输电线路阻抗法故障测距应用分析

白小奇

(西藏电力有限公司林芝分公司，西藏 林芝 860000)

1 引言

高压输电线路布线很长，寻找故障点有很大困难，人工巡线寻找故障点需要花费很多时间。有时也不定能找出故障点，而当线路发生故障时，要求迅速找到故障点加以抢修，尽快恢复供电。因此需要故障测距装置，在故障发生后，精略地确定故障点，以便维修人员进行抢修。

从原理上说故障测距装置实际上实现的也是故障距离的测量。从功能上说故障测距装置是对故障点的测量装置。在近50年以来，故障测距装置已经得到迅速的发展，特别是20世纪70年代中期以后，计算机在电力系统中的广发应用。故障测距技术已经成为一个专门的领域，成为热门研究课题并取得了实用性的成果。

2 故障测距方法的分类

从测距原理上区分，故障测距可分为阻抗法、行波法和电压法。本文主要介绍输电线路中采用阻抗法测距遇到的问题及其解决方法。

3 阻抗法故障测距主要问题及其解决方法

3.1 故障点弧光电阻对测距的影响

在阻抗法故障测距中测量的精确性影响最大是故障点弧光电阻的影响，可以说是要克服的主要问题。弧光电阻对测距影响表现在以下方面:

(1)在很大程度上影响故障测距的测量精度。在单相弧光短路情况下，弧光电阻值相当大，甚至大到几百欧，而线路故障阻抗也不过几十欧。

(2)弧光电阻值是随时间而快速变化的，由于阻抗测距不要求快速，通距离保护I段快速动作相比，对故障测距影响要大的多。

(3)在两侧电源情况下，对侧电源对故障回路电流的助增，使测距装置感受到的阻抗不但大小有变化，而且阻抗角也有变化，使利用一侧电量实行阻抗测距有很大困难。

参考距离保护中阻抗继电器避免弧光电阻对测距影响的方法，在故障测距中采用以下办法减少弧光电阻对测距的影响:

(1)过零测量法

过零测量法原理很简单:对单侧电源线路来说，容易列出下列微分方程式:

式中:RF、LF为自测量点到故障点F线路电阻和电感分量;um、im为测量电压，测量电流瞬时值。

当im=0时，式(1)为:

故得:

从而可实现测距。

这一方法物理概念明确，而且对电流、电压波形无要求，采用计算机数字算法，微分可以很容易的用差分法实现，但要注意由此法测出的是电感而非短路阻抗。

(2)故障分量测距法

在故障测距中，只利用故障回路故障电流的概念，求出故障电流(实际上是故障回路电流的工频变化量)在线路观测点分布情况，从而消除对阻抗测量的影响。

(3)故障分析法

前面两种阻抗测距方法有共同点，都是以实现电压、电流加工，实现距离测量。故障分析法主要特点是利用故障时录下的电压、电流，事后进行网络分析计算，算出故障位置。由于它不需要对侧电流、电压进行实时传输，所以测距计算时可以充分利用两侧数据。

由于故障线路为一四端(两端口)网络，所以，在有两侧电流、电压数据的条件下，是可求解的，在确定故障点位置时，可能计算量大，但利用计算机进行计算，不难解决，过去利用分析法进行故障定位最大困难时两侧电流、电压信号采样要求严格同步。目前，全球定位系统已在电力系统中广泛采用，可以通过GPS对两侧电流、电压采量进行定时，已基本解决了同步采量的问题。

3.2 三相线路互感的影响

由于三相线路相间，相对地存在的互感，所以相阻抗不是独立的，它受邻相电流的影响。

在不对称短路情况下，线路阻抗不好定义。对线路基本参数来说只能定义一相线路自感抗XL和相间、相地间互感抗XM、XMO。设XM、XM、XMO为三相线路单位长度感抗值，则自观测点M至故障点F间三相线路感抗值为:

以上式(4)所定义的基本参数带入故障相电路方程，则从原理上来讲根据线路两侧三相电压、电流实测值，可以算出故障距离DMF，从而实现故障测距。但是这种严格的方式计及三相互感的影响太麻烦了，不符合工程计算的需要，所以实际上阻抗故障测距时仍采用阻抗继电器中的方法，采用补偿方式，近似的消除互感的影响。

对线路来说正序阻抗等于负序阻抗，故只需引入零序电流补偿，即可认为各相自阻抗等于正序阻抗，不需计及邻相电流对本相阻抗测量的影响。

表1 三相阻抗继电器输入电压和电流，及能正确测距的故障

表2 相间阻抗继电器输入电压和电流，及能正确测距的故障

3.3 不对称短路时，故障点完好相残余电压的影响

不对称短路时，不能把故障点完好相(相间)残余电压引入到测量电压中，否则会产生错误的短路阻抗测量，这一问题亦应在阻抗测距中考虑。实际上，按表1和表2通过选相元件选择即可达到这一要求。

3.4 其他影响

除上述影响阻抗测距的因素外，还有其他一些影响。

系统振荡是影响阻抗继电器直接测量的最主要因素，也是距离保护中的难点之一。系统振荡时阻抗测距装置如果工作的话也将感受到一个阻抗，但也不是短路阻抗而是观测点到振荡中心的线路阻抗。对阻抗测距来将自然是错误测量，但是由于故障测距装置是测量装置，不会把这一测量认为是故障距离。

超高压线路由于换位困难，三相线路各相阻抗会有不平衡，在此情况下，只有分相进行测量。

4 阻抗法故障测距小结

现有的故障测距方法各有优缺点，为了达到准确测距的目的，都需要进一步解决的技术问题。阻抗法故障测距物理概念明确而且有距离保护中阻抗继电器实现距离测量的理论基础，所以长期以来是故障测距的一种主要方法。

［1］粟晓华.利用单端实测数据进行输电线准确故障测距的研究［D］.西安：西安交通大学，1993.

［2］葛耀中.新型继电保护与故障测距原理与技术［M］.西安：西安交通大学出版社，1996.

［3］束洪春.基于分布参数线路模型的架空电力线故障测距方法研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，1997.

［4］周玉江，黄焕琨.探测故障距离的新方法［J］.电力系统自动化，1988，12(5)：34-39.

［5］胡帆，刘沛，程时杰.高压输电线路故障测距算法仿真研究［J］.中国电机工程学报，1995，15(1)：67-72.

［6］陈腊声，孙淑信.探测平行双回线路故障距离的一种计算方法［J］.电力系统自动化，1990，14(1)：26-38.

［7］徐启峰，魏孝铭.高压输电线故障测距的负距问题及修正方法［J］.中国电机工程学报，1989，9(3)：41-50.

［8］洪佩孙，李九虎.输电线路距离保护［M］.中国水利水电出版社，2008.