第一波頭，不用考慮行波的反射和折射，行波波頭的幅值點(diǎn)也就是信號(hào)的奇異點(diǎn)，易于通過小波變換獲取該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，因此雙端測(cè)距比單端測(cè)距精度高。

4.結(jié)語(yǔ)

故障測(cè)距算法是目前國(guó)內(nèi)外在高壓輸電線路上廣泛應(yīng)用的方法種算法都有其故障定位的原理及算法，通過對(duì)目前常用的幾種行波測(cè)距方法進(jìn)行了分析比較。通過該故障測(cè)距裝置能夠準(zhǔn)確測(cè)定高壓輸電線故障位置，縮短找尋故障點(diǎn)的時(shí)間，對(duì)保證電網(wǎng)安全、可靠、穩(wěn)定，使有關(guān)人員以最小的人力、物力排除故障，消除隱患，同時(shí)提高電力系統(tǒng)的供電可靠性和運(yùn)行穩(wěn)定性，具有巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。