行波測(cè)距技術(shù)在輸電線路上的應(yīng)用

楊軍

行波測(cè)距技術(shù)在輸電線路上的應(yīng)用

楊軍

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司大理供電局，云南 大理 671000）

近年來(lái)，中國(guó)的電力系統(tǒng)發(fā)展非常快，體現(xiàn)在輸電線地理環(huán)境復(fù)雜、高壓線路增多以及輸電距離增大等方面。面對(duì)迅速發(fā)展的電力系統(tǒng)，需要對(duì)線路故障予以全面排查，讓供電系統(tǒng)維持在穩(wěn)定的狀態(tài)之中，并維護(hù)電網(wǎng)安全。實(shí)踐證明，不斷發(fā)展的行波測(cè)距技術(shù)在促進(jìn)故障測(cè)距準(zhǔn)確度的提高，讓電網(wǎng)安全得到有效維護(hù)方面發(fā)揮了重要作用。結(jié)合工作實(shí)踐，就行波測(cè)距技術(shù)在輸電線路上的應(yīng)用展開(kāi)了詳細(xì)探討，以供參考。

行波測(cè)距技術(shù)；輸電線路；行波測(cè)距法；停電

逐漸擴(kuò)張的電力系統(tǒng)規(guī)模，使得中國(guó)遠(yuǎn)距離輸電線路得到了極大的提升，尤其是在夏季，經(jīng)常出現(xiàn)各種惡劣天氣，比如雷雨、大風(fēng)等，進(jìn)而越來(lái)越暴露出電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定問(wèn)題[1]。在線路出現(xiàn)故障時(shí)，如果可在第一時(shí)間對(duì)故障做出準(zhǔn)確定位，便能夠很快把絕緣隱患找到，盡早進(jìn)行防范，使其運(yùn)行更加可靠，把因停電帶來(lái)的損失有效減少，以在最快的時(shí)間內(nèi)找到線路發(fā)生故障的位置，顯著節(jié)省人力和物力。由此可見(jiàn)，從技術(shù)上確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一項(xiàng)重要措施就是準(zhǔn)確的故障定位，其擁有的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益非常大。

與高壓輸電線故障定位相關(guān)的問(wèn)題在很早之前便有學(xué)者進(jìn)行了研究，尤其是在計(jì)算機(jī)計(jì)算的不斷普及下，以及微機(jī)保護(hù)和故障錄波裝置的大量運(yùn)用，更是讓故障測(cè)距的實(shí)用化進(jìn)程加快，現(xiàn)階段，根據(jù)原理劃分高壓輸電線路故障定位方法可分為三大類，即阻抗法、故障分析法和行波法。早期國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)就是以微機(jī)或微處理裝置為基礎(chǔ)的故障測(cè)距方法阻抗法和故障分析法，而現(xiàn)階段新的研究熱點(diǎn)落在了行波法上。

1 概述

早在20世紀(jì)中期，人們就開(kāi)始從理論方面研究行波故障測(cè)距技術(shù)，且借助一系列工作，比如時(shí)域、頻域間數(shù)模轉(zhuǎn)換、暫態(tài)數(shù)值計(jì)算等，更清晰地認(rèn)識(shí)了諸多與其相關(guān)的因素，并通過(guò)總結(jié)理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，讓對(duì)輸電線路的故障測(cè)距最終實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)了故障檢查速度的大大提升。而從特點(diǎn)上來(lái)說(shuō)，行波測(cè)距法的優(yōu)勢(shì)較多，包括投資較小、通道可靠性較高、能夠快速傳輸數(shù)據(jù)，安全有效地解決問(wèn)題等。除此之外，利用設(shè)置主站，可將相關(guān)程序設(shè)置的作用發(fā)揮出來(lái)，在最短時(shí)間內(nèi)交換雙端故障測(cè)距后的數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)街髡就瑫r(shí)展開(kāi)分析，進(jìn)而使足不出戶的目的真正實(shí)現(xiàn)，對(duì)故障實(shí)施全程監(jiān)控。且第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)能夠使故障檢查時(shí)間大大縮短，確保后期維修工作，并使檢查成本得到節(jié)省，促進(jìn)電力運(yùn)行安全可靠性的大幅提高。

2 常見(jiàn)故障測(cè)距方法

2.1 阻抗法

所謂阻抗法，即將測(cè)量到的電壓和電流結(jié)合起來(lái)對(duì)故障回路的阻抗予以計(jì)算，并按照線路長(zhǎng)度和阻抗成正比的關(guān)系對(duì)故障距離做出估算[2]。按照算法盡心劃分，阻抗法可分為兩類，即單端數(shù)據(jù)和雙端數(shù)據(jù)。前者的測(cè)距算法因?yàn)槭苣M技術(shù)諸多缺陷的影響，加之只對(duì)線路單側(cè)電流、電壓信號(hào)予以采用，所以在雙側(cè)電源系統(tǒng)中，其測(cè)量精度在過(guò)渡阻抗與對(duì)側(cè)助增電流的影響下缺乏良好的定位精度；而后者的測(cè)距算法則對(duì)精確的分布參數(shù)模型予以采用，但還需要進(jìn)一步數(shù)據(jù)同步與波形鑒別等。

