陈丹霏，方璇

(1.三峡大学电气与新能源学院，湖北 宜昌 443000；2.金华供电公司调控中心，浙江 金华 321000)

高压输电线路故障测距的算法研究

陈丹霏1，方璇2

(1.三峡大学电气与新能源学院，湖北 宜昌 443000；2.金华供电公司调控中心，浙江 金华 321000)

高压和超高压输电线路故障测距能及时、准确的找到故障点,不仅能快速修复线路,发现绝缘隐患和保证可靠供电,而且对保证整个电力系统的安全稳定和经济运行都有十分重要的意义。针对目前高压输电线路故障测距中存在的问题,基于迭代故障分析法展开了深入的研究和探讨,从推导过程分析得出单端测距无法同时消除过渡电阻和对侧系统阻抗的影响。而双端测距从理论上解决了单端测距的原理性误差,提高了测距精度。

高压输电线路;故障测距;迭代;仿真

1 引言

电力行业是国家经济建设的基础，在国民经济建设中占有极其重要的地位。输电线路的继电保护水平对于维护电力系统安全稳定运行，保护电网设备及提高经济效益有着重要的意义。

电力系统在运行过程当中会出现故障和一些异常的运行状态，使一部分线路甚至整段线路不能正常工作。高压输电线路的准确故障测距是保证电力系统安全稳定运行的有效途径之一[1]。长期以来,为寻求精确有效的故障测距方法，专家们进行了大量的研究并提出了多种故障测距原理和方法。在AIEE Committee 1955年的报告中,给出1955年前有关故障测距的文献就多达120篇[2]。随着新技术的发展,故障测距算法的研究不断深入,已成为国内外学者研究的热点之一。

2 故障测距算法分类

经过长期发展,现有的故障测距算法从原理上可大致分为三类:行波法、故障分析法和智能测距法。

2.1 行波法

行波法[3-5]是根据行波传输理论实现的测距方法。早期行波法是利用电子计数器来测量行波的到达时刻和传播时间，随着时代的发展，相关领域技术包括全球定位系统(GPS)技术、现代微电子技术、现代通信技术和现代数字信号处理技术等的应用,以及小波变换的应用大大的推动了现代行波测距技术的进步。已提出的行波测距法有A型、B型、C型、D型、E型、F型6种。其中A、C、E、F型属于单端量法;B、D属双端量法。目前,行波测距中的A型和D型已经广泛应用于我国超高压线路。

行波测距法精度高,而且适应性很强,不易受过渡电阻、系统运行方式变化等的影响。但在实际应用中,行波法仍存在着一些问题：(1)反射波的识别与标定;(2)故障点离测距装置安装点较近时,无法测距,存在测距死区等。

2.2 故障分析法

故障分析法[6]是输电线路发生故障时，系统在已知运行方式和线路参数的条件下，利用故障录波器记录的故障数据建立电压、电流之间的回路方程，通过计算分析得出故障距离。故障分析法简单易行,可借助现有的故障录波器达到测距的目的。按照线路模型来分,可分为集中参数模型法和分布参数模型法;按照电气量来分,可分为单端量法和双端量法。

2.3 智能化测距法

近年来有不少专家通过引入相关学科的学术成果来研究测距问题,这些智能理论包括优化方法、红外线技术、神经网络技术、卡尔曼滤波技术、模式识别技术等。但这些智能化测距方法多处于研究阶段,离实际应用尚有一定距离[7]。

3 迭代法故障测距

3.1 测距原理

假定输电线为均匀线，在不同故障类型条件下计算出的故障回路阻抗或电抗与测量点到故障点的距离成正比。首先以图1所示的单相系统说明阻抗测距的基本原理。

设m端为测量端，由图1可知

(1)

那么测量阻抗可表示为

(2)

