線路保護(hù)常見(jiàn)的故障測(cè)距方法

邱琳

摘 要:輸電線路發(fā)生故障時(shí),通過(guò)故障測(cè)距裝置的自動(dòng)測(cè)量,可以為人工查找故障點(diǎn)提供有效參考,但需要注意測(cè)距設(shè)備的準(zhǔn)確性、可靠性、實(shí)用性問(wèn)題。介紹了基于故障分析的單端測(cè)距、雙端測(cè)距方法,并特別強(qiáng)調(diào)在實(shí)際中采用的方法,以及這些方法的特點(diǎn)和不足,并對(duì)這些方法給與了評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞:輸電線路故障測(cè)距單端測(cè)距雙端測(cè)距

中圖分類(lèi)號(hào):TM6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)07(c)-0106-01

高壓輸電線路是電網(wǎng)中傳輸電能的主要通道,其可靠運(yùn)行直接關(guān)系到電能能否有效傳輸。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,電能的輸送距離越來(lái)越遠(yuǎn),輸電線路的電壓等級(jí)也越來(lái)越高。遠(yuǎn)距離的輸電以及大量輸電線路的建設(shè)使用帶來(lái)的問(wèn)題之一就是輸電線路發(fā)生故障的次數(shù)也越來(lái)越多。由于輸電線路的運(yùn)行環(huán)境多種多樣,越是復(fù)雜的地形和惡劣天氣,發(fā)生故障的可能性越大,這就給發(fā)生故障時(shí)的故障定位帶來(lái)了困難。為了盡快的修復(fù)和恢復(fù)供電,又迫切要求迅速的查找到故障點(diǎn),為了解決這一問(wèn)題,除了需要相關(guān)人員,特別是巡線人員的辛勤工作外,更需要一種有效的進(jìn)行故障定位的方法,這便是輸電線路的故障測(cè)距技術(shù),為此工程技術(shù)人員和研究人員進(jìn)行了大量的研究和實(shí)踐工作[1-2]。

1 輸電線路的故障測(cè)距

本質(zhì)上說(shuō),故障測(cè)距并不能準(zhǔn)確獲知故障點(diǎn)的實(shí)際位置,因?yàn)楣收蠝y(cè)距得到的只能是電氣距離,如故障點(diǎn)到測(cè)距設(shè)備安裝點(diǎn)(一般是變電站內(nèi))的輸電線路長(zhǎng)度,但這已經(jīng)可以大幅縮小人員現(xiàn)場(chǎng)查找故障點(diǎn)的范圍。故障測(cè)距設(shè)備又被稱(chēng)為故障定位裝置,能夠根據(jù)故障發(fā)生時(shí)的電氣特征迅速測(cè)定安裝處到故障點(diǎn)的距離,從而減輕人工巡線的勞動(dòng),還可以查找出人工難以發(fā)現(xiàn)的故障,因此給電網(wǎng)運(yùn)行部門(mén)帶來(lái)了很高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

為了達(dá)到預(yù)期的目標(biāo),需要故障測(cè)距裝置在準(zhǔn)確性、可靠性以及實(shí)用性方面達(dá)到一定的目標(biāo)。

1.1 準(zhǔn)確性

準(zhǔn)確性是故障測(cè)距裝置的最重要性能指標(biāo),失去準(zhǔn)確性,就是去了故障測(cè)距的意義,反而會(huì)對(duì)人員的巡線帶來(lái)誤導(dǎo),影響人員的正確判斷,延長(zhǎng)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)的時(shí)間。實(shí)際的故障測(cè)距必然存在誤差,但誤差只要在可以接受的范圍內(nèi),就可以受到良好的效果。規(guī)范要求測(cè)距的綜合誤差不超過(guò)1%,而實(shí)際情況中,較短線路很難達(dá)到這一要求,也并無(wú)必要,考慮到桿塔之間的實(shí)際距離,一般要求測(cè)距誤差不超過(guò)1km,即在相鄰幾個(gè)桿塔之間是合理的,可以較好的滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。

1.2 可靠性

在以往的研究中,常常片面強(qiáng)調(diào)故障測(cè)距的可靠性,即不拒動(dòng),不誤動(dòng)。這是由于故障測(cè)距的研究人員普遍為繼電保護(hù)的研究人員,將對(duì)繼電保護(hù)的要求加至故障測(cè)距技術(shù)中導(dǎo)致的。實(shí)際上,對(duì)于故障測(cè)距而言,不誤動(dòng)的要求并不那么重要,因?yàn)楣收蠝y(cè)距是與繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作相聯(lián)系的,在繼電保護(hù)裝置未動(dòng)作的條件下,現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行一般對(duì)故障測(cè)距裝置的報(bào)告很難予以重視。而且當(dāng)前的情況下,一般不配置專(zhuān)門(mén)的故障測(cè)距裝置,故障測(cè)距功能是結(jié)合在繼電保護(hù)裝置內(nèi)的,在繼電保護(hù)不動(dòng)作的情況下,故障測(cè)距功能是不可能啟動(dòng)的。對(duì)于不拒動(dòng)的要求是合理的,在發(fā)生故障時(shí)測(cè)距裝置無(wú)法給出測(cè)距情況報(bào)告,實(shí)際上是功能失效。

應(yīng)當(dāng)說(shuō),準(zhǔn)確性和可靠性是相結(jié)合的,當(dāng)測(cè)距誤差過(guò)大,即準(zhǔn)確性無(wú)法保障的情況下,便可以說(shuō)是測(cè)距不可靠。

