高壓輸電線路單端行波故障測距方法研究

摘 要：單端行波故障測距技術(shù)應(yīng)用在高壓輸電線路中具有高實(shí)用性、高可靠性，高精確性和低投入性，在輸配電線路故障測距應(yīng)用中具有非常好的發(fā)展前景。本文提出的高壓輸電線路上的單端行波故障測距算法不被暫態(tài)行波波速所影響，利用從故障點(diǎn)處出發(fā)到達(dá)檢測母線的不同方向不同類型的暫態(tài)行波波頭與極性的特性關(guān)系和時(shí)序關(guān)系定位故障區(qū)間和計(jì)算故障距離參數(shù)，通過構(gòu)建高壓輸電線路4個(gè)故障區(qū)間進(jìn)行不受行波傳輸速度影響的算法實(shí)現(xiàn)高壓輸電線路故障測距。

關(guān)鍵詞：高壓輸電線路；單端測距；暫態(tài)行波；故障定位

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.159

0 引言

一直以來，由于缺少精確、可靠的故障定位技術(shù)，電力線路故障點(diǎn)的查找十分困難。目前應(yīng)用較為成熟的故障定位方法主要有兩種，阻抗法：通過測量阻抗來計(jì)算故障距離；行波法：通過測量電壓、電流行波在線路上傳播的時(shí)間計(jì)算故障距離。其中阻抗法測距誤差大，受多種因素影響，故障點(diǎn)弧光電阻、電源阻抗、線路不對稱影響、線路走廊地形變化，引起零序參數(shù)變化等都會使測距結(jié)果產(chǎn)生較大誤差[1]。

1 故障線路的暫態(tài)行波特征

高壓輸電線路的故障處暫態(tài)行波的反射、折射系數(shù)與母線端接線方式有密切聯(lián)系，根據(jù)輸電線路母線類型可分為3類：一類母線的出線數(shù)為1且?guī)в猩龎夯蚪祲鹤儔浩?；二類母線的出線數(shù)為2且不限帶變壓器；三類母線的出線數(shù)大于或等于3且不限帶變壓器。高壓故障線路的暫態(tài)電壓、電流行波在傳播過程中遇特征阻抗發(fā)生變化時(shí)，會在該處產(chǎn)生折射和反射效應(yīng)，故障線路的電壓和電流行波數(shù)值會受母線端的出現(xiàn)數(shù)影響。

根據(jù)高壓輸電線路的故障點(diǎn)處的初始折射、反射行波分類如下：

（1）母線與故障點(diǎn)間的往返反射波；

（2）從母線反射的行波回到故障處的折射波；

（3）從母線到達(dá)故障處來回反射的行波再到達(dá)母線的透射波；

（4）第2類行波從故障點(diǎn)透射到達(dá)母線再通過故障點(diǎn)的反射波；

（5）第1類行波從故障點(diǎn)透射到達(dá)母線再經(jīng)故障點(diǎn)回母線的透射波。

假設(shè)有一段全長為的高壓無損輸電線路，在時(shí)刻發(fā)生故障，故障結(jié)點(diǎn)與母線之間的距離為，故障處的各個(gè)暫態(tài)初始折射、反射行波到達(dá)端的時(shí)刻依次為，，…，等，則高壓輸電線路母線測量端的暫態(tài)電壓行波和暫態(tài)電流行波其分別為[2]：

（1）

（2）

由上式（1）和（2）可知，故障線路暫態(tài)電壓、電流行波的幅值與母線端的出線數(shù)目有直接聯(lián)系。其中，暫態(tài)電壓行波的幅值隨著母線端的出線數(shù)的增大而減小，而暫態(tài)電流行波的幅值隨著母線端的出線數(shù)的增大而增大。

按照行波折反射的規(guī)律，在（指初始行波經(jīng)故障點(diǎn)至測量端的時(shí)間）時(shí)間范圍，將故障區(qū)域分為表1所示的4個(gè)區(qū)間以及行波類別。

2 單端行波故障測距算法

2.1 三相參量相模轉(zhuǎn)換

為避免三相高、中壓輸電線路間存在的耦合對測距算法產(chǎn)生影響，應(yīng)先將三相暫態(tài)行波各個(gè)分量解耦成為相互獨(dú)立的分量實(shí)現(xiàn)相模轉(zhuǎn)換：

（3）

式中：三相高壓電流經(jīng)過凱侖貝爾變換后的模、模和零模分量，其中，在相與相線路之間傳播的模分量、在相與相線路之間傳播的模分量都只能在輸電線導(dǎo)體間傳播，而零模分量可在三相導(dǎo)體和大地間傳播。

2.2 故障測距算法

假設(shè)故障發(fā)生從初始時(shí)刻開始，初始暫態(tài)電流行波、第1或者第2類行波以及第1 、第2或者第3類行波到達(dá)端的時(shí)刻分別為，，…，等?？稍賹⑵湓偌?xì)分為，，，四個(gè)子區(qū)段。本文利用測量母線端的4個(gè)左右的時(shí)刻計(jì)算暫態(tài)行波平均波速及故障距離，各個(gè)區(qū)段測距算法推導(dǎo)如下：

根據(jù)以上4個(gè)區(qū)間的分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，故障距離只與線路長度和時(shí)刻有關(guān)，與行波速度無關(guān)，故此測距方法不受暫態(tài)行波波速影響，可直接應(yīng)用于高壓輸電線路的故障定位測距。

3 結(jié)語

本文利用單端行波測距技術(shù)將整條高壓輸電線路分為4個(gè)線路長度子區(qū)間，結(jié)合到達(dá)行波測量端的行波波頭時(shí)刻和極性的組合對發(fā)生故障的全過程進(jìn)行判斷分析，推導(dǎo)出了對應(yīng)的4個(gè)線路長度區(qū)間的不受暫態(tài)行波波速影響的故障測距算法。

參考文獻(xiàn)：

[1]位韶康，陳平，姜映輝.一種不受波速影響的單端行波測距方法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013（13）.

[2]覃劍，彭莉萍，王和春.基于小波變換技術(shù)的輸電線路單端行波故障測距[J].電力系統(tǒng)自動化，2005（19）.

作者簡介：田棟文（1987-），男，土家族，湖北宣恩人，碩士，研究方向：智能電網(wǎng)與智能控制。