高压输电线路单端行波故障测距方法研究

摘 要：单端行波故障测距技术应用在高压输电线路中具有高实用性、高可靠性，高精确性和低投入性，在输配电线路故障测距应用中具有非常好的发展前景。本文提出的高压输电线路上的单端行波故障测距算法不被暂态行波波速所影响，利用从故障点处出发到达检测母线的不同方向不同类型的暂态行波波头与极性的特性关系和时序关系定位故障区间和计算故障距离参数，通过构建高压输电线路4个故障区间进行不受行波传输速度影响的算法实现高压输电线路故障测距。

关键词：高压输电线路；单端测距；暂态行波；故障定位

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.159

0 引言

一直以来，由于缺少精确、可靠的故障定位技术，电力线路故障点的查找十分困难。目前应用较为成熟的故障定位方法主要有两种，阻抗法：通过测量阻抗来计算故障距离；行波法：通过测量电压、电流行波在线路上传播的时间计算故障距离。其中阻抗法测距误差大，受多种因素影响，故障点弧光电阻、电源阻抗、线路不对称影响、线路走廊地形变化，引起零序参数变化等都会使测距结果产生较大误差[1]。

1 故障线路的暂态行波特征

高压输电线路的故障处暂态行波的反射、折射系数与母线端接线方式有密切联系，根据输电线路母线类型可分为3类：一类母线的出线数为1且带有升压或降压变压器；二类母线的出线数为2且不限带变压器；三类母线的出线数大于或等于3且不限带变压器。高压故障线路的暂态电压、电流行波在传播过程中遇特征阻抗发生变化时，会在该处产生折射和反射效应，故障线路的电压和电流行波数值会受母线端的出现数影响。

根据高压输电线路的故障点处的初始折射、反射行波分类如下：

（1）母线与故障点间的往返反射波；

（2）从母线反射的行波回到故障处的折射波；

（3）从母线到达故障处来回反射的行波再到达母线的透射波；

（4）第2类行波从故障点透射到达母线再通过故障点的反射波；

（5）第1类行波从故障点透射到达母线再经故障点回母线的透射波。

假设有一段全长为的高压无损输电线路，在时刻发生故障，故障结点与母线之间的距离为，故障处的各个暂态初始折射、反射行波到达端的时刻依次为，，…，等，则高压输电线路母线测量端的暂态电压行波和暂态电流行波其分别为[2]：

（1）

（2）

由上式（1）和（2）可知，故障线路暂态电压、电流行波的幅值与母线端的出线数目有直接联系。其中，暂态电压行波的幅值随着母线端的出线数的增大而减小，而暂态电流行波的幅值随着母线端的出线数的增大而增大。

按照行波折反射的規律，在（指初始行波经故障点至测量端的时间）时间范围，将故障区域分为表1所示的4个区间以及行波类别。

2 单端行波故障测距算法

2.1 三相参量相模转换

为避免三相高、中压输电线路间存在的耦合对测距算法产生影响，应先将三相暂态行波各个分量解耦成为相互独立的分量实现相模转换：

（3）

式中：三相高压电流经过凯仑贝尔变换后的模、模和零模分量，其中，在相与相线路之间传播的模分量、在相与相线路之间传播的模分量都只能在输电线导体间传播，而零模分量可在三相导体和大地间传播。

2.2 故障测距算法

假设故障发生从初始时刻开始，初始暂态电流行波、第1或者第2类行波以及第1 、第2或者第3类行波到达端的时刻分别为，，…，等。可再将其再细分为，，，四个子区段。本文利用测量母线端的4个左右的时刻计算暂态行波平均波速及故障距离，各个区段测距算法推导如下：

根据以上4个区间的分析结果发现，故障距离只与线路长度和时刻有关，与行波速度无关，故此测距方法不受暂态行波波速影响，可直接应用于高压输电线路的故障定位测距。

3 结语

本文利用单端行波测距技术将整条高压输电线路分为4个线路长度子区间，结合到达行波测量端的行波波头时刻和极性的组合对发生故障的全过程进行判断分析，推导出了对应的4个线路长度区间的不受暂态行波波速影响的故障测距算法。

参考文献：

[1]位韶康，陈平，姜映辉.一种不受波速影响的单端行波测距方法[J].电力系统保护与控制，2013（13）.

[2]覃剑，彭莉萍，王和春.基于小波变换技术的输电线路单端行波故障测距[J].电力系统自动化，2005（19）.

作者简介：田栋文（1987-），男，土家族，湖北宣恩人，硕士，研究方向：智能电网与智能控制。