电力线路故障测距方法应用

电力线路故障测距方法应用

张运强

国网山西省电力公司检修分公司山西太原030000

摘要：电力系统在人们的生活和工作中有着非常重要的应用，线路故障有时会给社会带来重大损失，因而快速找出故障位置显得极为重要。本文叙述了故障测距的方法即阻抗法和行波法，在实际的线路故障中可以按照发生故障的原因合理选取方法。行波故障测距法具有测量结果精确度高的特点，应该得到进一步研究。

关键词：故障测距；阻抗法；行波法

引言

在电力系统中，高压输送电线是将电能输送到各地的媒介通道。电力线路作为电能的唯一传输通道，是电力系统的经济命脉，起着至关重要的作用。随着我国电力工业的快速发展，电力系统的规模也在不断扩大，电力线路也越来越长，架空线受气候和鸟类的影响较大，多数会发生雷击故障，位置较高，工人巡线比较困难；电缆埋在地下，故障不易察觉，受气候影响较小，但易受安装工艺以及短时超负荷运行的影响，绝缘容易老化受到腐蚀。电力系统能否安全可靠的运行直接关乎着国民经济能否稳定快速的发展。当线路发生故障时，如何能够快速的检测出故障点，及时做到电路抢修和恢复电力线路至关重要。

1电力系统中故障测距的方法

造成电力线路故障的原因大致可以分为：机械损伤、绝缘受潮或老化、过电压、过热、产品质量缺陷、设计不良等等。因为上述各种原因产生的故障又可以分为低阻故障、高阻故障、开路故障、断线并接地故障等等。随着电力线路故障测距方法的不断发展，目前测距方法大致可分为两类：阻抗法（以电桥法为主）、行波法。

1.1阻抗法

阻抗法是通过测量故障时的电压、电流量来计算故障回路的阻抗，并根据线路长度与阻抗成正比求出故障点距装置点的距离。阻抗法优点是简单可靠，以电桥法为主，电容电桥法是在线路出现断路故障，无法构成回路、无法采用电阻电桥法测距时所采用的电桥法，但是在使用电容电桥法时，其断线故障绝缘电阻不能低于1MΩ，否则会造成很大的误差，这也限制了电容电桥法的使用范围。

1.2行波法

早在20世纪50年代，人们就已经开始研究行波测距装置，随着微电子技术的不断发展，对电力系统故障行波的研究也进一步加深，近些年行波测距技术也逐渐取得了显著的进步。行波是电力系统发生故障后随即产生的一种电磁波，它从故障点沿着故障线路两侧以接近光速的速度传播，当遇到不连续点时发生折反射。电压和电流都能产生行波，分别称为电压行波与电流行波，它们包含方向、幅值、频率等特征。因为行波在故障时产生，故又称为故障行波，具有突变快、频率高、速度快、衰减快、持续时问短等特点。行波的传播速度与光速基本接近，且并不会受故障点电阻、互感器的变换误差、线路结构等因素的影响，因此测量精度较高。

2行波法在故障测距的应用

根据测量相关量的来源可分为单端法和双端法。当电力线路发生故障时，通过利用行波在故障点和单侧测量点之间传播的时间计算故障距离，该种方法称为单端法。与单端法不同，双端法是在线路两端均设置检测装置，线路故障点产生的故障行波分别向两个方向传播，通过记录到达两端测量点的时间差来计算故障距离。双端法必须在电力线路两端装设同步时钟系统，且全线的长度也应该是已知的。从检测到的故障行波中提取行波的波头，确定初始波和反射波的位置，结合已知信息，便可得出线路故障点的具体位置。行波故障测距的方法主要包括A型、B型、C型、D型、E型和F型。其中，A型法和C型法为单端法，B型法和D型法为双端法，E型法和F型法是通过断路器分合闸实现的。

A型法的原理如图1所示。

图1A型法示意图

AB为母线，F点为故障点，测距装置位于A点处，当电力线路发生故障时，产生的行波在故障点F与母线两端之间来回反射。测距装置接入电流传感器二次侧的暂态信号，并用高通滤波器滤出行波波头，形成如图三所示的电流行波波形。由于母线端点处的阻抗高于线路上的阻抗，电流行波在母线端点处与故障点处都产生正反射，因此反射波与初始行波同极性。故障初始行波与故障点反射波之间的时间差，即为行波在A点与F点之间往返一趟所用的时间，通过可以计算故障距离。该方法简单，成本低，但是容易受到波阻抗不连续点的影响，也容易受到到达R端后反射回来的反射波的影响。

B型法属于双端法，总线路的长度是已知的，如图2所示。

图2B型法示意图

在母线的两端都装有一个检测装置，当故障发生时，故障行波从F点分别向A和B两点传播，当故障行波到达A和B点时，分别记录下时刻，计算两者的时间差，由方程组可以计算故障点到两端的距离，从而确定故障点的位置。B型法不受来自系统中波阻抗不连续点的影响，但必须要在线检测。

C型法同A型法一样，均属于单端检测法，区别在于，在线路故障后，将一高频脉冲注入到故障线路装有测量装置的一端，高频脉冲随即会在测量点与故障点之间来回反射，然后记录该信号在两者之间往返一次所用的时间。这种方法可以离线测量，但是需要符合要求的高压脉冲发生器。

D型法与B型法类似，均属于双端检测法，区别在于，D型法通过GPS实现时钟同步，计算故障行波到达母线两端的精确时间差。该方法可靠性高，不会受到来自系统中波阻抗不连续点的影响，但是需要建立时钟同步机制与交换两端故障信息的通道，其成本较高。

E型法是在线路故障时，利用断路器重合闸产生的暂态行波在故障点与测量点之间往返一次所用的时间计算故障距离。F型法利用断路器分闸产生的暂态行波在故障点与测量点之间往返一次所用的时间计算故障距离。

在目前已经提出的一些行波故障测距系统中，一般会将多种行波故障测距方法相结合，互相弥补不足。

3结束语

由于行波故障测距的优良特性，长期以来，各国学者对行波故障测距领域不断探索。本文主要针对高压电缆故障测距这一问题，调研了故障测距的方法，得出行波测距是一种检测结果更精确、运用更灵活的方法。希望在此基础上做出更进一步的研究，得出行波故障测距的测量的位置准确性。

参考文献：

[1]伏圣群.行波反射法电缆故障检测关键技术研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2014.

[2]王万纯.基于ATP-EMTP的电缆故障测距技术研究[D].南京：南京理工大学，2013.