高压输电线路故障测距算法

lilm邃皿90FNOE&7EOHJOLOOY.7007NO.78，。高压输电线路故障测距算法(大连供电公司电网调度中心宋明刚肖黎丽工业技术辽宁大连116011)摘耍高压输电线路故阵的准确定位不仅可以及时恢复供电，还能使高压电网结构在尽可能短的时间内恢复正常因此具有非常重要的意义。近些年，故障测距问题的研究一直受到电网运行、管理部门的普追重视。但由于故障捌即技术本身发展的历史并不长和相关技术条件的限制，具有较高精度的故障侧距装置在实际中的应用并不多。随着通信技术的发展和微机保护装置在电力系统中的广泛应用，实现高压轴电线路故障的准确定位已经成为可能。本文首先通过对目前各种故障侧距方法的研究和分析，评述了各自的优点和不足。关艘词高压故障定位算法中图分类号TM72文献标识码:A文童编号:1672-3791(2007)10(a卜0010-02，前言高压输电线路的故障极大威胁了电力系统的安全，可靠运行。高压输电网发生故障后.需要及时巡线以查找故障点，以便及时消除缺陷恢复供电.故障点的准确定位，可以使巡线人员直接找到故障点并处理，从而大大减轻巡线负祖，这就可以加速线路故障的排除，做到尽t快速供电，将损失减小到最小。2输电线路的故障分类2.1瞬时故阵这种故障能成功贡合闸，不会造成绝缘的致命损害。鸟类以及其它物体的短时的导体之间或导体对地接触也会引起这类故障。2.2永久故阵它是指导体之间以及包括一个或多个导体对地的短路故障，此类故障发生时，不可能法有时候可能会出现收敛于伪根或难于收敛、甚至于不收敛的情况。解二次方程法则可能会出现伪根，所以阻抗法的主要问题仍然是测距精度。32行波法行波法的研究始于本世纪四十年代初，它是根据行波传输理论实现输电线路故障侧距的。现在行波法已经成为研究热点。(1)早期行波法按照故障测距原理可分为A,B,C三类:①A型故障测距装置是利用故障点产生的行波到达母线端后反射到故障点、再由故障点反射后到达母线端的时间差和行波波逮来确定故障点距离的。但此种方法没有解决对故障点的反射波和对侧母线端反射波在故障点的透射波加以区分的问题，所以实现起来比较困难。压行波之间的波形相似，极性相反.时间延迟At对应行波在母线与故障点往返一次所需要的时间。对二者进行相关分析，把正向行波倒极性井延迟大值。At时间后，相关1\"h数出现极这种方法也存在对故障点的反射波和对侧母线端反射波在故障点的透射波加以区分的问题。由于在一些故障情况下存在对侧端过来的透射波它们会与故障点发生的反射波发生重益，从而给相关法测距带来很大困难.2)高频行波法高颇行波法与其他行波法不同的是，它提取电压或电流的高频行波分量，然后进行数字信号处理，再依据A型行波法进行故障1AiIf.这种方法根据高频下母线端的反射特性，成功的区分了故障点的反射波和对侧母线端反射OB型故障侧距装置是利用记录故障点重合闸，多由机械外力造成。产生的行波到达线路两端的时间，然后惜助于23绝缘击穿通讯联系实现mij距的。由于这种侧距装资是由于冰雪、老化、污秽以及瞬时过电压闪络破坏等原因，使得线路某一点绝缘降低，利用故障产生后到达母线端的第一次行波的在正常运行电压下绝缘击穿而造成短路，重合信息，因此不存在区分故障点的反射波和对侧母线端反射波在故障点的透射波的问题。但闸不成功。此类故障在低电压时不出现故障是它要求在线路两端有通讯联系，而且两边时状态。在故障切除后，它们大多没有肉眼能标要一致.这就要求利用GPS技术加以实现。看见的明显的破坏痕迹。③C型故障侧距装置是在故障发生后由装置发射高压高频或直流脉冲，根据高频脉冲3故障测距方法的分类由装置到故障点往返一次的时间进行侧距。现有的故障测距方法按原理来分，基本上精度也高，但要附加可以分为三大类:阻抗法，行波法，故降分析这种侧距装置原理简单，高频脉冲信号发生器等部件，比较昂贵复杂、法。另外，测距时故障点反射脉冲往往很难与干优3.1阻抗法井且要求轴电线路三相均有高频信号阻杭法是根据故障时测量到的电压、电相区别，沈直而计算出故障回路的阻抗，其前提是忽胳处理和载波通道设备。三种RIVE原理的比较:A型和C型测距原线路的分布电容和A电导。由于线路长度和理属于单端侧距，不需要线路两端通信，因都阻抗成正比，因此便可以求出由测距点到故障需要根据装置安装处到故障点的往返时间来点的距离。阻杭法的优点是比较简单可蠢。但大多波在故障点的透射波。(3)利用行波法测距需要解决的问题行波法测距的可靠性和精度在理论上不受线路-1-V.故障电PRAINA99,统的影响，但在实际中则受到许多工程因素的制约。1)行波信号的获取数字仿真表明:故障时线路上的一次电压与电流的行波现象很明显，包含丰富的故障信息，但需要通过互感器进行测量。