輸電線路故障行波網(wǎng)絡(luò)定位新方法

【摘要】電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，如果說(shuō)輸電線路呈現(xiàn)出了任何故障現(xiàn)象，那么就必然會(huì)在故障點(diǎn)位置上出現(xiàn)故障電流行波，而針對(duì)母線位置上所測(cè)量到的相關(guān)行波波形數(shù)據(jù)加以記錄后，再使用一定的計(jì)算措施，便能夠有效的確定輸電線路上故障位置的距離。本篇文章主要針對(duì)暫態(tài)電流行波網(wǎng)絡(luò)定位新措施進(jìn)行了全面詳細(xì)的探討，以期為我國(guó)電力系統(tǒng)的故障定位技術(shù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；暫態(tài)電流行波；輸電線路；故障測(cè)距

在電力系統(tǒng)的輸電線路出現(xiàn)故障現(xiàn)象之后，針對(duì)線路的兩端位置或者說(shuō)一段位置來(lái)執(zhí)行實(shí)時(shí)性的測(cè)量工作，并且針對(duì)其故障點(diǎn)具體位置加以確定，這就是目前使用極為廣泛的故障測(cè)距技術(shù)。使用這方面的技術(shù)不單單能夠使得電力工作人員的巡線工作量大幅度減少，同時(shí)還提升了供電問(wèn)題解決的效率，最大限度的保障了用電需求，這避免的不僅是收益上的經(jīng)濟(jì)損失，還避免了連鎖損壞的可能性。下文主要針對(duì)輸電線路故障行波網(wǎng)絡(luò)定位新方法進(jìn)行了全面詳細(xì)的探討。

1、輸電線路故障行波定位研究進(jìn)程

一直以來(lái)，人們都在針對(duì)電力系統(tǒng)的故障測(cè)距技術(shù)進(jìn)行探究，在大量科學(xué)技術(shù)持續(xù)進(jìn)步的基礎(chǔ)上，故障測(cè)距技術(shù)也隨之興起，但在這期間，由于阻抗測(cè)量所涉及到的故障測(cè)距措施遭受到了各方面不同因素的影響，這導(dǎo)致我們對(duì)于暫態(tài)行波網(wǎng)絡(luò)的研究工作還僅僅只是處在一個(gè)EMTP仿真、理論分析工作上。相對(duì)來(lái)說(shuō)，電網(wǎng)實(shí)際存在的暫態(tài)行波網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)比仿真系統(tǒng)中所得到的暫態(tài)行波網(wǎng)絡(luò)更為復(fù)雜，在這一問(wèn)題基礎(chǔ)上，相關(guān)研究學(xué)者所使用的單端行波網(wǎng)絡(luò)測(cè)距算法也就面臨極大的影響、限制，這導(dǎo)致的直接結(jié)果，便是故障的測(cè)距精度無(wú)法得到有效的保障，現(xiàn)如今，故障測(cè)距工作已經(jīng)逐漸成為了一個(gè)國(guó)內(nèi)的研究熱點(diǎn)。

在二十世紀(jì)80年代，國(guó)際上就已經(jīng)在傳統(tǒng)的A型行波網(wǎng)絡(luò)故障測(cè)距技術(shù)的基礎(chǔ)之上，來(lái)提出了一種利用測(cè)距、保護(hù)功能合為一體的行波距離保護(hù)措施，該技術(shù)的測(cè)距算法，實(shí)際上就是受到了來(lái)自于某些現(xiàn)場(chǎng)的條件影響，其最終表現(xiàn)出的測(cè)距精度依然還存在正義，這導(dǎo)致該技術(shù)沒(méi)有得到更好的發(fā)展。而從二十世紀(jì)的90年代開(kāi)始，微電子技術(shù)得到了極大的發(fā)展，這直接推動(dòng)了行波網(wǎng)絡(luò)故障測(cè)距技術(shù)的精度，在全新技術(shù)的幫助之下，故障測(cè)距技術(shù)煥發(fā)新生。在這一基礎(chǔ)上，研究學(xué)者開(kāi)始為提升測(cè)距精確度做出了大量的努力，就目前來(lái)說(shuō)，輸電線路所廣泛使用的測(cè)距方式有兩種，一種是行波網(wǎng)絡(luò)定位法，另外一種則是抗阻法。在這一過(guò)程中，為了能夠最大限度的確保新型的暫態(tài)行波原理對(duì)于實(shí)際測(cè)距工作的有效性，下文主要針對(duì)新型暫態(tài)電流行波網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)進(jìn)行了多方面探討。

