如何在輸電線路中測量故障距離

根據(jù)原理的不同，輸電線路故障測距的主要方法分為三類：故障錄波分析法、阻抗法、和行波法。

1.故障錄波分析法

故障錄波分析法利用故障時(shí)記錄得到的各種電氣量，事后由技術(shù)人員進(jìn)行綜合分析，得到故障位置。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，故障錄波分析法可以通過自動化設(shè)備快速完成。但該方法會受到系統(tǒng)阻抗和故障點(diǎn)過渡阻抗的影響，而導(dǎo)致故障測距精度的下降。

2.阻抗法

阻抗法建立在工頻電氣量的基礎(chǔ)上，通過建立電壓平衡方程，利用數(shù)值分析方法求解得到故障點(diǎn)和測量點(diǎn)之間的電抗，由此可以推出故障的大致位置。根據(jù)所使用電氣量的不同，阻抗法分為單端法和雙端法兩種。

對于單端法，簡單來說可以歸結(jié)為迭代法和解二次方程法。迭代法可能出現(xiàn)偽根，也有可能不收斂。解二次方程法雖然在原理和實(shí)質(zhì)上都比迭代法優(yōu)越，但仍然有偽根問題。此外，在實(shí)際應(yīng)用中單端阻抗法的精度不高，特別容易受到故障點(diǎn)過渡電阻、對側(cè)系統(tǒng)阻抗、負(fù)荷電流的影響。同時(shí)由于在計(jì)算過程中，算法往往是建立在一個(gè)或者幾個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)之上，而這些假設(shè)常常與實(shí)際情況不一致，所以單端阻抗法存在無法消除的原理性誤差。但單端法也有其顯著優(yōu)點(diǎn)：原理簡單、易于實(shí)用、設(shè)備投入低、不需要額外的通訊設(shè)備。

雙端法利用線路兩端的電氣信息量進(jìn)行故障測距，以從原理上消除過渡電阻的影響。通常雙端法可以利用線路兩端電流或兩端電流、一端電壓進(jìn)行測距，也可以利用兩端電壓和電流進(jìn)行故障測距。理論上雙端法不受故障類型和故障點(diǎn)過渡電阻的影響，有其優(yōu)越性。特別是近年來GPS設(shè)備和光纖設(shè)備的使用，為雙端阻抗法的發(fā)展提供了技術(shù)上的保障。雙端法的缺點(diǎn)在于：計(jì)算量大、設(shè)備投資大、需要額外的同步和通訊設(shè)備。

3 行波法

行波法利用的原理是當(dāng)輸電線路發(fā)生故障時(shí)，將會產(chǎn)生向線路兩端以接近光速傳播的電流和電壓行波。通過分析故障行波包含的故障點(diǎn)信息，就可以計(jì)算出故障發(fā)生的位置。

根據(jù)使用行波量的不同，行波測距原理分為A型、B型和C型三種：

A型原理利用故障發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的初始行波與該行波在故障點(diǎn)的反射波到達(dá)測量裝置的時(shí)間差來進(jìn)行故障測距；

B型原理利用故障發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的初始行波分別到達(dá)線路兩端測量裝置的時(shí)間差來進(jìn)行故障測距；

C型原理利用故障發(fā)生后，在線路一段施加一個(gè)高頻或者直流脈沖，根據(jù)這個(gè)脈沖在故障點(diǎn)和測量裝置之間往返的時(shí)間差來進(jìn)行故障測距。

這其中，A和C型行波測距方法是單端法，B型行波測距方法是雙端法，需要雙端信息同步。對于永久性故障，以上三種方法都有很好的適用性，而對于瞬時(shí)故障，A、B型方法可以比較準(zhǔn)確地工作。行波法不受故障類型和過渡電阻的影響，在理論上有其優(yōu)越性。

在早期的故障測距方法的研究中，行波法受到了廣大電力科研人員的重視。1946年C型故障定位裝置首先在加拿大通過測試；1947年A型裝置在美國投入運(yùn)行；1948年B型裝置在日本投入運(yùn)行。但由于受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，早期研制的行波測距裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差、投資大，因此并沒有得到大面積的推廣應(yīng)用。

輸電線路發(fā)生故障后，將產(chǎn)生由故障點(diǎn)向線路兩端母線傳遞的暫態(tài)行波，包括電壓和電流行波，這其中包含著豐富的故障信息。根據(jù)暫態(tài)行波在傳遞過程中波速不變的原理，二十世紀(jì)五十年代開始就有科學(xué)家提出了利用暫態(tài)行波進(jìn)行故障測距的理論。六、七十年代以來，隨著行波傳輸理論研究的深入，相模變換、參數(shù)頻變、暫態(tài)數(shù)值計(jì)算等方面的新突破，輸電線路暫態(tài)行波故障測距理論得到了新的發(fā)展。特別是近年來隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，高速采樣芯片的應(yīng)用，行波故障測距顯示了巨大的優(yōu)越性。