2.2 故障分析法

故障分析法則是通過(guò)故障時(shí)所記錄的電壓、電流，經(jīng)過(guò)分析將故障點(diǎn)的距離計(jì)算出來(lái)。如果確定了系統(tǒng)運(yùn)行方式，已知線路參數(shù)，則在線路某處發(fā)生故障時(shí)，故障距離的函數(shù)就包括線路兩端的電壓與電流。此種方法即借助線路故障時(shí)測(cè)量的電壓與電流，通過(guò)分析與計(jì)算把故障點(diǎn)的距離求出來(lái)。如今，故障分析方法經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展，已經(jīng)成為模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)方法。

2.3 行波測(cè)距法

所謂行波測(cè)距法，即在將輸電線路分布參數(shù)考慮到的情況下，借助線路故障時(shí)所產(chǎn)生的行波信號(hào)并對(duì)其分析，之后再展開(kāi)計(jì)算的一種方法，其是通過(guò)實(shí)時(shí)跟蹤故障后線路中產(chǎn)生的暫態(tài)行波，并對(duì)其在故障點(diǎn)與母線之間來(lái)回運(yùn)動(dòng)一趟所需要的時(shí)間予以記錄，或者計(jì)算故障行波到達(dá)母線兩端的時(shí)間差與行波波速的乘積將故障位置掌握。如今，已發(fā)展為6種類型，分別是A、B、C、D、E、F，其中單端行波測(cè)距法即中A、C、E、F型，其余則為雙端行波測(cè)距法。

單端行波測(cè)距法中的一項(xiàng)重要技術(shù)就是將初始行波到達(dá)母線測(cè)量端的時(shí)刻以及其從故障點(diǎn)反射回來(lái)到達(dá)測(cè)量母線端的時(shí)刻準(zhǔn)確測(cè)出，或者是對(duì)初始行波到達(dá)母線測(cè)量端的時(shí)刻和從對(duì)端母線反射回測(cè)量端的時(shí)刻予以準(zhǔn)確測(cè)量。

而雙端行波測(cè)距法的核心技術(shù)即通過(guò)對(duì)兩端母線處安裝的測(cè)距裝置予以利用，來(lái)把故障行波分別到達(dá)兩端母線的初始時(shí)刻記錄下來(lái)，借助這兩個(gè)初始時(shí)刻值的差值把故障位置計(jì)算出來(lái)。

通常，雙端行波測(cè)距法的測(cè)距精度較為準(zhǔn)確，受影響較小，諸如故障位置、故障類型、接地電阻、線路長(zhǎng)度等均不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，但行波故障測(cè)距的精度卻會(huì)受到線路長(zhǎng)度對(duì)波頭的影響、行波波速的選擇以及故障時(shí)刻的準(zhǔn)確提取問(wèn)題等因素的影響[3]。

3 行波測(cè)距法在500 kV輸電線路的應(yīng)用

3.1 行波測(cè)距技術(shù)在500 kV輸電線路的應(yīng)用現(xiàn)狀

如今，輸電線路故障測(cè)距中使用頻率較高的一種測(cè)距技術(shù)就是行波測(cè)距技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)較多，包括操作簡(jiǎn)單、設(shè)備費(fèi)用低廉、計(jì)算簡(jiǎn)單、具有較高的準(zhǔn)確度等。而行波采集與處理系統(tǒng)、行波的綜合分析系統(tǒng)、遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)四個(gè)部分共同構(gòu)成了現(xiàn)代行波故障測(cè)距系統(tǒng)[4]。

現(xiàn)階段，500 kV已經(jīng)在南方電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了廣泛運(yùn)用。EFI2010雙端行波測(cè)距裝置指的是利用雙端行波測(cè)距，對(duì)定輸電線路存在的故障信號(hào)予以檢測(cè)，進(jìn)而將故障行波傳輸?shù)骄€路兩端的具體時(shí)間計(jì)算出來(lái)，這樣便能確定發(fā)生故障的部位，同時(shí)測(cè)距誤差不超過(guò)500 m。其次，背景超高壓公司35條500 kV線路，將MIS網(wǎng)組網(wǎng)工作和行波測(cè)距技術(shù)順利完成了，融入系統(tǒng)后，在線路跳閘后的短短幾分鐘就可向測(cè)控中心傳送到故障點(diǎn)和波形數(shù)據(jù)，進(jìn)而由更多的時(shí)間進(jìn)行輸電電路的排查與故障搶修，促進(jìn)了供電穩(wěn)定性與可靠性的提高，并降低停電造成的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。

3.2 工作方法

通常而言，500 kV輸電線路測(cè)距系統(tǒng)的構(gòu)成部分主要有一個(gè)測(cè)距主站和多個(gè)測(cè)距終端，如果輸電線路具有較大的規(guī)模，則測(cè)距主站的組成部分較多，綜合分析區(qū)域信息，通過(guò)主站顯示屏，測(cè)距主站的相關(guān)工作人員可以獲得測(cè)距結(jié)果，進(jìn)而全程將測(cè)距工作掌控好。