2、利用暫態(tài)電流行波實(shí)現(xiàn)輸電線路故障測(cè)距的基本原理

高壓輸電線路由于某些因素影響而出現(xiàn)故障之后，其變電站母線與故障點(diǎn)位置之間，會(huì)有接近光速的暫態(tài)行波在電路中持續(xù)性的反射，由于故障點(diǎn)通常都存在抗阻問(wèn)題，那么在抗阻無(wú)法連續(xù)作用影響的基礎(chǔ)上，行波在實(shí)際傳播的過(guò)程中，也就必然會(huì)出現(xiàn)反射、透射現(xiàn)象，構(gòu)成一種由兩種不同行波組成的波浪涌。從這方面可以明確的得出以下行波計(jì)算公式（1）：

我們通過(guò)測(cè)定在測(cè)量端直接感受到的其實(shí)是在正反兩種行波浪涌共同作用下形成的實(shí)際的電壓和電流行波。通過(guò)下面的公式（2）我們能夠?qū)⒎较蛐胁ㄌ崛〕鰜?lái)：

其中 是正方向的行波浪涌， 是反方向的行波浪涌，知道行波方向之后，我們就可以通過(guò)以下測(cè)定方法實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距：

首先，我們假設(shè)如圖1所示的結(jié)構(gòu)即為測(cè)量點(diǎn)母線結(jié)構(gòu)，將母線指向線路方向規(guī)定為各線路電流正方向。

然后，選取參考線路，將某一沒(méi)有出現(xiàn)故障的線路標(biāo)記為Mn，如果相對(duì)于故障線路MF來(lái)說(shuō)，線路Mn為“無(wú)限長(zhǎng)”時(shí)，測(cè)量點(diǎn)的電壓行波則可以根據(jù)彼得遜法則用下面的公式（3）表示出來(lái)：

uM（t）=ZMniMn（t）

其中，Mn的波阻抗和電流行波與實(shí)際的方向電流行波相差一個(gè)常數(shù)“0.5”。

2.對(duì)來(lái)自故障方向的暫態(tài)電流行波浪涌的識(shí)別

若我們選擇的參數(shù)與“無(wú)限長(zhǎng)”的假設(shè)不成立，那么在形成的方向行波中，則是由參考線路的暫態(tài)行波浪涌引起的第2個(gè)反向行波浪涌。

我們假設(shè)參考線路Mn為“有限長(zhǎng)”線路，當(dāng)t=0且故障初始行波電壓源為e（t），時(shí)，在F點(diǎn)發(fā)生金屬性短路故障，那么該反射波經(jīng)過(guò)母線M反射產(chǎn)生向著本線路方向傳播的行波浪涌，可用公式表達(dá)為（4）：

在故障線路上接收到的行波浪涌可用公式（5）表示：

其中，KM表示電壓行波在母線M的反射系數(shù)，；KT表示電壓行波在母線M的透射系數(shù)，；Kn表示電壓行波在n端的反射系數(shù)，由以上三個(gè)公式分析可得，行波浪涌的極性關(guān)系與所選的參考線路遠(yuǎn)端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，通過(guò)公式（4）、（5）即可將來(lái)自故障方向的第2個(gè)反向行波浪涌正確的識(shí)別出來(lái)。

3.仿真系統(tǒng)

仿真系統(tǒng)接線將M2作為參考線路，根據(jù)公式（5）形成的正向行波和反向行波波形我們也可以用數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來(lái)。以這一基礎(chǔ)作為分析切入點(diǎn)，我們可以看出，如果存在第三個(gè)反向行波，那么第三個(gè)反向行波浪涌與他相對(duì)應(yīng)的正向行波浪涌極性相反，而第二個(gè)反向行波浪涌與他相對(duì)應(yīng)的正向行波極性相同，因此，第二個(gè)反向行波浪涌是不是實(shí)際故障方向傳來(lái)的，第三個(gè)反向行波浪涌才是真正來(lái)自于故障方向。

4.總結(jié)語(yǔ)

綜上所述，利用暫態(tài)電流行波網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)于電線路故障問(wèn)題執(zhí)行測(cè)距工作的過(guò)程中，其中所存在的一個(gè)重要問(wèn)題就是由于行波本身的無(wú)方向性缺陷，如果說(shuō)受到這一因素的干擾，那么就極有可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)距工作的精確性受到極大的影響。因此，為了能夠有效的解決這一問(wèn)題，本文提出了EMTP仿真系統(tǒng)，從大量的測(cè)量結(jié)果來(lái)看，使用該措施到暫態(tài)電流行波網(wǎng)絡(luò)的故障測(cè)距工作中，能夠呈現(xiàn)出極為良好的結(jié)果精確性，這對(duì)于完善電廠故障問(wèn)題的解決能力來(lái)說(shuō)，起到了至關(guān)重要的作用。

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