行波测距技术在输电线路上的应用

杨军

行波测距技术在输电线路上的应用

杨军

（云南电网有限责任公司大理供电局，云南 大理 671000）

近年来，中国的电力系统发展非常快，体现在输电线地理环境复杂、高压线路增多以及输电距离增大等方面。面对迅速发展的电力系统，需要对线路故障予以全面排查，让供电系统维持在稳定的状态之中，并维护电网安全。实践证明，不断发展的行波测距技术在促进故障测距准确度的提高，让电网安全得到有效维护方面发挥了重要作用。结合工作实践，就行波测距技术在输电线路上的应用展开了详细探讨，以供参考。

行波测距技术；输电线路；行波测距法；停电

逐渐扩张的电力系统规模，使得中国远距离输电线路得到了极大的提升，尤其是在夏季，经常出现各种恶劣天气，比如雷雨、大风等，进而越来越暴露出电力系统的安全稳定问题[1]。在线路出现故障时，如果可在第一时间对故障做出准确定位，便能够很快把绝缘隐患找到，尽早进行防范，使其运行更加可靠，把因停电带来的损失有效减少，以在最快的时间内找到线路发生故障的位置，显著节省人力和物力。由此可见，从技术上确保电网安全、稳定和经济运行的一项重要措施就是准确的故障定位，其拥有的社会与经济效益非常大。

与高压输电线故障定位相关的问题在很早之前便有学者进行了研究，尤其是在计算机计算的不断普及下，以及微机保护和故障录波装置的大量运用，更是让故障测距的实用化进程加快，现阶段，根据原理划分高压输电线路故障定位方法可分为三大类，即阻抗法、故障分析法和行波法。早期国内外研究的热点就是以微机或微处理装置为基础的故障测距方法阻抗法和故障分析法，而现阶段新的研究热点落在了行波法上。

1 概述

早在20世纪中期，人们就开始从理论方面研究行波故障测距技术，且借助一系列工作，比如时域、频域间数模转换、暂态数值计算等，更清晰地认识了诸多与其相关的因素，并通过总结理论与实践经验，让对输电线路的故障测距最终实现，促进了故障检查速度的大大提升。而从特点上来说，行波测距法的优势较多，包括投资较小、通道可靠性较高、能够快速传输数据，安全有效地解决问题等。除此之外，利用设置主站，可将相关程序设置的作用发挥出来，在最短时间内交换双端故障测距后的数据，并传输到主站同时展开分析，进而使足不出户的目的真正实现，对故障实施全程监控。且第一时间发现能够使故障检查时间大大缩短，确保后期维修工作，并使检查成本得到节省，促进电力运行安全可靠性的大幅提高。

2 常见故障测距方法

2.1 阻抗法

所谓阻抗法，即将测量到的电压和电流结合起来对故障回路的阻抗予以计算，并按照线路长度和阻抗成正比的关系对故障距离做出估算[2]。按照算法尽心划分，阻抗法可分为两类，即单端数据和双端数据。前者的测距算法因为受模拟技术诸多缺陷的影响，加之只对线路单侧电流、电压信号予以采用，所以在双侧电源系统中，其测量精度在过渡阻抗与对侧助增电流的影响下缺乏良好的定位精度；而后者的测距算法则对精确的分布参数模型予以采用，但还需要进一步数据同步与波形鉴别等。

2.2 故障分析法

故障分析法则是通过故障时所记录的电压、电流，经过分析将故障点的距离计算出来。如果确定了系统运行方式，已知线路参数，则在线路某处发生故障时，故障距离的函数就包括线路两端的电压与电流。此种方法即借助线路故障时测量的电压与电流，通过分析与计算把故障点的距离求出来。如今，故障分析方法经过不断的发展，已经成为模糊神经网络和专家系统方法。

2.3 行波测距法

所谓行波测距法，即在将输电线路分布参数考虑到的情况下，借助线路故障时所产生的行波信号并对其分析，之后再展开计算的一种方法，其是通过实时跟踪故障后线路中产生的暂态行波，并对其在故障点与母线之间来回运动一趟所需要的时间予以记录，或者计算故障行波到达母线两端的时间差与行波波速的乘积将故障位置掌握。如今，已发展为6种类型，分别是A、B、C、D、E、F，其中单端行波测距法即中A、C、E、F型，其余则为双端行波测距法。

单端行波测距法中的一项重要技术就是将初始行波到达母线测量端的时刻以及其从故障点反射回来到达测量母线端的时刻准确测出，或者是对初始行波到达母线测量端的时刻和从对端母线反射回测量端的时刻予以准确测量。

而双端行波测距法的核心技术即通过对两端母线处安装的测距装置予以利用，来把故障行波分别到达两端母线的初始时刻记录下来，借助这两个初始时刻值的差值把故障位置计算出来。

通常，双端行波测距法的测距精度较为准确，受影响较小，诸如故障位置、故障类型、接地电阻、线路长度等均不会对其产生影响，但行波故障测距的精度却会受到线路长度对波头的影响、行波波速的选择以及故障时刻的准确提取问题等因素的影响[3]。

