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1、电力系统输电线路故障测距方法研究摘要：本文首先全面地介绍了故障测距在国内外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法、阻抗法、故障分析法以及智能法，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。 其次设计了一套高压输电线路新型故障测距装置，该测距装置采用专门设计的高速采样单元捕获暂态电流行波信号，采用全球定位系统GPS为线路两端提供精度高达的统一时标,从而可实现高精度的双端行波法测距。 为了验证本论文提出的故障定位方法的可行性，通过分析研究，其结
2、果说明本系统的实验方案确实可行。理论和仿真结果表明，本文所作的工作提高了行波故障测距在不同线路结果情况下的适应性、精度和可靠性。关键词：输电线路；故障测距；电力系统；行波；全球定位系统(GPS)Research about the measure of fault location in power system transmission lineAbstract：The development and general situation of the research in this field in China and in other countries is introduced in
3、 this paper. All the existing algorithms can be classified into 4 main methods those are traveling wave location, impedance location, fault analysis location and Intelligence location .Then the principle and application condition of each algorithm are presented and discussed. Based on the analysis a
4、nd comparison of each algorithm, the corresponding merits and application limitation are concluded.In this article, a new design scheme of the fault locator for HV transmission lines is presented. By using high-speed data acquisitioning unit designed specially to capture traveling waves of transient
5、 current, using Global Positioning System (GPS) to supply high precise time tagging for both ends and using wavelet transform theories to identify the head of the traveling waves, the fault locator can realize high precise double-ended traveling waves location. At the same time, using two-terminal v
6、oltages and currents sampled by the medium-speed sampling and processing unit synchronized by the Pulse Per Second (1PPS) of GPS, can realize accurate double ended steady state location. In order to verifying the feasibility of the fault location method, which is presented in this thesis, the experi
7、ment is performed based on the locale condition. The result shows that the experimental scheme of this thesis is feasible. The analysis and simulation results indicate that the studies in this dissertation can improve the accuracy, reliability and adaptability of traveling wave fault location.Keywor
8、ds: power transmission line; Traveling wave; power system；Global Positioning System (GPS) ；fault location第1章 绪 论1.1 引言电能作为洁净的二次能源，在当代社会的能源比重原来越发挥着它不可替代的作用。电力行业是国民经济的支柱产业，优质可靠的电力供应是现代化社会持续稳定发展的重要保证。因此，保证电力系统运行的安全性，可靠性，快速性等至关重要。而输电线路负担着传送电能的重要任务，是电力系统的经济命脉，其故障直接威胁到电力系统的安全运行，同时也是电力系统中发生故障最多的地方。1.2 输电线路
