高压输电线路故障定位方法分析

高压输电线路故障定位方法分析

【摘要】本文结合我国电力系统高压输电线路故障定位技术的发展情况，对现代电力系统高压输电线路的常见故障类型进行了阐述，对基于阻抗法的输电线路故障定位技术、基于行波法的输电线路故障定位技术进行了详细分析，并结合输电线路故障定位系统设计实例进行说明。

【关键词】系统故障定位的发展；常见故障类型；故障定位系统设计实例

1 前言

现代电力系统高压输电线路的安全、可靠运行关系到电力企业的切身利益。高压输电线路中产生的故障容易引发电力系统的断电，故如何及时、准确地对电力系统高压输电线路故障的位置进行确定，最大限度的提高恢复供电的效率，对于降低电力企业以及电网用户的损失有着重要作用。近年来，计算机技术在电力系统中的应用不断深化，先进的电力系统微机保护以及故障录波装置得到了积极的发展，这些都推动了高压输电线路故障定位技术的进步。

2 现代电力系统高压输电线路的常见故障类型分析

高压输电线路是现代电力系统中的重要组成部分，随着电力行业的不断发展，其馈线的数量和电容电流的数值日益增加，当系统处于长期运行状态时，容易导致系统故障的蔓延，进而引发系统的过电压和设备损坏，对现代电网输电线路安全以及稳定运行构成隐患。因此，及时、准确的发现和排除系统故障，具有重要的现实意义。高压输电线路常见的故障及原因如表1所示。

3 当前系统高压输电线路主要的故障定位方法分析

高压输电线路的故障定位一直是电力系统研究的重要课题。根据应用的电力线路模型、故障测距的原理以及被测量和测量设备的差异，输电线路故障测距的方法主要包括阻抗法以及行波法两类。

3.1 基于阻抗法的系统输电线路故障定位分析

基于阻抗法的高压输电线路故障定位技术通过对故障情况下的电压、电流值的测量以及相关计算，获得故障回路的阻抗参数，鉴于高压输电线路的长度和阻抗成比例，故据此能够求解出测量点与故障位置之间的实际线路距离。依据阻抗测距方法中测量的电气量位置的不同，可以将其分为基于单端电压及电流量的单端算法、基于双端电压及电流量的双端算法两种。对于这两种方法，可以从以下方面进行阐述：（1）关于单端算法。相对于双端算法，单端算法具有造价不高、不会受到通信条件的制约、简单可靠等特点，同时也存在测量距离精度偏低的缺点；（2）现代通信技术以及全球定位技术的不断发展促进了利用双端电气量的测距算法的实现。双端法能够从原理上克服单端法的不足，能够实现更高精度的故

障定位。同时，依据数据同步方式的不同，双端法可以分为自同步以及不同步算法。

3.2 基于行波法的输电线路故障定位技术

基于行波法的输电线路故障定位技术借助行波传输的理论来完成高压输电线路的故障定位。当高压输电线路中产生故障后，会沿着电力线路传输故障行波，且其传播的速度与光速差不多，利用这一点，经过对行波传输至母线处所需时间的测量以及记录，能够对故障的位置进行确定。故障产生的行波会在故障点以及阻抗不连续的点发生折射，依据采用的单双端信息量及相关原理，行波定位法可以分为A、B、C、D等几种类型。

当前电网厂站中一般都装设了微机保护、微机故障的记录设备，现有设备能够满足工频故障定位的数据需求，具有实现费用不高、便于实现的特点。然而，常规的故障测距算法一般构建于相关的假设之上，而实际的电网运行情况与理论之间存在一定的误差。对此，可以通过合理的误差补偿措施以及多端输电线路数据的采用等方式，尽可能的改善相关算法的精度，然而系统的高阻接地、多电源输电线路、断线故障等情况除外。以实际应用中的行波法为例，在具体的输电线路故障定位中，该方法容易受到很多具体的工程因素的限制。例如，当系统的高压输电线路穿越区域土壤的电阻率存在不均匀现象，且受季节等的影响而产生变化，易使线路导线的参数产生频变，该现象对容易使得行波的传输速度产生不确定性。

3.3 故障定位系统设计举例

考虑到单端行波法在实际应用中的不足，本文以双端行波定位法为对象进行研究。实际中，电力系统高压输电线路的故障定位涉及硬件以及软件的设计两个部分，以硬件部分的设计为例，系统硬件环节的主要功能在于对行波信号的采集。

高压输电电路故障后产生的电压行波信号通过相应的传感器后，要经过两方面的处理，一方面传输到系统的采样启动单元，另一方面被传输至高速采集模块。当相应的行波启动要求得到满足时，系统通过A/D转换开始进行相关模拟信号的采集操作，与此同时，系统的GPS同步时钟将采样启动时间进行记录，并与行波的波形一起，存储到相应的工控设备之中。线路两端的数据进入主控室的工控设备，并完成相关的故障定位分析工作。如果电力系统网络产生过电压，该过电压信号被相应的电压传感设备采集并通过有关的信号调理步骤后，会达到系统的数据采集卡，在此处将采集到的模拟信号转化为对应的数字信号值，并进行存储。

作为整个故障定位系统采集电压行波的重要环节，系统采用的电压传感器的性能至关重要。本设计中，对于35kV及以下的电力系统配电网络以低阻尼阻容分压器的方式，从配网母线取得所需的电压信号，而对于110kV配网输电线路的电压信号，则通过特制的传感设备，在电容式套管末屏的抽头位置取得。经过相应的方波试验，对这种电压传感设备的响应特性进行了验证。实际的运行结果

表明，基于上述方式的传感器能够对输电线路故障产生的行波信号进行准确的反映。

4总结

快速和精确的实现故障定位是现代高压输电线路故障定位技术的目标，也是电力系统继电保护方面的研究热点。电力系统输电线路的定位精度不但与电网中故障线路的供电恢复时间密切相关，更关系到输电线路现场运行以及日常维护人员的工作量。因此，在实际的应用过程中，电力企业应当准确把握各种高压输电线路故障定位方法的特性和方法的问题，不断的进行研究、开发新技术，提高现有定位方法的可靠性以及准确性，为电力系统的安全可靠运行、提高供电的质量提供保障。

参考文献：

[1]王军.高压输电线路故障定位方法的比较与分析.科技致富向导. 2009（11）.

[2]李沛，钱亚磊.国内外高压输电线路故障定位方法的研究.煤矿机电. 2012（05）.

[3]陈诚，于磊.高压输电线路故障定位方法研究.工程技术，2010（11）.