关键是如何用一种经济、简单的方式从互感器二次1测最到行波信号。一般来说，电压和电流的互感器的截止频率要不低于10khz，才能保证信号不过分失真。用于高压输电线路的电容式电压互感器(CVT)显然不能满足要求。利用故障产生的行波的，mli?fi装叹，最好能做到与其他的线路保护(如距离保护)共用测量互感器，否则数阻抗法存在着精度向题。它们的误差主要来源于算法本身的假设，l距精度深受故障点.的过渡电阻的影响，只有当故障点的过渡电阻为零时，故障点的距离才能够比较准确的计算出来。而且由于实际系统中线路不完全对称以及测量端对侧系统阻抗值的不可知等因素的影响，测距误差往往远大于某些故障测距产品在理想条件下给出的误差标准.为此，中外学者做了许多研究工作，在提高阻抗法的精度方面进行了不懈的努力，先后提出了解微分方程法和一些基于工频基波最的的测距算法，如零序电流相位修正法、零序电流迭代法和解二次程法等等。但迭代定位，故又称回波定位法，而B型测距原理属于双端通讯，需要双端信息量。A型测距原理和B型mlVP原理适用于瞬时性和持久性故障，而C型测距原理只适用于持久性故障。(2)现代行波法从某种意义上讲，现代行波法是早期A型行波法的发展。60年代中期以来.人们对1926年提出的输电线路行波传输理论行了大量的深入的研究，在相模变换、参数频变和暂态数值计算等方面作了大盆的丁作进一步加深了对行波法测距及诸多相关因素的认识。U行波相关法行波相关法所依的原理是向故降点运动的正向电压行波与由故障点返回的反向电难以应用推广。为了达到一个杆塔(小于Ikm)的测距精度，二次Al信号上升沿时间应该在几个微秒之内。实验研究表明，电流互感D(CT)的暂态响应特性能满足如此高的响应速度.所以，行波测距装置可以与其它保护装里共用电流互感器，因而易于被推广使用。2)故障产生的行波信号的不确定性故障产生的行波信号的不确定性主要表现在三个方面:①故障的不确定性故障的不确定性主要表现在故障发生角和故障类型上。故障发生的时刻是随机的，它与故障原因和线路状态等因素有关.同时，故障发生的类型也是不同的，可以是金属性故障，也可能是经过大小不一的过渡电阻的短路故障。②母线接线式的不确定性行波侧距理论基于行波的传播及反射，10科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION工业技米—母线上的接线是不固定的，这就引起行波到达母线的不确定性。然而行波测距要求在缝线侧有足够强的反射才可能被测到。m线路及系统其它元件的非线性及依硕特性的影响由干集肤效应的关系，实际的三相线路存。。二，下面介绍单端电气t法和双端电气胜法:{，)单端电气盆法。根据单端的电压和电流以及必要的系统参数，计算出故障距离。由于只使用单端信息，且测里设备与保护装备及故障录波装置共用同一套PT，CT等设备，硬件投资小，现场实现简单方便，也不受系统通信条件的限制。对于现有的单端电气是法还有以下三个主要问晒(1)故障过渡电阻成对端系统阻抗变化对测距精度的影响，住瀚电线路以及双端系统阻#n豹不对称性对测距的影响(3)侧距A惶的伪根问题。造成侧距误差的根本原因是存在故降过渡电阻，要消除其影响，就要引入对0，00VI!1007N0.7BNr}MAJION盔渗翔在损耗与参教随颇率变化的现象。系统中地模参数损耗大且频率依颇特性严重，使暂态行波信号的分析变得复杂和难以淮确描述。所以一般使用线模分是进行行波侧距，心敌障点反射波的识别故障点反射波的正确识别是能否准确可靠的进行故降侧距的关键技术问题。线路上内从复杂的暂态波形中得到所需要的信息无疑增加f德波算法的难度。a.4测距方法的选择从上文的比9和研究中可以着出，目前各种故障侧距方法都有其各自的优点和不足.为了达到淮确侧距的目的，都有各白应进一步解决的技术问题.一般的说，工频电气最法比较容易实现，但必须设法消除或减少由于传感器，过波电阻，系统运行方式变化等一系列因鑫带来的误差;利用行波测距也存在一些不利因素的影响诸如反射波的识别行波信号的不确定性(如死区)以及要求高速敌据采集等特殊问题。存在大且特性与故障点的反射波极为相似的端系统的阻抗，那就必然要受到对端系统阻抗目前虽然这两种方法都在电力荔统中得到实干扰。正常运行情况下较大的干扰主要来自变化的形响，这是单端电气且法长期以来一直际应用，但均面临进一步提高可A性和侧距精断路器和隔离开关的操作，任何上述操作都会没有解决的一个难晒.度这两项主要指标的任务。利用工颇1和行产生剧烈的电压变化。在故障发生后，行波沿(2)双端电气量法:波的侧距方法是两个主流，均有很好的研究和轴电线传播时，也会出现干优。