9、的背景和意义随着我国电力行业的飞速崛起，现代电力系统结构的日益复杂，输电线路的输送容量和电压等级不断提高，远距离输电线路日益增多，输电线路故障对电力系统运行，工农业生产和人民日常生活的危害也与日俱增。所以，及时排除输电线路故障并及时排除各种隐患，不仅对修复电路和保证持续可靠供电，而且对保证整个电力系统的安全稳定和经济运行都有是有十分重要的意义1。电力系统输电线路上经常发生各种短路故障，在故障点有些故障比较明显，容易辨别，有些故障则难以发觉，如在中性点不接地系统发生单相接地故障时，由于接地电流小，所以在故障点造成的损害小，当保护切除这一故障后，故障点有时很难查找，但这一故障点由于绝缘已经发生变化
10、，相对整个线路来讲比较薄弱，很可能就是下次故障的发生地，因此，仍然需要尽快找到其位置。其次，输电线路穿越的地形复杂，气候恶劣，特别是远距离输电线路，难免要穿越山区，沙漠这些人迹罕至的偏僻地带，交通十分不便。再者，多数故障往往发生在风雪，雷雨等较为恶劣的天气中发生。另外，我国电力系统的巡线装备简陋，使得故障测距的准确度，对故障巡线工作起了关键性的作用2。概况起来，输电线路故障测距的意义主要包括以下几个方面：（1） 对于永久性故障，准确的故障测距结果能够帮助巡线人员快速查找故障点，及时排除故障，快速恢复供电，提高供电可靠性和连续性，减少停电带来的巨大经济损失和巡线所耗费的大量人力、财力、物力。（2
11、） 对于瞬时性故障，准确的故障测距有助于分析故障原因，发现绝缘隐患，从而采取积极的预防措施，避免形成永久故障，节约检修时间和费用。（3） 如果故障测距算法精度高，运算量小，那么故障测距本身就可以作为距离保护的元件，从而对提高保护性能、保证系统安全运行有重要的意义。1.3 输电线路故障测距研究的发展和现状1.3.1 故障测距的发展和分类 长期以来，输电线路故障测距的研究一直受到学术界和电力工业部门的重视。早在1955年前，经统计有关故障测距的文献就有120多篇。在五十年代中后期，人民就开始了利用行波对架空线路的故障测距研究。六十年代的中期，人们对多传输的行波传输规律有了较为深刻的认识，加上电子技
12、术的发展，进一步促进了行波测距的发展。七十年代以来，随着计算机技术在电力系统的应用，尤其是微机保护和故障录波装置的开发和运用，加速了故障测距技术的实用化的进程。于此同时，故障测距算法也得到了较快的发展。1979年M.T.Sant和Y.G.Paithanka首次提出了利用一端电压和电流的适用于单端电源系统的故障定位方法。1982年Takagi和1983年A.Wisznicwski先后提出利用故障前后的电气量，将电力网络分解成正常状态网络和故障分量网络，考虑负荷电流的影响，并且求取故障分量电流分布系数解决两侧系统阻抗的影响。1985年L.Eriksson考虑了系统的运行方式变化的影响，提出了远端馈
13、入补偿算法，应用解二次方程的方法求解故障距离。1988年Sachdev和Agaral提出了最早的双端测距思想。国内从八十年代也开始了故障测距的研究。利用暂态行波对输电线路的故障测距进行了深入的研究，促进了行波测距的应用和发展。对另外对单端故障测距进行了系统的研究，对双端测距、T型线路、直配线路等进行了全面的研究。故障测距又称故障定位，对于输电线路来说，是指在线路发生故障后，根据不同的故障特征，迅速准确地测定出故障点的位置。现有的故障测距算法按其工作原理可以分为行波法、阻抗法、故障分析法、智能化测距法。由于阻抗法和故障分析法本质上没有区别，都是分析短路后的故障特征量，利用短路计算的逆运算求解故障
14、距离。因此把阻抗法和故障分析法统称为故障分析法。1.3.1.1 行波法 行波法是根据行波理论现实的测距方法，始于上个世纪五十年代，随着六十年代多传输线的行波传播规律的更为深入的研究和计算机技术的应用，行波测距的理论和技术得到了长足的发展，行波测距的装置现已广泛应用于电力系统。行波测距方案可分为A、B、C三类。A型测距原理是根据测量点到故障点往返一次的时间和行波波速确定故障点的距离。这个测距装置比较简单，只能装置在一端，不要求和线路对侧进行通信联系。不受过渡电阻影响，可以达到较高的精度。但是，A型测距要求记录行波波形，而故障暂态信号只持续很多的时间，为保证有足够的精度，应采用足够高的采样率，因此
15、A型行波测距对硬件要求比较高。B型测距是根据故障点产生的行波到达线路两端的时间并借助于专用通道的通信联系实现测距的。由于这种测距装备利用的是故障点产生的行波第一次到达两端的信息，因此不受故障点投射波的影响，实现起来困难较小。但是B型测距对通道有高要求，使得投资巨大，目前难以在国内广泛采用。C型测距装置是故障发生后由装置发射高压高频或直流脉冲，根据高频脉冲由装置到故障点往返时间进行测距。这个装置的工作原理和雷达相同，只是行波沿电力线路传播而已。对于瞬时性故障，C型测距靠人为施加雷达信号往往测不到故障。另外，高压脉冲信号发生器造价昂贵。由于通道技术条件的限制，高压脉冲信号强度不能太高，故障点反射脉
16、冲往往很难与干扰相区别，种种因素都限制了C型测距的发展。1.3.1.2 故障分析法 故障分析法依据电压电流的测量值，通过故障分析根据各种特征构造各种原理（如阻抗与距离成正比，用两端数据计算到的故障点电压相等，过渡电阻的纯阻性等）的测距方程，进行故障测距。事实上，在线路参数已知的情况下，输电线路某处发生故障时，线路两端的电压电流均为故障距离的函数，其实质是短路电流的逆运算。故障分析法由于简单易行，对设备要求较低，投资小，获得了广泛的运用。早起的故障分析方法主要是利用单端电气量的测距算法，常见的单端算法主要有工频阻抗法3，解微方程算法4，零序电流相位修正法5，故障电流相位修正法5,6，解二次方程法7,8，对称分量法9，解一次方程法10，网孔方程法11。上述单端测距算法都无法从
