高压输电线路故障测距方法对比
【摘 要】我国的电网进入了快速的建设阶段，电网规模的不断扩大，使输电线路也加快了建设的步伐，目前，输电线路开始向高压和超高压方向发展，所以高压输电线路的稳定运行对于电网的可靠性是具有非常重要的意义的。因此在高压输电线路运行过程中对其故障进行准确的判断是十分必要的。现高压输电线路的准确故障测距是保证电力系统安全稳定运行的有效途径之一。根据各测距算法采用的原理不同，将其分现有的故障测距方法按原理来分，基本上可以分为阻抗法、行波法、故障分析法。
【关键词】高压输电线路；故障测距；行波法；故障分析法
0.引言
高压输电线路的准确故障测距是从技术上保证电网安全、稳定和经济运行的重要措施之一，具有巨大的社会经济效益。输电线路故障测距按采用的线路模型、测距原理、被测量与测量设备等的不同有多种分类方法。根据测距原理分为阻抗法、故障分析法、行波法、双端行波故障测距法。
1.对输电线路故障测距的基本要求
1.1准确性
是对故障测距最重要的要求，没有足够的准确性就意味着测距失效。提高测距精度，应考虑故障点的过渡电阻、线路两侧的系统阻抗、线路的分布电容、线路不对称以及线路参数不准确等因素的影响。其中，过渡电阻的存在对采用单端电气量实现测距的装置会带来很大误差，因此，消除过渡电阻对测距的影响一直是值得注意的问题；电力系统所给定的系统阻抗很难与发生故障时的实际情况相一致，也会引起误差；而忽略线路的分布电容，采用集中参数模型来代替分布参数模型时，对长线路而言会产生较大误差；输电线路的参数由其结构决定，各相的自感、互感各不相同，对不换位线路而言会出现误差，应寻求更准确的计算方法；当线路参数的实际测量值不准确时，也会导致测距出现误差。
1.2可靠性
主要是指测距系统的不误动和不拒动。其中，不误动是指在输电线路发生故障或系统遇到各种干扰时，测距系统不会错误地发出测距指示信号；不拒动是当输电线路发生各种可能的永久性或瞬时性故障时，测距系统应能正确地动作，并给出正确的测距结果。
1.3经济性
测距系统应有较高的性价比，力求功能越来越完善，但成本越来越低。
1.4方便性
测距系统应便于调试和使用，并能在输电线路发生故障时自动给出测距结果。
2.高压输电线路故障精确测距原理应用
高压输电线路故障精确测距原理按采用的线路模型、测距原理、被测量与测量设备的不同，故障测距可以有多种分类方法，迄今为止， 高压输电线故障测距按原理主要分为两大类，一是行波法，二是故障分析法（又称阻抗法）。
行波故障测距法是根据行波传输理论来实现输电线路故障测距的方法，建立在下述基础之上，即行波在输电线路上有固定的传播速度（约等于光速）。根据这一特点，测量和记录线路故障时由故障点产生的行波到达母线的时间实现精确故障测距。行波法的特点是利用故障暂态行波的传送性质进行测距，较好地反映了故障发生时输电线路的实际情况，在原理上无疑是正确的。在系统运行方式确定，线路参数已知的条件下，当线路某处发生故障时线路两端的电压和电流均为故障距离的函数。故障分析法主要是利用线路故障时测量的工频电压、电流信号，通过分析和计算求出故障点的距离。
随着电力系统自动化水平的提高和通信技术的发展，相继提出了双端或多端测距方法。双端法利用了线路两端的电气量来进行故障测距，因此这类方法利用的信息比单端法多了一倍，其测距方程是确定性的、冗余的，在原理上可以实现精确故障测距，只是需要双端信息传递。
3.不同故障测距方法对比
3.1阻抗法
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，其前提是忽略线路的分布电容和漏电导。由于线路长度和阻抗成正比，因此可以求出由测距点到故障点的距离。