式中：Z为线路单位长度的阻抗；

x为测量端到m故障点F点的距离；

Rf为故障点的过渡电阻；

分析公式(2)可知：

①当Rf=0时，测量误差ΔZ=0，即有Zm=Z×x，测距结果准确；

②当Rf≠0时，ΔZ≠0，测距结果有误差。

根据叠加原理，图3所示的故障系统可分解为正常运行情况和故障附加状态。

由图3可得故障点与m端电流的故障分量之间存在以下关系

(3)

CM为m端的电流分布系数，

将式(3)代入式(1)，可得

(4)

(5)

对上式两端取虚部，经整理可得

(6)

电流分布系数CM一般为复数，可令

CM=Cmejγm

(7)

(8)

由于CM为复数，式(8)的计算结果将产生误差，需设计算法来进行精确故障定位。

3.2 迭代算法

由于电流分布系数是由故障点两侧综合阻抗决定，其中也包括由两端到系统的阻抗，因此电流分布系数的幅角和用它算出的准确测距结果也只能用迭代法求得。

在取rm=0条件下，CJM为实数，此时式(9)中等式右边分子分母中CJM可直接消除；当rm≠0时，仍利用式(9)求解准确的测距结果，x迭代过程如下：

①假设rm=0，由式(9)求出x(1)。

②将x(1)回代入式(10)可得到C1M(2)，再将C1M(2)代入式(9)求得x(2)。如果|x(2)-x(1)|<ε，则有x=x(2)。

③将x(2)回代入式(10)可得到C1M(3)，同上步骤求出x(3)，直到|x(b)-x(n-1)|<ε为止，此时迭代所得故障距离x=x(n)。

运用此迭代原理编制程序，可实现故障测距。

3.3 实例仿真

通过一系列实际算例仿真研究发现，测量结果误差随着过渡电阻增大而呈现增大趋势，此种算法最小误差可达，误差范围可控制在300m内。对于一定范围内的过渡电阻，此算法可以有效地进行故障定位，并保证其可行性。

4 结论

本文在前人大量研究的基础上，对几种故障测距方法进行了利弊分析。同时介绍了故障测距原理以及迭代算法，并通过实际算例进行可行性分析。

[1] 张保会，尹项根.电力系统继电保护[M].中国电力出版社，2005年5月，北京.

[2] A1EE Committee Report.Bibliography and summary of fault location methods[J].AIEE Trans on Power Apparatus and System,1956(2): 1423-1428.

[3] 李友军,王俊生,郑玉平,等.几种行波测距算法的比较[J].电力系统G动化,2001,16(7): 36-39.

[4]Evrenosoglu C Y,Avur A.Travelling wave based on fault location for teed circuits[J].IEEE Trans Power Delivery,2005,20(2): 1115-1121.

[5] GILANY M,IBRAHIM D K,ELDIN E S T.Traveling-wave-based fault-location scheme for multiend-aged underground cable system[J].IEEE Trans Power Delivery,2007,22(1):82-89

[6] 岑建明.输电线路故障测距的研究[D].杭州:浙江大学,2007.

[7] 施世鸿.高压输屯线路故障测距研究[D].杭州:浙江大学,2008.

Research on Failure Distance-measuring Algorithm of High Voltag Transmission Line

CHENDan-fei1,FANGXuan2

(1.College of Electrical and New Energy,Sanxia University,Yichang 443000,China;2.Jinhua Regulating Centre of Power Supply Company,Jinhua 321000,China)

HV and EHV transmission line fault timely and accurately find the point of failure,not only can quickly repair the wiring,insulation found hidden and ensure reliable power supply,but also to ensure the security,stability and economic operation of the power system has a very important significance.For high-voltage transmission line fault in the existing problems,the paper-based iterative failure analysis carried out in-depth study and discussion,the derivation of the single-ended ranging analysis results can not simultaneously eliminate the effects of the transition resistance and contralateral system impedance.The double-ended ranging from theory to solve the single-ended ranging principle of error and improve the range accuracy.

high-voltage transmission lines,fault location,iterative simulation

1004-289X(2015)01-0027-03

TM72

B

2014-09-30