电力系统输电线路故障测距方法浅析

1、电力系统输电线路故障测距方法浅析红河供电局云南红河661100摘要：输电线路故障测距用来解决线路故障定位问题。论文详细分析了 阻抗测距法和行波测距法的原理及优缺点。目前云南电网行波测距大部分只用在 500kv线路。由于行波测距应用不广泛，绝大部分运行人员对行波测距装置不熟 悉。论文旨在提高运行人员对行波测距认识，不断提高对该装置的管理水平。关键词：故障测距；阻抗测距；行波测距输电线路故障测距就是运用输电线路故障时的一些电气量通过计算来确定故障点与变电站的距离，简单地说就是故障点定位。精确的故障测距能够减 轻人工巡线的工作量，缩短故障修复时间，减少停电损失，同时也能发现造成线 路瞬时故障的绝缘薄

2、弱点、线路走廊下的树枝等事故隐患。目前，常用的故障测 距方法主要有阻抗测距发和行波测距法。故障录波器和保护装置测距功能就是利 用阻抗测距法，行波测距装置是利用行波测距法。1阻抗测距法阻抗测距法是根据输电线路故障时测量到的电压、电流计算出故障回路 阻抗。由于输电线路阻抗近似均匀分布，即线路单位长度阻抗可知，从而可以求 出故障点到变电站的距离。变电站内使用的线路保护装置和故障录波器都是运用 阻抗测距法来实现测距功能。新建线路投运前，线路施工人员都要对线路参数进行测试，测出线路长 度l,线路阻抗r+jx等参数。并将测量出的线路长度和阻抗等参数作为定值置入 线路保护装置和故障录波器。图1输电线路集中参

3、数简图输电线路集中参数简图可表示为图图中m为变电站保护安装处，k 为故障点，um和im是故障时刻的保护安装处的电流电压。zm=um/lm即为故 障吋m到k点的阻抗值，由于输电线路单位长度阻抗z二（r+jx） /l已知，不难 得出故障点k到变电站m的距离：lk=zm/z=um·l/lm （r+jx）研发人员只要将上述计算公式以程序的形式置入装置，很容易就能得到 故障点到变电站的距离。在上述推倒过程中，我们考虑的是非串补线路口故障点接地电阻近似为 0 （金属性接地）的情况。如果输电线路带串补电容器输电线路阻抗将不再是均 匀分布。如果故障点非金属性接地带，装置计算出来的故障阻抗

4、不再是变电站到 故障点的阻抗，而是变电站到故障点阻抗加上接地点阻抗。由此可见，阻抗测距 误差大，受到故障点接地阻抗，电流、电压互感器传变误差，分布电容以及线路 走廊地形变化引起零序参数变化等因素的影响。2行波测距法行波测距法是根据行波理论实现的输电线路故障测距方法。行波类似声 波是波的一种，它具有波的物理特性，能够在同一介质中恒速传播，遇到两种介 质交界面吋会发生折射和反射现象。输电线路上的行波分为稳态行波和暂态行波。 稳态行波就是工频电流、电压信号，暂态行波就是由短路、断线、开关操作、雷 击及雷电等引起的高频电流、电压信号。行波测距法就是利用故障行波在线路上的传播吋间测量故障距离。行波 测距

5、法可以分为单端测距法和双端测距法。2. 1单端测距法输电线路发生故障吋，从母线向故障点传播的行波经过段时间后又从 故障点反射冋来，这段吋间间隔与故障距离成正比。检测这个时间段就是单端行 波测距的思想。图2单端测距原理图图2故障行波在故障点k和变电站m之间的传播过程示意图。线路发 生故障，故障点激发一系列高频行波，其中一列行波沿线路传播到变电站m,遇 到母线后由于阻抗不连续(两种介质的交接面)此列行波发生反射后继续想k 点传播，到达k点后由于阻抗不连续，再次发生反射传回变电站图中t1吋刻的波形就是行波到达变电站m时行波测距装置记录的初始 波，t2吋刻的波形即为故障点反射波。利用行波在输电线路上有

6、相对稳定的传 播速度v这一特点，通过测量故障行波脉冲在母线与故障点来冋反射的吋间差 δt测距实现故障定位。故障点距离即为：zmk 二δt·v/2 = (t2-t1) v/2上式中波速v约为294km/mso从硬件上来看，单端测距只需要在线路一端安装装置，现场施工简单, 投资少；从原理来看，单端测距依赖行波到达母线的初始脉冲和反射脉冲，如果 初始波头和反射波头能正确识别，则测距准确，精度高。事实上我们得到的波形 并不像原理图中经典波形那样一目了然。实际上装置记录的波形是多列波形叠加 所得到的，波形毛刺较多，非常不规则，分析困难，在反射

7、波不明显的情况下, 容易导致测距失败。此外现场的开关操作、雷击、相邻线路故障等暂态过程也会 产生行波易受干扰，很容易造成装置误启动。2.2双端行波测距法双端测距是利用故障点产生的行波第一次到达两端变电站的时间差来 测量距离。图3为双端行波测距原理图。双端测距需要在线路两侧的变电站都安装行波测距。利用两台装置分别 记录下行波到达的时刻(绝对吋间)tm tn,实现故障点的测距。图3中m、k、 n三点有如下的数学关系：图3双端测距原理图lmk+lnk=lmnlmk-lnk= (tm-tn) ·v由上述两式推倒得：lmk= (tm-tn) ·v/2+ lmn

8、/2lnk= (tn -tm) ·v/2+ lmn/2从上述两式可以看出，双端行波测距只需要知道行波初始波到达两侧变 电站的吋间就可以计算故障距离，不存在折反射波性质识别的问题，而口初始行 波一般幅值较大，奇异性较强，较容易识别。缺点就是故障线路的两端均装设行 波故障测距装置。云南电网目前不允许两个变电站的行波测距装置有通信，故只 能采用电话获取对方初始行波吋间采用人工双端测距。此外，现场的开关操作、 雷击、相邻线路故障等暂态过程也会产生行波，很容易造成装置误启动。2.3行波信号的收集与测量上世纪八十年代经过研究人员的实验研究，电流互感器能够传变行波信 号。这一研究结果页促使了行波测距的巨大发展。早期行波装置采用电容分压器 测量电压行波。目前电容电压互感器cvt的广泛引用，由于cvt电磁单元中隔 离变压器原边串有相位补偿电抗器(如图4所示)，阻挡了高平行波传输。所以， 现在行波测距采用电流互感器收集电流行波。值得注意的是行波测距接入电流互感器二次绕组，并不是为了采集工 频电流信号，仅仅为了收集故障时刻行波信号并记录到达的时刻。未来的行波测 距装置发展方向很可能增加工频录波功能。图4 cvt结构简图3结束语输电线路行波测距就是为了能够快速定位故障点。阻抗测距法和行波测 距法都有各自的优缺点。阻抗测距法使用输电线路的集中参数