220KV 電力線路故障測距研究

董慶偉

摘要：電力線路發(fā)生的故障已經(jīng)成為供電企業(yè)正常運行，增加安全事故，阻礙電力事業(yè)發(fā)展的重要因素。如果電力線路故障點沒有及時的采取補救的方法，則會嚴(yán)重影響企業(yè)或者居民的正常用電。因此，為了能夠解決 220KV電力線路中存在的故障，則需要對故障點進行檢修，并運用各項提升線路安全運行的策略，以解決電網(wǎng)實際中存在的問題。

關(guān)鍵詞：220KV;電力線路;故障測距

一、研究背景

現(xiàn)階段，電力資源對于我國工業(yè)和日常的生產(chǎn)生活發(fā)揮著重要的意義。其直接與我國經(jīng)濟發(fā)展和社會的進步有著直接的關(guān)系。因此，保障電力線路的安全運行，則需要電力人員做好檢測和維護工作，促進電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。本文主要從影響電力線路安全運行和發(fā)生故障的原因為出發(fā)點，并針對存在的原因提出了具體的解決方法，從而為促進我國電力事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展提供保障。而 220KV等級的線路在所有等級的輸電線路中具有重要地位，它遍布東西各地，穿過平原和高山，也經(jīng)過不同的氣候區(qū)，故障測距所要考慮的外部因素遠比實驗室復(fù)雜的多，所以 220kv故障測距是有效保證電力線路安全高效運行的基石，具有極高的經(jīng)濟價值和社會價值。

二、故障測距基本要求

為了保證故障測距能夠在實際中做到高效低成本的運行，對于故障測距有以下這些要求。

1.準(zhǔn)確性

準(zhǔn)確性是一項非常重要的指標(biāo)，通俗的講就是故障測距的精確度，目前對于大部分的精力都可以說是在精確度上，由于設(shè)備之間會有一定的損耗，因此做不到昀理想的狀態(tài)，會產(chǎn)生相應(yīng)的誤差，誤差包括絕對誤差和相對誤差，比如在單端測距時的過度電阻和對端系統(tǒng)的阻抗或者線路運行方式的不對稱都會使測距精度產(chǎn)生一定的影響，且這種影響是由于故障原理上所自帶影響;又比如在行波法中波形的變化，動態(tài)非線性元件產(chǎn)生的延遲，近端的死區(qū)等等都會給測距帶來誤差，從而影響測距結(jié)果的準(zhǔn)確性。但產(chǎn)生的誤差只要在規(guī)定的范圍內(nèi)，且我們通過其他的方法進行彌補，測距結(jié)果的準(zhǔn)確性還是能夠保證的。

2.可靠性

可靠性是故障測距的前提，故障測距設(shè)備算法等方面的可靠，具體有當(dāng)故障發(fā)生時能夠迅速的發(fā)生相應(yīng)動作，以昀短的時間內(nèi)快速準(zhǔn)確的定位故障，并能做出正確的反應(yīng)，和在線路正常時不應(yīng)被其他因素干擾而誤認(rèn)為是線路故障從而動作，列如鳥類的棲息，雷擊，線路表層腐蝕性的東西和絕緣閃絡(luò)等等原因。中國由于幅員遼闊地貌復(fù)雜天氣多變，所考慮的壞境因素應(yīng)更加全面，設(shè)備本身應(yīng)能在不同的地理壞境壞境以及不同的氣候下都能識別出故障的真?zhèn)?，避免出現(xiàn)誤動而帶來經(jīng)濟損失。

三、基于行波法的輸電線路故障測距

經(jīng)過多年的發(fā)展，故障測距技術(shù)越來越成熟，不論是反應(yīng)速度，測量精度，以及對測量設(shè)備成本的控制，都能有一個很好的平衡。故障測距法有很多，目前比較主流的測距方法，不論在精度以及反應(yīng)速度都有一個很好的平衡。其中故障分析法是通過對線路電壓電流的測量，從某種意義上來說，阻抗法可以歸類為故障分析法;再者從線路建模的角度分，可以分為集中參數(shù)法和分部參數(shù)法，兩者在精度上存在一定的差別，分部參數(shù)法因其考慮到了線路的分布電容，電抗的影響，所以其精確度比集中參數(shù)法要高很多，但并不因此集中參數(shù)法就沒有存在的意義，集中參數(shù)算法由于所考慮的參數(shù)少，計算的時間會大大的縮短，所以集中參數(shù)模型很適用于短距離輸電線路的建模，能夠在精度與速度之間達到一個很好的平衡。