3 行波测距法在500 kV输电线路的应用

3.1 行波测距技术在500 kV输电线路的应用现状

如今，输电线路故障测距中使用频率较高的一种测距技术就是行波测距技术，其优点较多，包括操作简单、设备费用低廉、计算简单、具有较高的准确度等。而行波采集与处理系统、行波的综合分析系统、远程维护系统和通信网络系统四个部分共同构成了现代行波故障测距系统[4]。

现阶段，500 kV已经在南方电网实现了广泛运用。EFI2010双端行波测距装置指的是利用双端行波测距，对定输电线路存在的故障信号予以检测，进而将故障行波传输到线路两端的具体时间计算出来，这样便能确定发生故障的部位，同时测距误差不超过500 m。其次，背景超高压公司35条500 kV线路，将MIS网组网工作和行波测距技术顺利完成了，融入系统后，在线路跳闸后的短短几分钟就可向测控中心传送到故障点和波形数据，进而由更多的时间进行输电电路的排查与故障抢修，促进了供电稳定性与可靠性的提高，并降低停电造成的经济财产损失。

3.2 工作方法

通常而言，500 kV输电线路测距系统的构成部分主要有一个测距主站和多个测距终端，如果输电线路具有较大的规模，则测距主站的组成部分较多，综合分析区域信息，通过主站显示屏，测距主站的相关工作人员可以获得测距结果，进而全程将测距工作掌控好。

3.3 工作原理

就测距终端工作职能而言，主要包括行波信号转换、故障的检测和判断，同时传输数据项测距主站。测距主站可以对各个测距终端的故障数据予以接收，并展开处理，之后把故障数据分析的定位结果显示出来，并保存好，除此之外还能够打印有关文件，包括数据、波形变化等。测距主站能够对各测距终端进行远程控制，同时可以在不同测控总站中共享资源，进而促进测距速度的有效提高，有更多的时间将输电线路故障排除[5]。

3.4 具体计算方法

综上所述，行波传输理论是行波法的基础，借助电流行波和电压在线路中的时间进行测定，计算距离电压。同时，在输电线路之中，电流行波在传输速度方面属于固定的，和光速接近。当输电线路出现故障后，测定故障产生的行波与母线间的时间，进而得出最终的故障点，结合上述原理，通过简单计算就可将故障距离计算出来，主要包含以下内容：

单端法的计算公式：

式（1）中：为行波传播速度；△为行波第一次到达测量端与行波从故障点返回到测量端的时间差。

4 工作展望

行波测距技术这一故障测距方法具有非常强的可操作性以及很高的测距精度，在故障排除的实际操作中优势十分明显。该种方法相较于其他类型的故障测距方法来说，其两种方法（单端法和双端法）的测量水平精度都很高，进而有效节省了大规模线路巡查的宝贵时间，并确保输电线路故障排查工作有据可依。现阶段，全球定位系统得到了大力普及，信息技术发展速度日益加快，电力工作人员在进行故障测距和排除工作中，需将计算机所具备的作用全面地运用起来，进而促进工作效率的全面提升，让人力、财力、物力得到大大节约，并积极引进先进技术，增强自主创新能力，并立足于实践推动行波测距技术的发展，以强大的电力支持推动国民经济的更好发展。

5 结语

综上所述，从理论上说，故障电阻、两侧系统和线路类型不会对行波法测距的精度以及可靠性造成影响，而这也是长时间以来研究的重要课题。特别是不断出现的全球定位系统、小波理论和其在工程中的应用，实现了暂态行波信号提取效率的最佳化，使两端数据的同步过程更加简化，确保了时间同步的精度性，为行波测距提供了更加可观的研究前景。现行的各种测距算法既有优点，也有缺点，在500 kV超高压输电网络中，行波测距法原理简单、先进，外部因素不会对其测距精度造成较大的影响，单端、双端测距的精度能够达到较高的程度，从而在未来得到进一步推广应用。

［1］徐亮，宋巍.500 kV输电线路行波测距单端波形研究及应用［J］.华北电力技术，2010（8）：1-4.

［2］孟荣，张志昊，褚罡.线路行波测距在500 kV变电站的应用分析及改进措施［J］.华北电力技术，2012（3）：30-32.

［3］刘巍，徐亮，李佩军.行波测距技术在500 kV输电线路上的应用及实例分析［G］//京津冀晋蒙鲁电机工程（电力）学会第十六届学术交流会论文集.泰安：京津冀晋蒙鲁电机工程（电力）学会第十六届学术交流会，2006：37-41.

［4］汪敏.小波变换在输电线路行波故障测距中的应用［D］.北京：华北电力大学，2014.

［5］周东，邓清，毛鹏.江西电网500 kV输电线路行波测距系统运行分析［J］.江西电力，2015（3）：45-48.

TM75

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.22.064

2095－6835（2019）22－0152－02

〔编辑：张思楠〕