输电线路故障测距(精选.)

输电线路故障测距的研究

入学年级：2014秋

学生姓名：范晓晨

电气工程及其自动化

学号：142512*********

所学专业：电气化及其自动化

东北农业大学

中国·哈尔滨

2016年11月

摘要：对高压架空输电线路进行准确的故障测距是保障电力系统安全稳定运行的有效途径之一。为此，文章全面地介绍了国内外在此方面的研究现状。根据各种测距算法采用的原理不同，将现有的各种测距算法分为阻抗法、故障分析法、和行波法。阻抗法是根据故障时测量到的电压、电流量而计算出故障回路的阻抗，由于线路长度与阻抗成正比，因此便可求出由装置装设处到故障点的距离；故障分析法是利用故障时记录下来的电压、电流量，通过分析计算，求出故障点的距离；行波法是根据行波传输理论实现输电线路的故障测距方法，按其原理可分为A、B、C型3种方法，然后利用小波变换对输电线路故障测距进行模拟仿真。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：故障测距；行波；输电线路；小波变换

1. 概述

高压输电线路是电力系统的命脉，它担负着传送电能的重任。同时，它又是系统中发生故障最多的地方，并且极难查找。因此，在线路故障后迅速准确地把故障点找到，不仅对及时修复线路和保证可靠供电，而且对电力系统的安全稳定和经济运行都有十分重要的意义。

根据故障测距装置的作用，对它提出以下几点基本要求[1]。

1)可靠性

2)准确性

3)经济性

4)方便性

目前已有的输电线故障测距装置按其工作原理可以分为以下几种。

1)阻抗法

2)故障分析法

3)行波法

本论文的主要工作如下：

1）对基于电气量的输电线路故障测距进行研究。

2）了解输电线路行波的产生和传播原理、电力系统故障分析。

3）具体掌握基于行波法的输电线路故障测距原理，利用小波变换对行波突变点检测进行研究，并对输电线路故障测距进行模拟仿真。

4）总结并对输电线路故障测距应用前景进行了展望。

2 阻抗法

图2-1 单相线路内部故障

设m 端为测量端，则测量阻抗可表示为

Z ZD R I I ZD I U Z mF F m

F mF m

m m ∆+=+

==

•

•

••

(2-1)

3 故障分析法

由图2-1可写出下列电压方程

F F mF m m R I ZD I U •

•

•

+= (3-1)

由于故障点与m 端电流的故障分量之间存在以下关系

•

•

•

•

=-=F M mH m mg I C I I I (3-2)

将式(3-2)代入式(3-1)可得

M

mg F

mF m m C I R ZD I U •

•

•+= (3-3)

将式(3-3)两端分别乘以•

mg I 的共轭复数*

mg I 可写出

2

••

•••+=mg M

F mF

mg m mg m I C R ZD I I I U (3-4) 对上式两端取虚部，经整理即可求出

•

•

=

]

Im[]Im[mg m M mg m M mF I I Z C I U C D (3-5) 4. 行波法故障测距

4.1 行波法的概述

行波法的原理早已在上个世纪50年代提出，可分为A 、B 、C 型三类。 1) A 型测距

A 型行波测距方法是利用故障产生的行波进行单端测距的方法。在线路发生故障

时，故障点产生的电流（电压）行波在故障点与母线之间来回反射，根据行波在测量点与故障点之间往返一次的时间和行波的波速来确定故障点的距离。下面以金属性接地为例，说明A 型行波测距的原理。

2) B 型测距

B 型测距原理见图3-3，设被测线路的波行时间为τ，由故障点到m 端，n 端的波行时间分别为m τ，n τ， 显然n m τττ+=。在线路m ，n 两端各设有起动元件，在故障点方向来的行波波头到达时，起动元件动作。在m 端的起动元件动作后开始计时，设为Q t ；在n 端的起动元件动作后，启动发信机发信。设在T t 时收信机有输出，停止计时，由此可确定出故障点的位置。设故障时刻为0t ，两侧起动元

图4-1 B 型行波法测距原理示意图

件的动作时间为D t ，n 端起动发信到m 端收信机输出的时间为C t

，则：

)(2

1

C Q T n t t t --=τ (4-1)

于是故障点到n 端的距离为

)(2

C Q T n nF t t t v

v D --=

=τ (4-2) 式中行波速度是已知的，时间C t 可事先测定，Q T t t -是计数器记录的时间。

3) C 型测距

C 型测距法是根据脉冲反射测距原理提出[2]-[4]，见图3-4。当线路F 点发生故障时，测距装置起动，向线路发出探测脉冲，探测脉冲以速度v (接近光速)沿线路传播，到达故障点F 时，由于波阻抗发生变化，产生反射脉冲，反射脉冲返回测距装置。则故障点到测距装置的距离为：

x t v

x 2

=

(4-3)

测距装置x

F

m n

图4-2 C型行波法测距原理示意图

4.1.1 行波信号源

为了实现行波测距，首先要有行波信号源[5]。根据行波法进行故障测距的信号源有两种，其一是外加信号，另一是利用故障时产生的信号，前者用于C型测距仪，后者用于A和B型测距仪中。

4.1.2 行波信号的提取方法

目前提取行波信号的方法有[6]：

1) 利用高频通道的耦合设备

2) 专用线性耦合设备

3) 利用电压或电流互感器

4.1.3 行波测距法存在的缺陷

纵观现有的行波测距方法，特别是新型测距方法，尚有几个问题有待解决：

1) 线路两端非线性元件的动态时延[7]

2) 参数的频变和波速的影响因素

3)行波到达时间。

4)行波反射波的识别。

5) 采用全球卫星定位系统（GPS）的成本较高

4.2 线路故障的行波过程

4.2.1 波动方程

图4-4 单导线等值电路