1.行波法（暫態(tài)測距法）

對行波法的研究開始于上個世紀(jì)四十年代，早期由于對行波的特性認(rèn)識不夠全面，行波法并沒有在實際中大規(guī)模的應(yīng)用，后來隨著人們對于行波的規(guī)律有了一個全面的認(rèn)識，認(rèn)為故障點的電壓電流將會有一個大幅度的變化，從而在周圍產(chǎn)生一個磁場，這種磁場將會以波的形式向故障點的兩端傳播，然后通過故障錄波器對行波信號的提取，之后在應(yīng)用相應(yīng)的算法求解故障距離來實現(xiàn)故障的精確定位。由于線路的折射和反射，所以任一一點的電壓電流都是疊加后的電壓電流，這可能對于行波測距中對信號的提取造成干擾。行波法根據(jù)行波信號可以分為兩種，一種就是在故障發(fā)生時，向輸電線路發(fā)送信號源來進行測距，即 C類;另一種就是應(yīng)用故障發(fā)生時電力線路電流或電壓行波進行測距，使用單端法時只要對單端的電氣量進行測量就可以實現(xiàn)故障測距，即為 A類，雙端法利用行波傳播到雙邊的行波測量點的時間差實現(xiàn)故障測距，即為 B類，這個時候需要考慮到同步問題，在故障測距的設(shè)備中需要額外借助于全球定位系統(tǒng)。伴隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展和錄波技術(shù)的完善以及算法的改變，行波法的研究越來越成熟。行波法目前主要有 ABC三類。

A類的原理是在線路一端接受來至故障點的入射行波進行計時，然后在接受反射波形再進行計時，通過兩者的時間差列寫二元一次方程從而實現(xiàn)故障測距。A類是一種單端測距，可以測量瞬時故障，也可以測量永久故障，此方法原理上比較簡單易行，A類測距原理早期并不完善，那個時期對于故障行波的認(rèn)識以及故障行波在輸電線上的傳輸特能都沒能有一個完全的認(rèn)識，所以并沒有進行實際性的應(yīng)用，后來隨著人們對行波的波形特性進一步認(rèn)識和對波形提取的技術(shù)進一步發(fā)展，A類測距具有實際廣泛應(yīng)用的可能。

B類的原理是通過提取兩側(cè)的行波信號，然后獲取第一行波信號分別到達兩端的時間，利用他們的時間差，在通過公式 x=[（t1—t2）v+L]/2 進行故障測距。B類測距是一種雙端測距，也能夠同時測量瞬時故障和永久故障，帶來的好處是不會受到發(fā)射波和故障發(fā)生點透射波的干擾，故障錄波器錄入的波形簡單單一，不會夾雜著其他的波形，但需要增加波形傳播時通信通道的建設(shè)，以及波形到達兩端所應(yīng)用的全球定位系統(tǒng)的計時，對于設(shè)備的采購成本和后期的維護都會相應(yīng)增加。

C類則是在一端通過脈沖發(fā)射器發(fā)射直流脈沖或高頻脈沖，通過測量脈沖信號往返于故障發(fā)生點的時間差值來實現(xiàn)故障測距，這種方法的原理和 A類比較相似，都是寫時間與速度的方程式，但由于是單端測距，波形反射時容易受到折射波或其他波形的混合干擾，而且波形發(fā)生器特別是高頻脈沖波形發(fā)生器比叫昂貴，會增加成本，也只能測量永久故障。

雙端測距原理簡單，沒有行波的折射和反射，波形相對單一，可靠性更高，計算起來也比單端法容易，能滿足一般對于電力輸電線路故障測距對于精確度的要求，誤差一般不超過 500米;但依賴于第三方設(shè)備 GPS的實時通信，且數(shù)據(jù)也不可能做到真正意義上的同步，這就造成使用的局限性。在測距中，雙端法在接受到波形是通過分析可以很快得出故障點的位置，但當(dāng)全球定位系統(tǒng)的信號被屏蔽或者不正常工作時，此時的測距結(jié)果是非常不準(zhǔn)確的;單端法則有更高的準(zhǔn)確率。不管是單端還是雙端測距，都有很大的實際操作價值，單端測距是比較成熟的方法，但其算法現(xiàn)在還處于不成熟的階段很難在短時間內(nèi)給出故障位置，雙端測距的算法則比單端法要簡單，充分結(jié)合了新的科學(xué)技術(shù)。

經(jīng)過多年的摸索，利用計算機軟件對測量端接受到的暫態(tài)波形進行系統(tǒng)分析可以提高單端法的測量精確度，在實際操作中，可以用雙端測距為主要輔之以單端測距的組合方案，能夠得到比較滿意的結(jié)果。

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