3.3 工作原理

就測(cè)距終端工作職能而言，主要包括行波信號(hào)轉(zhuǎn)換、故障的檢測(cè)和判斷，同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)項(xiàng)測(cè)距主站。測(cè)距主站可以對(duì)各個(gè)測(cè)距終端的故障數(shù)據(jù)予以接收，并展開(kāi)處理，之后把故障數(shù)據(jù)分析的定位結(jié)果顯示出來(lái)，并保存好，除此之外還能夠打印有關(guān)文件，包括數(shù)據(jù)、波形變化等。測(cè)距主站能夠?qū)Ω鳒y(cè)距終端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，同時(shí)可以在不同測(cè)控總站中共享資源，進(jìn)而促進(jìn)測(cè)距速度的有效提高，有更多的時(shí)間將輸電線路故障排除[5]。

3.4 具體計(jì)算方法

綜上所述，行波傳輸理論是行波法的基礎(chǔ)，借助電流行波和電壓在線路中的時(shí)間進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算距離電壓。同時(shí)，在輸電線路之中，電流行波在傳輸速度方面屬于固定的，和光速接近。當(dāng)輸電線路出現(xiàn)故障后，測(cè)定故障產(chǎn)生的行波與母線間的時(shí)間，進(jìn)而得出最終的故障點(diǎn)，結(jié)合上述原理，通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算就可將故障距離計(jì)算出來(lái)，主要包含以下內(nèi)容：

單端法的計(jì)算公式：

式（1）中：為行波傳播速度；△為行波第一次到達(dá)測(cè)量端與行波從故障點(diǎn)返回到測(cè)量端的時(shí)間差。

4 工作展望

行波測(cè)距技術(shù)這一故障測(cè)距方法具有非常強(qiáng)的可操作性以及很高的測(cè)距精度，在故障排除的實(shí)際操作中優(yōu)勢(shì)十分明顯。該種方法相較于其他類型的故障測(cè)距方法來(lái)說(shuō)，其兩種方法（單端法和雙端法）的測(cè)量水平精度都很高，進(jìn)而有效節(jié)省了大規(guī)模線路巡查的寶貴時(shí)間，并確保輸電線路故障排查工作有據(jù)可依。現(xiàn)階段，全球定位系統(tǒng)得到了大力普及，信息技術(shù)發(fā)展速度日益加快，電力工作人員在進(jìn)行故障測(cè)距和排除工作中，需將計(jì)算機(jī)所具備的作用全面地運(yùn)用起來(lái)，進(jìn)而促進(jìn)工作效率的全面提升，讓人力、財(cái)力、物力得到大大節(jié)約，并積極引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力，并立足于實(shí)踐推動(dòng)行波測(cè)距技術(shù)的發(fā)展，以強(qiáng)大的電力支持推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的更好發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從理論上說(shuō)，故障電阻、兩側(cè)系統(tǒng)和線路類型不會(huì)對(duì)行波法測(cè)距的精度以及可靠性造成影響，而這也是長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)研究的重要課題。特別是不斷出現(xiàn)的全球定位系統(tǒng)、小波理論和其在工程中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了暫態(tài)行波信號(hào)提取效率的最佳化，使兩端數(shù)據(jù)的同步過(guò)程更加簡(jiǎn)化，確保了時(shí)間同步的精度性，為行波測(cè)距提供了更加可觀的研究前景。現(xiàn)行的各種測(cè)距算法既有優(yōu)點(diǎn)，也有缺點(diǎn)，在500 kV超高壓輸電網(wǎng)絡(luò)中，行波測(cè)距法原理簡(jiǎn)單、先進(jìn)，外部因素不會(huì)對(duì)其測(cè)距精度造成較大的影響，單端、雙端測(cè)距的精度能夠達(dá)到較高的程度，從而在未來(lái)得到進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

［1］徐亮，宋巍.500 kV輸電線路行波測(cè)距單端波形研究及應(yīng)用［J］.華北電力技術(shù)，2010（8）：1-4.

［2］孟榮，張志昊，褚罡.線路行波測(cè)距在500 kV變電站的應(yīng)用分析及改進(jìn)措施［J］.華北電力技術(shù)，2012（3）：30-32.

［3］劉巍，徐亮，李佩軍.行波測(cè)距技術(shù)在500 kV輸電線路上的應(yīng)用及實(shí)例分析［G］//京津冀晉蒙魯電機(jī)工程（電力）學(xué)會(huì)第十六屆學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集.泰安：京津冀晉蒙魯電機(jī)工程（電力）學(xué)會(huì)第十六屆學(xué)術(shù)交流會(huì)，2006：37-41.

［4］汪敏.小波變換在輸電線路行波故障測(cè)距中的應(yīng)用［D］.北京：華北電力大學(xué)，2014.

［5］周東，鄧清，毛鵬.江西電網(wǎng)500 kV輸電線路行波測(cè)距系統(tǒng)運(yùn)行分析［J］.江西電力，2015（3）：45-48.

TM75

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.22.064

2095－6835（2019）22－0152－02

〔編輯：張思楠〕