高压输电线路的故障测距方法探究

2016-09-27黄昊

中国新技术新产品 2016年15期

关键词：行波测距线路

黄昊

（广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门 529000）

高压输电线路的故障测距方法探究

黄昊

（广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门 529000）

为了确保供电系统安全、高效、正常运转，就必须做好输电线路故障测距工作，掌握故障测距的科学方法，通过对前人研究进行系统地对比分析，从中得出最科学、有效的测距方法，进而进行故障测距。本文在前人文献基础上，主要立足于故障分析法与行波法展开讨论，分析了不同方法的特征以及各自存在的不足和问题，并提出了科学的解决对策。

高压输电线路；故障测距；方法探究

输电线路由于所处环境相对复杂，容易受到外界因素的影响，经过长时间的工作运行，输电线路难免会发生故障问题，其中闪络性故障为主要的故障问题，而且，闪络性故障容易引发线路部分地区绝缘损伤，不利于故障点的查找，只有掌握科学的故障测距方法，从而精准、快捷地定位故障，才能确保更加及时、高效地解决问题，排除隐患，从而维护输电线路的高效运转。

一、故障分析法

当输电线路系统的运行模式、线路参数都明确的情况下，当线路发生故障，可以对装置处进行测量，测出的电压值与电流值，与故障距离间呈函数关系，可以选择故障录波中形成的故障数据，来对应创建关于电压、电流的回路方程，再经分析、运算最后得出故障距离。

1.单端数据故障分析法

这其中主要涵盖：电压法、阻抗法、解方程法。

电压法：参照线路故障时，发生故障处电压值会急剧下降，对不同故障相电压的沿线分布情况进行计算，从而找到故障相电压的最低点，从而达到故障测距的目标。

阻抗法：系统故障时，测量线路一侧，得出的电压、电流值，再通过计算来得到故障回路的阻抗，被测量区与故障区的距离同阻抗成正比例，对应得出故障距离。

解方程法：参照输电线路参数、系统模型等，通过测出测距点的电压、电流，通过解方程的方式来得出故障点距离。

2.双端数据的故障分析法

这种方法通常是以两端电流，两端电流、一端电压依据进行故障测距的，例1：通过线路两侧零序电流的有效比值来对应测算得出单相接地故障的位置，然而，这其中没有将分布电容的作用考虑在内，同时，需要预先画出线路在不同运行模式下下零序电流分布曲线，实际的测距结果同运行模式密切相关。

例2：以本端电压、电流以及另一端电流为参照进行故障测距，这种方法的优势体现为：能够直接依靠分相式电流差动来保护所形成的电流信息，可以忽略双端数据的同步问题。

例3：通过两端电压、电流来测距。先测量、计算得出两端阻抗继电器处的阻抗值，再借助两端电流不同步角，测距后得出的是一次方程，不同步角对应得出的却是余弦函数的二次方程。然而，方程求解后存在真根、伪根的问题。

3.故障分析法测距精度影响因素

第一，线路参数问题。利用故障分析法时，所选择的输电线路参数计算方法，通常需设置多项假设条件，这样就可能与故障实际存在出入，而且高压输电线路的参数很容易遭受各类内外条件、因素的不良影响，例如：地理条件、地质状况、气候因素、气温、大地电阻的分布等，不同季节条件下，输电线路的长度、距离等也会对应不同，从而加大测距误差率。

第二，数据采样的同步性问题。双端数据的同步采集具有一定的难度，要想达到同步采集的目标，第一步应该做到输电线路两端的同步采样，旧式的时钟同步法无法达到预期效果，可以引入GPS系统，能够发出精准的时间信息，从而达到两端高精度的故障测距，然而，这其中就涉及到成本问题，而且也要在GPS等设备安全、稳定运行的前提下，而且设备实际运行中对采集的信息无法及时传递，体现出某种滞后性，事实上线路两端无法实现完全彻底的数据同步。

对于单短法来说，虽然无需过于复杂的硬件设备的支持，成本相对低、易于实现等，然而，其使用范围却有一定的局限性，仅限于本侧信息的使用，容易影响测距结果的准确性。

二、行波法

行波法是以行波传输理论为基础来测距的，输电线路一旦出现故障，可能沿输电线路产生故障行波，从而故障点以及其他阻抗非连续点出现折射、反射等问题，故障行波传输过程中会耗费一定的时间，利用这些时间就可以算出故障距离。具体如图1所示。

三、行波法的发展现状与技术问题

采用行波法对高压输电线路进行故障测距，大体需经历以下过程：获取行波、认识波头、标识行波抵达时间、确定行波速度等。

1.获取行波

暂态行波能够覆盖的较宽的频带，达到上千Hz，要想可以在二次端顺利、合理地对输电线路的暂态行波进行观察，就对电压、电流信号变换回路提出特殊要求，需要其以最快的速度做出反应。

例如：设行波传输速度=光速，要想让测距分辨率小于500m法范围，就要求电压、电流暂态信号变换回路响应时间控制在3.3微秒以下。

由于高压输电线路中多安装了电容式电压互感器，会影响行波传变，从而使得电压行波法无法被有效利用，行内专家采取科学方法来有效解决这一问题，把电感线圈同电容式电压互感器的接地导线串联起来，从中获得暂态行波。或者选择专门的行波传感器，专门针对CVT接地线的电流进行耦合，进而获得故障行波。而且通常的电流互感器具有较强的电流信号传输功能，从而达到行波测距的目标。

2.识别波头

常见的识别方法包括：硬件法、软件法。以往波头检测法具有一定的局限性，尤其不适用于单端行波法故障点，会对故障测距精准度造成不利影响。

对于这一问题，行内研究者也提出了一系列科学的解决对策，其中HHT法最具优势，能够提高故障行波检测质量，与小波变换法相比，HHT法具有自适应性，不易受外界因素干扰，能够立足于信号自身特点进行分解，对于基函数的选择没有特殊要求。

然而，不足之处在于所搜集的行波信号通常被噪音所干扰，从而不利于泊头的精准获取。

3.确定波速

现实来看，行波在传输过程中很容易遭到各类因素干扰，三相输电线路中，行波的传播包括：线模分量、地模分量。相关研究已经明确了影响地模、线模行波传播的因素，包括：大地电阻率、过渡电阻、换位点等，研究得出同地模相比，线模不易受影响，所以，线模更加适合于定位故障。测距算法方面，相关文献选择了线模分量法来计算测距。

波速方面，选择线路的实测参数来对应计算得出波速，同时，立足于人为制造的信号来对应测量得到输电线路的长度，从而控制了挠度引发的误差，确保了故障测距的精确性。

4.单端行波法

该方法是通过参照线路一侧测算出的数据信息，来计算得出故障距离。如图2所示。

多数情况下，一条母线中接出很多出线，而且来自于不同部位的反射波之间容易发生混淆，当被检测区到故障区间的长度大于背侧相邻线路长度时，从真正的故障区辐射出的反射波则不易被检测到，对于此问题，不同的研究得出了不同的解决对策，例如：通过小波变换模极大值原理来对应分析、辨别故障点的反射行波，将故障线路模量电流行波为基准，相邻的最长非故障线路模量电流行波作为参照、对比对象，对比分析两个行波的波形，小波不断变化中模极值的分布状况，对应辨别得出故障点反射波。