1.3 實(shí)用性

實(shí)用性是指測(cè)距設(shè)備應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行研究和采用。首先是性?xún)r(jià)比問(wèn)題,如果單獨(dú)的測(cè)距設(shè)備的價(jià)格過(guò)高,將難以推廣采用,因此結(jié)合繼電保護(hù)裝置的研究,將測(cè)距功能與之相結(jié)合是一種有效的手段,另一方面可以考慮將多條線路用同一測(cè)距裝置進(jìn)行測(cè)距。其次是方便性問(wèn)題,以多條線路采用同一測(cè)距裝置為例,這就需要將多條線路的信息(如交流量、開(kāi)關(guān)量)引入裝置,在安裝接線上帶來(lái)大量不便,不便于調(diào)試和使用。

2 故障測(cè)距的主要方法

當(dāng)前故障測(cè)距的主要方法,可以分為單端測(cè)距與雙端測(cè)距兩類(lèi),又可根據(jù)采用信息的不同分為故障分析法和行波法兩種。兩種分類(lèi)是相互結(jié)合的,即可以分為四類(lèi),即基于故障分析的單端測(cè)距法、基于故障分析的雙端測(cè)距法、基于行波的單端測(cè)距法、基于行波的雙端測(cè)距法。

故障分析法,是在輸電線路發(fā)生故障時(shí),根據(jù)相關(guān)參數(shù)和電流、電壓列出測(cè)距方程,通過(guò)方程求解得到故障點(diǎn)的位置。從信息學(xué)的角度可知,在有效利用信息的前提下,雙端測(cè)距方法采用雙側(cè)的電流電壓信息,應(yīng)當(dāng)可以獲得更為準(zhǔn)確的測(cè)距結(jié)果,但需要較多的數(shù)據(jù)傳輸。在與繼電保護(hù)裝置結(jié)合的情況下,特別是當(dāng)前廣泛采用的光纖保護(hù)前提下,數(shù)據(jù)傳輸并不存在問(wèn)題,因?yàn)楸Ｗo(hù)的正常運(yùn)行也需要電流量的傳送,通道寬度也足以保障所需信息的正常傳送。但對(duì)于無(wú)有效通道的前提下,則只能采用單端測(cè)距方法。

行波法是根據(jù)行波理論實(shí)現(xiàn)的測(cè)距方法。其在500kV線路中有一定應(yīng)用,但一般是獨(dú)立于繼電保護(hù)裝置單獨(dú)設(shè)立。

3各類(lèi)故障測(cè)距方法的分析

3.1 基于故障分析的單端測(cè)距法

這種方法僅依賴(lài)線路一側(cè)的電壓、電流和參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距,因此實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單,也是最早實(shí)際應(yīng)用、應(yīng)用最為廣泛的故障測(cè)距方法。這種方法的不足就是應(yīng)用的信息量較少,且受系統(tǒng)的運(yùn)行方式、故障點(diǎn)的接地阻抗影響較大。最典型的方法,便是利用故障分析所得的系統(tǒng)序網(wǎng)圖,根據(jù)故障的邊界條件建立故障電流與故障電壓的方程組,通過(guò)迭代求解得到故障距離。這類(lèi)方法包括故障電流相位修正法、故障電流修正法、故障電流分析修正法等。迭代法的突出問(wèn)題是算法本身的收斂性難以保障,特別是在系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生較大變化,從而改變建立方程的基礎(chǔ)時(shí),將可能得到偽根或負(fù)距離。為了解決這一問(wèn)題,進(jìn)一步的研究是利用參數(shù)識(shí)別,有效的分析當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行方式,對(duì)方程進(jìn)行調(diào)整,從而消除運(yùn)行方式變化帶來(lái)的影響。

3.2 基于故障分析的雙端測(cè)距方法

利用故障線路兩端的信息,可以有效消除單端測(cè)距法中故障點(diǎn)過(guò)渡阻抗和對(duì)側(cè)系統(tǒng)阻抗帶來(lái)的影響,但也帶來(lái)了相應(yīng)的問(wèn)題,便是必須借助通信手段來(lái)完成信息的傳遞,同時(shí)要保障信息的同步性?？紤]到信息的同步性問(wèn)題較難解決,近年來(lái)提出了通過(guò)迭代求解的方法,在不要求信息同步的基礎(chǔ)上分別建立方程,然后通過(guò)迭代的方法求解出最合理的結(jié)果的方法,提高了方法的可靠性和精度。

因此對(duì)于電壓等級(jí)較低的線路,考慮到對(duì)于線路保護(hù)的要求和對(duì)故障測(cè)距的要求都較低,一般采用的保護(hù)為單端的距離保護(hù)、電流保護(hù),對(duì)應(yīng)的測(cè)距方法為單端測(cè)距;而對(duì)于電壓等級(jí)較高(一般為220kV以上),考慮到當(dāng)前往往采用由光纖通道構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù),不存在信息傳遞問(wèn)題,一般考慮采用雙端測(cè)距,以提高測(cè)距的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語(yǔ)

基于故障分析的方法,其精度與建立方程的模型有關(guān)。對(duì)于單端測(cè)距方法,還受到過(guò)渡電阻、線路結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式、傳變誤差的影響。雙端測(cè)距可以降低和削弱這些影響,但需要通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,還需要考慮信號(hào)同步等問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1] 王耀亞.電力電纜故障測(cè)距方法研究[J].無(wú)線互聯(lián)科技,2011(4):34-36.

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