高压架空输电线路的故障测距方法探讨

高压架空输电线路的故障测距方法探讨
摘要：对高压架空输电线路进行准确的故障测距是保证电力系统安全稳定运行
的有效途径之一。

为此，文章比较全面地介绍了国内外在此方面的发展历程和研
究现状。

根据各测距算法采用的原理不同，将现有的各种测距算法分为行波测距、单端测距和双端测距三类，然后逐类对各种算法的理论基础和应用条件上进行了
分析、对比和讨论，并在此基础上总结得出了各测距算法的优点及存在的问题，
指出了每种测距算法的适用范围和应用局限性。

最后，对高压架空输电线路故障
测距的研究及应用前景进行了展望。

关键词：综述；高压架空输电线；故障测距方法
引言
随着电力系统规模的扩大，高压远距离输电线路日益增多。

高压输电线路分
布范围广，穿越地区地形复杂、气候条件多变，容易导致故障的发生。

尤其是闪
络等瞬时性故障占90%～95%，而这类故障造成的局部绝缘损伤一般没有明显的
痕迹，给故障点的查找带来极大困难。

国内外都发生过由于输电线路故障而诱发
的电力系统瓦解事故。

如果能快速、准确地进行故障定位，及时发现绝缘隐患，
就可从技术上保证电网的安全运行，具有巨大的社会和经济效益。

长期以来，高
压输电线路的故障测距受到普遍重视。

一、高压架空输电线路的故障测距方法
（一）阻抗法
1、利用单端数据的测距法
单端阻抗法利用线路一端的电压电流信号以及相关参数来计算故障距离。

为
不失一般性，假设输电线路为均匀线，线路参数恒定。

可以进一步细分为：解一
次方程法，解二次方程法，零序电流相位修正法，零序电流幅值修正法，故障分
析法，微分方程法以及基于微分方程的电流相位修正法，基于分布参数模型的测
距算法。

此外还有高阻接地故障测距算法等其他的故障测距方法。

通过对单端测
距算法的分析，单端测距算法还存在一些问题：1）不可避免过渡电阻和受端的
系统阻抗变化对测距精度的影响；2）算法作出了一定的假设（测量端电流与故
障点电流同相位，过渡电阻为纯阻性），假设与实际的差距会影响测距的精确度；3）算法存在伪根问题和迭代法的收敛性问题。

随着电力系统自动化水平的提高
和通信技术的发展，双端测距方法得到了重视。

2、利用双端数据的测距方法
1）基于集中参数的故障测距方法。

a.相量法；b.微分方程法。

2）基于分布参数的故障测距方法。

（3）双端数据不同步的处理方法。

（4）双端法存在的问题。

利用线路两侧数据的双端法不存在原理性误差，完全可以克服短路过渡电阻的影响，在保证线路参数和采样数据准确的前提下能够精确测距。

但双端法需要通讯
手段，实现同步需要GPS提供同步时钟，两端数据的不同步也会对测距精度产生
影响。

（二）行波法
当输电线路发生故障时，会产生向线路两端传播的行波，行波传播速度接近
于光速。

行波故障测距方法为根据行波传播理论，通过测量由于故障扰动的行波
在故障线路上的传播时间，实现输电线路故障测距的方法。

行波法测距的精确度
在理论上不受线路类型、故障电阻及两侧系统的影响。

1、行波法的分类
用行波法的测距装置可分为A、B、C型三种。

A型测距装置原理是用故障点
产生的行波传播从测量点到故障点往返一次的时间和行波波速来确定故障点距离。

B型测距装置则是据故障点产生的行波分别到达线路两端的时间差值来实现测距。

C型测距装置是在故障发生后由装置施加高频或直流脉冲，根据高频脉冲由装置
到故障点往返时间进行测距。

其中A、C型为单端测距装置，B型为双端测距装置。

2、行波信号的检测方法
对于行波信号的检测方法主要有求导法、相关法、滤波器匹配法、主频率法
和小波变换法。

求导法是据检测点处测量到的行波的一阶或二阶导数是否超过设
定的阈值来判断行波是否达到母线的一种方法。

相关法则依据通过向故障点运动
的正向行波和由故障点来的反向行波极性相似，两个信号的相关函数具有很强的
相关性。

滤波器匹配法建立在相关法的基础上，使用高通滤波器，减少行波混叠
的机会，以提高测距可靠性。

主频率法则通过行波频谱最强的分量来决定故障距离。

小波变换在时域和频域同时具有良好的局部化性质，适合检测故障行波这样
的突变信号。

对行波信号实施小波变换后，故障测距是基于行波信号在小波变换
下的模极大值来实现的。

3、行波法存在的问题
行波测距的方法要想获得高精确度，需要解决几个问题有：（1）故障产生的行波具有不确定性。

故障是随机发生的，如果在电压过零时发生故障，产生的行
波电压是一个由零值起始按正弦规律变化的电压，会使该行波测距失效。

（2）
对于故障点发射波的识别。

线路上存在着大量干扰，其特性与故障点的反射波极
为相似，不容易区分反射波是来自故障点还是线路对端母线，在近区会存在“死区”问题。

（3）对行波产生信号的提取。

行波测距对互感器要求是能较真实地反应
传变高压暂态行波信号。

电压互感器的截止频率低，满足不了传变暂态行波信号
的要求。

（三）智能化测距方法
许多学者把将跨界研究成果引入到输电线路故障测距当中，提出了许多新颖
的方法，如卡尔曼滤波技术、模式识别技术、概率和统计决策、模糊理论、电弧
理论和光纤测距等方法。

这些方法给故障测距研究注入了很多新的血液。

二、各种测距方法的比较
行波测距法和故障分析法的比较在以上的测距方法中，行波测距法由于波速
的不确定性，测距死区及对硬件的要求非常高等问题而使其应用受到限制。

故障
分析法充分利用现有的投运设备的信息进行分析，硬件投资少，容易实现，比较
实用。

单端测距法和双端测距法的比较：纵观现有的单端测距算法，由于在原理
上始终不能消除故障过渡电阻和对侧系统阻抗变化对测距精度影响，因此在高压
架空输电线路中使用较少。

而双端测距算法由于在原理上不存在误差，不受过渡
电阻和对侧系统阻抗的影响。

三、结语
现有的各种测距算法各有其优缺点，为了达到准确测距的目的，都有需要进
一步解决的技术问题。

但笔者认为就前景而言，重点应放在两端或多端测距算法上。

因为单端测距算法在原理上就无法保证不存在测距误差，而行波法则因波速
的不确定性及测距死区等问题而使其应用受到限制。

这就为两端或多端测距算法
的应用提供了机会，尤其随着通信和计算机技术的发展更为其应用提供了可能性，
但仍需深入研究。

参考文献：
[1] 刘磊. 高压架空输电线路的故障测距方法[J]. 今日科苑，2015（11）.
[2] 刘大鹏. 浅析高压架空输电线路的故障测距方法[J]. 机电信息，2015（30）：26-27.。