輸電線路阻抗法故障測距應(yīng)用分析

白小奇

(西藏電力有限公司林芝分公司，西藏 林芝 860000)

1 引言

高壓輸電線路布線很長，尋找故障點有很大困難，人工巡線尋找故障點需要花費很多時間。有時也不定能找出故障點，而當(dāng)線路發(fā)生故障時，要求迅速找到故障點加以搶修，盡快恢復(fù)供電。因此需要故障測距裝置，在故障發(fā)生后，精略地確定故障點，以便維修人員進行搶修。

從原理上說故障測距裝置實際上實現(xiàn)的也是故障距離的測量。從功能上說故障測距裝置是對故障點的測量裝置。在近50年以來，故障測距裝置已經(jīng)得到迅速的發(fā)展，特別是20世紀70年代中期以后，計算機在電力系統(tǒng)中的廣發(fā)應(yīng)用。故障測距技術(shù)已經(jīng)成為一個專門的領(lǐng)域，成為熱門研究課題并取得了實用性的成果。

2 故障測距方法的分類

從測距原理上區(qū)分，故障測距可分為阻抗法、行波法和電壓法。本文主要介紹輸電線路中采用阻抗法測距遇到的問題及其解決方法。

3 阻抗法故障測距主要問題及其解決方法

3.1 故障點弧光電阻對測距的影響

在阻抗法故障測距中測量的精確性影響最大是故障點弧光電阻的影響，可以說是要克服的主要問題。弧光電阻對測距影響表現(xiàn)在以下方面:

(1)在很大程度上影響故障測距的測量精度。在單相弧光短路情況下，弧光電阻值相當(dāng)大，甚至大到幾百歐，而線路故障阻抗也不過幾十歐。

(2)弧光電阻值是隨時間而快速變化的，由于阻抗測距不要求快速，通距離保護I段快速動作相比，對故障測距影響要大的多。

(3)在兩側(cè)電源情況下，對側(cè)電源對故障回路電流的助增，使測距裝置感受到的阻抗不但大小有變化，而且阻抗角也有變化，使利用一側(cè)電量實行阻抗測距有很大困難。

參考距離保護中阻抗繼電器避免弧光電阻對測距影響的方法，在故障測距中采用以下辦法減少弧光電阻對測距的影響:

(1)過零測量法

過零測量法原理很簡單:對單側(cè)電源線路來說，容易列出下列微分方程式:

式中:RF、LF為自測量點到故障點F線路電阻和電感分量;um、im為測量電壓，測量電流瞬時值。

當(dāng)im=0時，式(1)為:

故得:

從而可實現(xiàn)測距。

這一方法物理概念明確，而且對電流、電壓波形無要求，采用計算機數(shù)字算法，微分可以很容易的用差分法實現(xiàn)，但要注意由此法測出的是電感而非短路阻抗。

(2)故障分量測距法

在故障測距中，只利用故障回路故障電流的概念，求出故障電流(實際上是故障回路電流的工頻變化量)在線路觀測點分布情況，從而消除對阻抗測量的影響。

(3)故障分析法

前面兩種阻抗測距方法有共同點，都是以實現(xiàn)電壓、電流加工，實現(xiàn)距離測量。故障分析法主要特點是利用故障時錄下的電壓、電流，事后進行網(wǎng)絡(luò)分析計算，算出故障位置。由于它不需要對側(cè)電流、電壓進行實時傳輸，所以測距計算時可以充分利用兩側(cè)數(shù)據(jù)。

由于故障線路為一四端(兩端口)網(wǎng)絡(luò)，所以，在有兩側(cè)電流、電壓數(shù)據(jù)的條件下，是可求解的，在確定故障點位置時，可能計算量大，但利用計算機進行計算，不難解決，過去利用分析法進行故障定位最大困難時兩側(cè)電流、電壓信號采樣要求嚴格同步。目前，全球定位系統(tǒng)已在電力系統(tǒng)中廣泛采用，可以通過GPS對兩側(cè)電流、電壓采量進行定時，已基本解決了同步采量的問題。

3.2 三相線路互感的影響

由于三相線路相間，相對地存在的互感，所以相阻抗不是獨立的，它受鄰相電流的影響。

在不對稱短路情況下，線路阻抗不好定義。對線路基本參數(shù)來說只能定義一相線路自感抗XL和相間、相地間互感抗XM、XMO。設(shè)XM、XM、XMO為三相線路單位長度感抗值，則自觀測點M至故障點F間三相線路感抗值為:

以上式(4)所定義的基本參數(shù)帶入故障相電路方程，則從原理上來講根據(jù)線路兩側(cè)三相電壓、電流實測值，可以算出故障距離DMF，從而實現(xiàn)故障測距。但是這種嚴格的方式計及三相互感的影響太麻煩了，不符合工程計算的需要，所以實際上阻抗故障測距時仍采用阻抗繼電器中的方法，采用補償方式，近似的消除互感的影響。

對線路來說正序阻抗等于負序阻抗，故只需引入零序電流補償，即可認為各相自阻抗等于正序阻抗，不需計及鄰相電流對本相阻抗測量的影響。

表1 三相阻抗繼電器輸入電壓和電流，及能正確測距的故障

表2 相間阻抗繼電器輸入電壓和電流，及能正確測距的故障

3.3 不對稱短路時，故障點完好相殘余電壓的影響

不對稱短路時，不能把故障點完好相(相間)殘余電壓引入到測量電壓中，否則會產(chǎn)生錯誤的短路阻抗測量，這一問題亦應(yīng)在阻抗測距中考慮。實際上，按表1和表2通過選相元件選擇即可達到這一要求。

3.4 其他影響

除上述影響阻抗測距的因素外，還有其他一些影響。

系統(tǒng)振蕩是影響阻抗繼電器直接測量的最主要因素，也是距離保護中的難點之一。系統(tǒng)振蕩時阻抗測距裝置如果工作的話也將感受到一個阻抗，但也不是短路阻抗而是觀測點到振蕩中心的線路阻抗。對阻抗測距來將自然是錯誤測量，但是由于故障測距裝置是測量裝置，不會把這一測量認為是故障距離。

超高壓線路由于換位困難，三相線路各相阻抗會有不平衡，在此情況下，只有分相進行測量。

4 阻抗法故障測距小結(jié)

現(xiàn)有的故障測距方法各有優(yōu)缺點，為了達到準確測距的目的，都需要進一步解決的技術(shù)問題。阻抗法故障測距物理概念明確而且有距離保護中阻抗繼電器實現(xiàn)距離測量的理論基礎(chǔ)，所以長期以來是故障測距的一種主要方法。

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