若从数据来源的角度划分，故障测距的方法可分为两大类：双端测距法和单端测距法。双端故障测距法是利用输电线路两端的电压和电流数据确定输电线路故障位置的方法。目前，许多故障测距装置采用双端数据的故障测距方法，由于需要将输电线路两端的数据放在一起，因此，此种方法需要较多的设备来传送数据，就我国目前的经济和技术水平而言，在许多地方还很难采用该方法。单端测距法是仅利用输电线路一端的电压、电流数据确定输电线路故障位置的一种方法。该方法仅需要一端数据， 所以设备的费用可大大降低。单端测距法的数据量比双端测距法少且不需远距离传送， 除了保证测距精度外，测距的可靠性增加。引起单端测距误差的主要因素是故障过渡电阻。当对端系统参数给定时，可以完全消除故障过渡电阻的影响；当对端参数变化时，一般故障过渡电阻越大，
测距误差也越大。
3.2行波法
行波故障测距法可分为：（1）A型，由行波波速与故障点产生的行波在故障点至测量端间往返的时间乘积来测距定位；（2）B型，利用通信通道获得故障点行波到达两端的时间差与波速乘积来测距定位；（3）C型，通过在发生故障的输电线路的某一边发出直流或高频脉冲，计算脉冲在故障点与发出端来回的时间来测距定位； （4）D型，利用故障产生的暂态初始行波浪涌到达线路两端测量点的时间之差计算故障点到两端测量点之间的距离[2]。简单来说，行波法就是根据行波初始波头到达两侧母线的时间差，或行波到达母线后反射到故障点，再从故障点反射到达母线的时间差来进行测距的一种算法。行波法的优点在于不受系统运行方式变化和过渡电阻的影响，但如果线路故障时刻只有很小的电压初相角（在0左右），产生的故障行波将会很不明显乃至于检测不到，最终无法测距定位故障点。
3.3故障分析法
根据系统在运行方式确定和线路参数己知的条件下，输电线路故障时测量装置处的电压和电流是故障距离的函数，利用故障录波记录的故障数据建立电压、电流回路方程，通过分析计算得出故障距离。
利用单端数据的故障分析法包括阻抗法、电压法和解方程法。阻抗法，是利用故障时在线路一端测到的电压、电流计算出故障回路的阻抗，其与测量点到故障点的距离成正比从而求出故障距离。解方程法是根据输电线路参数和系统模型，利用测距点的电压、电流，用解方程的方法直接求出故障点的距离。
3.4双端行波故障测距法
目前在电力输电线路上使用的测距方法有阻抗法、故障分析法和行波测距法。由于阻抗法易受过渡电阻等因素的影响，测距误差较大；故障分析法虽然精度高，但需要通讯联系，同时两侧要同步采样才能实现。利用行波理论实现测距，具有测距准确可靠且经济方便，己被应用在电力系统输电线路故障测距中。行波测距分为单端测距和双端测距。单端测距是利用故障点传向母线第一行波与故障点的反射行波之间的时间差计算故障位置。
由于，行波在各个一次设备、各条线路的连接处的反射、折射和衰减， 使得故障点反射行波波头的辨识变得复杂。双端测距是利用故障产生的初始行波第一波头到达线路两端的时刻进行计算，只须捕捉行波第一波头，不用考虑行波的反射和折射，行波波头的幅值点也就是信号的奇异点，易于通过小波变换获取该点对应的时刻，因此双端测距比单端测距精度高。
4.结语
故障测距算法是目前国内外在高压输电线路上广泛应用的方法种算法都有其故障定位的原理及算法，通过对目前常用的几种行波测距方法进行了分析比较。通过该故障测距装置能够准确测定高压输电线故障位置，缩短找寻故障点的时间，对保证电网安全、可靠、稳定，使有关人员以最小的人力、物力排除故障，消除隐患，同时提高电力系统的供电可靠性和运行稳定性，具有巨大的社会和经济效益。