例如线路的换双端电气量法就是根据线路两端的电压应用前影位点和其它线路的交叉跨越点处都会因波阻和电流以及必要的系统参数，经过化简得到m抗的变化出现TA尤更增加了识别的难度。故距方程.解出故障距离。利用双端数据的测距参考文献障点反射波识别除了排除线路于扰外，关键还算t},方程数等于未知I数，原理上可以完全11〕全玉生，杨故中王晓誉等高压架空输电在于区分出反射波是来自故障点还是线路对消除故障过渡电阻的影响，实现淮确测距，但线路的故障测距方法.电网技术,2000,24端母线。早期行波法测距的终端设备受当时它必须使用通道来传递两端的信息，有的算法(4):27-33技术条件的限制，其结构与使用相当复杂，如B还要解决两端数据的同步和测距方样的伪根[2)童新洲，葛摆中.徐丙垠，利用暂态电流行型法的同步装妞G型法中的高领和直流脉冲问颐波的轴电线路故瘴侧距研究,1999,19(4);发生装置等等，这些终端设备和操作上的实时76-80.自动化要隶增加了行波祛测距的技术复杂性[3)草剑，陈祥训，郑健超，吴成琦利用小波变和成本，限碍了行波法测距的更广泛应用.4各种测距方法的比较4，1采用集中参数和采用分布参数电路橄型的换的双端行波测距新方法.中国电机工程④行波信号的记录与处理故障分析法测距法的比较故障产生的暂态行波信号只持续很短时学报,2000,20(8):6-10.[4)孙立山，陈学允使用两端电气是故障测距间，经过多次反射后进入德态，为此必须在故采用集中参数电路模型的工倾测距算法与采用分布参数电路模型的工领MIC方法相算法研究.继电器,1999,27(3);10-13.障产生后几毫秒内记录下有用的暂态行波信比，前者为简化模型，后者为精确摸型，前者分[5』孙立山，孙桂英，王晓媛陈学允平行双回号。此外，为保证测距有足够的精度，为了果集高频暂态行波，采样频率不能太低，应在百析计算较为简便.后者分析计算较为复杂，但线两点故障洲距算法的研究继电器,2000后者的测颐精度明显高于前者，两者郊存在区28(2):!-3.千赫兹数旦级。内伪根问题但由于采用了精确的线路模型，1司毛为民各德味，肖祥.新预实用的两端全尽管如此，利用故障行波侧距要比实现继电保护要容易获得推广应用的多。使用行波后者的伪根比前者容易处理。线路故障侧)1;算法的研究和应用电力自4.2采用工频2的单、双端测距娜法的比较动化R备,2000,20(2),26-28,保护的目的在于获得很高的动作速度(小千工颇t的单端测距算法与双端测距算法IOms)，一个关链问ig是如何区分故障与其它相比，前者在侧距原理_L存在缺陷，无法同时原因，比如雷击、系统操作等引起的扰动。而对测距来说不存在这个区分问题。因为它只消除故障电阻和对端系统阻抗变化的影响后者在原理上无此误差，可以完全消除故障过渡要做到系统故障后，准确的给出故障即离就行电阻和两端系统阻抗的影响.前者实现较简了。通过检在保护是否动作，可以很容易的知便不依极通信工具，不存在两端数据同步问道系统是否出现故障.总之，行波法在理论上有许多独到的优题，后者需要增加部分硬件投人，需要通信工具交换双端信息，需要解决双端敬据同步问点可以相信，随着新型行波测距方法研究的题.在测距精度方面，后者比前者可以达到更深人这些问题终将被解决，新型行波法有着为精确的测距效果。非常广阔的应用前景.4.3采用工颇里和利用行波的测距方法的比较3.3故障分析法采用工频量的侧距方法与利用行波的测故障分析法是利用故障时记录下来的工距方法相比，前者可以利用现已大量投运的微频电压、电流量，通过分析计算，求出故障点机保护录波装置和正在迅速发展中的变电的距离。事实上，在系统运行方式确定和线站综合自动化系统，甚至与之融为一体，硬件路参教已知的条件下，轴电线路故障时测且点的电压、电流a是故掩点距离的函数，因投资小，容易实现，后者则需要专门设备，硬件投入大技术较为复杂、在资金投入方面前者此完全可以用故障时记录下来的测量点电压优于后者。在实现X11距所需要的信息处理时和电流盆通过分析计算，得出故障点的位盖。如果再加以细分:按所采用的电路模v来间方面，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、电流信号的时看可分为集中参数法和分布参数法，按所使闻，随若电力系统绘合自动化水平的提高，用物理最的特征分，可分为工颇相量方法和瞬故障线路切除时间将大大缩短，但再短的故障时值方法(大部分采用工频健);按所需要的侧切除时Ial也足够采集行波法测距所需要的信量信息来分类，可分为单端电气量法和双端电息，但对需要抽取幅值和相角的工频测距法来气里法.说，就必须在不足一周(半周)甚至更短的时闻科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION