黃 昊

（廣東電網(wǎng)有限責任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

高壓輸電線路的故障測距方法探究

黃 昊

（廣東電網(wǎng)有限責任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

為了確保供電系統(tǒng)安全、高效、正常運轉(zhuǎn)，就必須做好輸電線路故障測距工作，掌握故障測距的科學方法，通過對前人研究進行系統(tǒng)地對比分析，從中得出最科學、有效的測距方法，進而進行故障測距。本文在前人文獻基礎上，主要立足于故障分析法與行波法展開討論，分析了不同方法的特征以及各自存在的不足和問題，并提出了科學的解決對策。

高壓輸電線路；故障測距；方法探究

輸電線路由于所處環(huán)境相對復雜，容易受到外界因素的影響，經(jīng)過長時間的工作運行，輸電線路難免會發(fā)生故障問題，其中閃絡性故障為主要的故障問題，而且，閃絡性故障容易引發(fā)線路部分地區(qū)絕緣損傷，不利于故障點的查找，只有掌握科學的故障測距方法，從而精準、快捷地定位故障，才能確保更加及時、高效地解決問題，排除隱患，從而維護輸電線路的高效運轉(zhuǎn)。

一、故障分析法

當輸電線路系統(tǒng)的運行模式、線路參數(shù)都明確的情況下，當線路發(fā)生故障，可以對裝置處進行測量，測出的電壓值與電流值，與故障距離間呈函數(shù)關系，可以選擇故障錄波中形成的故障數(shù)據(jù)，來對應創(chuàng)建關于電壓、電流的回路方程，再經(jīng)分析、運算最后得出故障距離。

1.單端數(shù)據(jù)故障分析法

這其中主要涵蓋：電壓法、阻抗法、解方程法。

電壓法：參照線路故障時，發(fā)生故障處電壓值會急劇下降，對不同故障相電壓的沿線分布情況進行計算，從而找到故障相電壓的最低點，從而達到故障測距的目標。

阻抗法：系統(tǒng)故障時，測量線路一側(cè)，得出的電壓、電流值，再通過計算來得到故障回路的阻抗，被測量區(qū)與故障區(qū)的距離同阻抗成正比例，對應得出故障距離。

解方程法：參照輸電線路參數(shù)、系統(tǒng)模型等，通過測出測距點的電壓、電流，通過解方程的方式來得出故障點距離。

2.雙端數(shù)據(jù)的故障分析法

這種方法通常是以兩端電流，兩端電流、一端電壓依據(jù)進行故障測距的，例1：通過線路兩側(cè)零序電流的有效比值來對應測算得出單相接地故障的位置，然而，這其中沒有將分布電容的作用考慮在內(nèi)，同時，需要預先畫出線路在不同運行模式下下零序電流分布曲線，實際的測距結(jié)果同運行模式密切相關。

例2：以本端電壓、電流以及另一端電流為參照進行故障測距，這種方法的優(yōu)勢體現(xiàn)為：能夠直接依靠分相式電流差動來保護所形成的電流信息，可以忽略雙端數(shù)據(jù)的同步問題。

例3：通過兩端電壓、電流來測距。先測量、計算得出兩端阻抗繼電器處的阻抗值，再借助兩端電流不同步角，測距后得出的是一次方程，不同步角對應得出的卻是余弦函數(shù)的二次方程。然而，方程求解后存在真根、偽根的問題。

3.故障分析法測距精度影響因素

第一，線路參數(shù)問題。利用故障分析法時，所選擇的輸電線路參數(shù)計算方法，通常需設置多項假設條件，這樣就可能與故障實際存在出入，而且高壓輸電線路的參數(shù)很容易遭受各類內(nèi)外條件、因素的不良影響，例如：地理條件、地質(zhì)狀況、氣候因素、氣溫、大地電阻的分布等，不同季節(jié)條件下，輸電線路的長度、距離等也會對應不同，從而加大測距誤差率。

第二，數(shù)據(jù)采樣的同步性問題。雙端數(shù)據(jù)的同步采集具有一定的難度，要想達到同步采集的目標，第一步應該做到輸電線路兩端的同步采樣，舊式的時鐘同步法無法達到預期效果，可以引入GPS系統(tǒng)，能夠發(fā)出精準的時間信息，從而達到兩端高精度的故障測距，然而，這其中就涉及到成本問題，而且也要在GPS等設備安全、穩(wěn)定運行的前提下，而且設備實際運行中對采集的信息無法及時傳遞，體現(xiàn)出某種滯后性，事實上線路兩端無法實現(xiàn)完全徹底的數(shù)據(jù)同步。

對于單短法來說，雖然無需過于復雜的硬件設備的支持，成本相對低、易于實現(xiàn)等，然而，其使用范圍卻有一定的局限性，僅限于本側(cè)信息的使用，容易影響測距結(jié)果的準確性。

二、行波法

行波法是以行波傳輸理論為基礎來測距的，輸電線路一旦出現(xiàn)故障，可能沿輸電線路產(chǎn)生故障行波，從而故障點以及其他阻抗非連續(xù)點出現(xiàn)折射、反射等問題，故障行波傳輸過程中會耗費一定的時間，利用這些時間就可以算出故障距離。具體如圖1所示。

三、行波法的發(fā)展現(xiàn)狀與技術問題

采用行波法對高壓輸電線路進行故障測距，大體需經(jīng)歷以下過程：獲取行波、認識波頭、標識行波抵達時間、確定行波速度等。

1.獲取行波

暫態(tài)行波能夠覆蓋的較寬的頻帶，達到上千Hz，要想可以在二次端順利、合理地對輸電線路的暫態(tài)行波進行觀察，就對電壓、電流信號變換回路提出特殊要求，需要其以最快的速度做出反應。

例如：設行波傳輸速度=光速，要想讓測距分辨率小于500m法范圍，就要求電壓、電流暫態(tài)信號變換回路響應時間控制在3.3微秒以下。

由于高壓輸電線路中多安裝了電容式電壓互感器，會影響行波傳變，從而使得電壓行波法無法被有效利用，行內(nèi)專家采取科學方法來有效解決這一問題，把電感線圈同電容式電壓互感器的接地導線串聯(lián)起來，從中獲得暫態(tài)行波?；蛘哌x擇專門的行波傳感器，專門針對CVT接地線的電流進行耦合，進而獲得故障行波。而且通常的電流互感器具有較強的電流信號傳輸功能，從而達到行波測距的目標。

2.識別波頭

常見的識別方法包括：硬件法、軟件法。以往波頭檢測法具有一定的局限性，尤其不適用于單端行波法故障點，會對故障測距精準度造成不利影響。

對于這一問題，行內(nèi)研究者也提出了一系列科學的解決對策，其中HHT法最具優(yōu)勢，能夠提高故障行波檢測質(zhì)量，與小波變換法相比，HHT法具有自適應性，不易受外界因素干擾，能夠立足于信號自身特點進行分解，對于基函數(shù)的選擇沒有特殊要求。

然而，不足之處在于所搜集的行波信號通常被噪音所干擾，從而不利于泊頭的精準獲取。

3.確定波速

現(xiàn)實來看，行波在傳輸過程中很容易遭到各類因素干擾，三相輸電線路中，行波的傳播包括：線模分量、地模分量。相關研究已經(jīng)明確了影響地模、線模行波傳播的因素，包括：大地電阻率、過渡電阻、換位點等，研究得出同地模相比，線模不易受影響，所以，線模更加適合于定位故障。測距算法方面，相關文獻選擇了線模分量法來計算測距。

波速方面，選擇線路的實測參數(shù)來對應計算得出波速，同時，立足于人為制造的信號來對應測量得到輸電線路的長度，從而控制了撓度引發(fā)的誤差，確保了故障測距的精確性。

4.單端行波法

該方法是通過參照線路一側(cè)測算出的數(shù)據(jù)信息，來計算得出故障距離。如圖2所示。

多數(shù)情況下，一條母線中接出很多出線，而且來自于不同部位的反射波之間容易發(fā)生混淆，當被檢測區(qū)到故障區(qū)間的長度大于背側(cè)相鄰線路長度時，從真正的故障區(qū)輻射出的反射波則不易被檢測到，對于此問題，不同的研究得出了不同的解決對策，例如：通過小波變換模極大值原理來對應分析、辨別故障點的反射行波，將故障線路模量電流行波為基準，相鄰的最長非故障線路模量電流行波作為參照、對比對象，對比分析兩個行波的波形，小波不斷變化中模極值的分布狀況，對應辨別得出故障點反射波。

結(jié)語

為了確保供電系統(tǒng)安全、高效、正常運轉(zhuǎn)，就必須做好輸電線路故障測距工作，掌握故障測距的科學方法，通過對前人研究進行系統(tǒng)的對比，分析，從中得出最科學、有效的測距方法，進而進行故障測距。

［1］宋國兵，穆國強，崔琪，等.基于RL模型的雙回線單端時域法故障定位［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2009，37（20）：34-38.

［2］周鑫，呂飛鵬，吳飛，等.基于小波變換的T型線路故障測距新算法［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2010，38（2）：8-11，33.

TM726

A