高压架空输电线路的故障测距方法

高压架空输电线路的故障测距方法

齐黎立

（国网河北省电力有限公司检修分公司河北省石家庄市050070）

摘要：高压输电线路是我国电网系统的重要环节，其在运行过程中会受到多种因素的影响而出现一定的故障。有效的高压架空输电线路的故障测距是保障电网系统正常运转的重要环节，因此探讨高压架空输电线路的故障测距方法具有重要的现实意义。目前我国高压架空输电线路的故障测距方法主要有基于工频量的单、双端故障测距法，单、双端行波故障测距法，以及智能化测距法等等。本文对此进行了相关探讨，希望对高压架空输电线路的故障测距有所帮助。

关键词：高压；架空输电线路；故障；测距方法

一、引言

随着我国电力技术的不断进步与发展，我国电网规模逐渐增大，远距离以及超远距离高压输电线路分布广泛，遍布全国各个区域，由于受气候条件、环境条件以及天气条件等多种因素的影响，高压架空输电线路容易出现故障。对高压架空输电线路故障进行有效的分析与处理，关系到我国电网以及电力系统的正常运转以及系统的安全。由于高压架空输电线路的故障往往没有明显的特征，所以这对于高压架空输电线路的故障诊断与分析带来了困难，积极探索有效的高压架空输电线路的故障测距方法对于电网以及电力系统的安全运转具有重要作用。目前，我国高压架空输电线路的故障测距方法主要是基于工频量以及行波原理的故障测距法，并且随着技术的进步，新的智能化测距方法也不断出现，并成为该领域未来的发展方向。

二、基于行波原理的故障测距法

行波故障测距法是我国高压架空输电线路故障测距中较早的一种故障测距方法，它主要是基于行波传输的原理，借助故障发生时所产生的瞬态电压以及电流的行波信号，然后通过电子信息技术、计算机技术以及通讯技术等对高压架空输电线路进行精准的定位。

通常而言，一般同条母线上会接有不同的出线。背侧相邻线路对端的反射波与故障点的反射波极为相似，当背侧相邻线路的长度小于检测点到故障点的距离时，将使故障点反射波的检测受到影响。所以，还需要采取一定的措施来消除这种影响。

1.双端及多端行波测距法

通常，双端行波法主要有以下所示的两种计算方法。

式中，A=tM1-tN1、B=tM2-TN2、C=tM2-tM1；tN1、tN2分别为线模与零模行波达N端的时间；其它变量的含义均与单端行波测距法中的相同。这种测距方法的关键是对电压或者是电流的行波到达输电线路两端的相对时间进行准确的记录，所以这就需要较为专业的同步时钟单元，随着精确定位技术的不断进步，GPS技术为此提供了很好的基础，可以用做双端行波测距中的同步时间单元。

三、基于工频量的故障测距法

基于工频量的高压架空输电线路故障测距方法是通过对工频故障时所产生的电压与电流量的测量，然后借助高压架空输电线路的故障距离同故障电压和电流量之间的数学关系，对线路的故障点进行计算的故障测距方法。其也可以分为单端测距法与多端测距法两种。

1.单端故障测距法

基于工频量的单端故障测距法主要是通过高压架空输电线路故障时的故障电压与故障电流量的变化关系计算出故障回路中相应的阻抗，然后根据阻抗与测量点到故障点的距离的关系计算出故障距离，从而确定故障点。根据单端故障测距法的基本原理，多种测距算法，如实时对称分量法、解方程法、零序电流修正法等。基于工频量的单端故障测距法对于通讯技术的依赖性不太强，并且该方法的理论分析相对来说比较简单，物理意义也比较明确，所以这种方法在国外比较受重视。但是在具体的实践当中，这种方法对于故障距离的测算精度往往无法保障。因为高压架空输电线路通常来讲很少会出现单纯的金属故障，一般而言在故障点都会有不同程度的过渡电阻，尽管这种电阻很小，对故障测距的影响比较小，然而当输电线路接地或者与其它的介质相互接触时，这种电阻就会变大达到几百欧姆，从而对测距产生较大的干扰。另外，单端故障测距法进行线路故障测距时还需要对测量点对端的线路系统的参数进行有效的了解，但是源于对端的线路系统的阻抗参数往往处于不断的变化当中，此时若采用事先预估的参数进行故障距离的计算，必然会产生一定的误差。

2.双端故障测距法

基于工频量的双端故障测距法是在矫正单端故障测距法的测距误差的基础上发展的，该故障测距方法所使用的数学参数方程是一定的，冗余的，所以利用该故障测距方法可以实现准确的故障点的定位。但是这种方法不同端的信号采集较难实现同时采集，所以这也是多端测距法应用的难点。近年来，GPS技术的应用日益广泛，GPS技术可以实现数据的同时采集，为多端故障测距法的应用提供了技术基础。此外，对端故障测距法对于硬件系统也有着较高的要求，所以其投资相对来说比较大，实际应用起来还存在一定的问题。

四、各种测距方法的比较

（1）使用工频量与解微分方程法的测距方法对比。

在故障分析法故障测距算法中除解微分方程法使用瞬时电压和电流，多数使用工频量测距。解微分方程法主要的优点是算法简单、计算量小，可以兼作保护和测距。但从原理上看，工频测距的方法精度比解微分方程法高，且即使使用集中参数电路模型，也可通过在两端并联电容的方法，以补偿分布电容的影响，因此就测距而言，按照以时间换精度的原则，工频测距方法比解微分方程法更有效和实用。

（2）采用集中参数电路与同类采用分布参数电路模型的测距法对比

在工频测距算法中，采用集中参数电路模型的算法与采用分布参数模型的相比，前者是简化模型，后者是精确模型，前者分析计算简便，后者则较复杂，但后者的精度明显高于前者，而两者都存在测距方程伪根问题，由于采用了精确的模型，后者的伪根四比前者更容易处理。

（3）采用工频量与利用行波的测距方法对比

在资金投入方面，前者可以利用现已大量投入的设备，硬件投资小，容易实现，后者需要专门的设备，硬件投资大，技术较复杂，但在实际测距所需要的信息处理时间来看，行波法明显优于工频法，这里所说的时间主要是指抽取电压、电流的时间，随着自动化水平的提高，故障线路切除时间将大大缩短，但在短的故障切除时间也足够采集行波法测距的信息，对需要抽取幅值和相角的工频测距法来说，就必须在不足一周或者更多的时间内存复杂暂态波形中得到所需的信息，无疑增加了滤波算法的难度。

五、结束语

综上所述，目前我国电力系统中所使用的高压架空输电线路测距方法主要是基于工频量的单、多端故障测距法，基于行波原理的单、双端故障测距法，每种故障测距法都有一定的优缺点，需要结合具体的情况选择合适的故障测距法，以实现对故障点以及故障距离的准确测量与计算。基于工频量的单端测距法在原理上存在一定的误差与不准确性，基于行波原理的故障测距法由于行波波速以及测去死区等问题，也存在一定的弊端。所以研究热点可以集中在双端或者是多端故障测距法上。另外，随着技术的不断进步与发展，智能化的测距方法逐渐被探索，高压架空输电线路的智能化故障测距是将来发展的重要方向。

参考文献：

[1]王奎鑫.基于行波原理的高压架空线-电缆混合线路故障定位技术研究[D].山东理工大学，2012.

[2]王海波，郭卫东，刘利则.架空输电线路的故障测距方法研究[J].科技创新与应用，2015，14：140