架空输电线路故障测距的方法及应用
黄文韬，王卓敏，刘永康
（广东省广电集团有限公司 广州增城供电分公司，广东 增城 511300）
摘 要：当架空输电线路发生故障时，必须对线路进行快速准确的故障测距，目前架空输电线路故障测距所采用的方法有阻抗测距法和行波测距法。通过介绍这两种测距方法的工作原理及其各自在电力系统中的实际应用情况，对它们的优点和存在问题进行了分析比较，并对行波测距法进行了较为详细的分类比较，指出A型行波测距法将会在今后的故障测距领域中逐渐得到推广应用。
关键词：输电线路；故障测距；阻抗法；行波法
Methods and applications of fault LOCAIION for overhead transmission lines
HUANG Wentao,WANG Zhuomin,LIU Yongkang
(Guangzhou Zengcheng Power Supply ranch,GPG, Zengcheng,Guangdong 511300,China)
Abstract:At present,impedance means and traveling wave means are in common use for fault LOCAIION of overhead transmission lines.In this paper,the principles and applications of these two methods are described with their merits and existing problems analyzed and compared.A detailed group comparison is made on the traveling wave LOCAIION means,and it is indicated that the traveling wave LOCAIION means of type A will be gradually spread in the future.
Keywords:transmission line;fault LOCAIION;impedance LOCAIION means;traveling wave LOCAIION means
随着社会经济的不断发展，电力建设亦相应快速增长，电力网络的规模日益增大，高压架空输电线路日益增多，对电力系统的安全稳定运行、监控及保护提出了更高的要求。高压架空输电线路由于分布范围广，穿越地形复杂，因此容易发生故障。当架空输电线路发生各种故障时，对线路进行快速准确的故障测距是保证系统安全稳定运行的有效途径之一。近年来，雷电定位系统的使用在一定程度上解决了雷击架空输电线路造成故障时的故障定位问题，但其对非雷击线路故障的故障定位却无能为力，只能依靠装设在变电站的故障测距装置来帮助故障定位，目前故障测距所采用的方法有阻抗测距法和行波测距法。
1阻抗测距法
1.1阻抗测距法的原理
阻抗测距法又称广义的故障分析法，测距装置根据架空输电线路故障时测量到的电压、电流量而计算出故障回路的阻抗。由于线路长度与阻抗成正比，因此根据计算阻抗与线路的参考阻抗便可以求出由装置装设处到故障点的距离。测距装置首先根据采集的电气量进行计算，判断出故障类型，再进入相应的故障类型计算子程序计算故障回路阻抗，下面介绍其计算方法。
1.1.1相间故障时的计算阻抗
假设故障为U1,U2相故障，则阻抗计算公式为：
1.2阻抗测距法的应用
阻抗测距法已被广泛应用在各类微机保护装置和故障录波测距装置中，成为主要的故障测距方法，如广州增城供电分公司所使用的微机线路保护装置和故障录波测距装置都采用阻抗法进行故障测距。尽管阻抗测距法受故障类型、故障电阻和线路对端负荷阻抗的影响较大，误差一般较大，且在高阻故障和闪络故障时用阻抗法测距在精度方面很难满足实际运行的要求。但运行经验证明，阻抗测距法仍能满足实际运行中出现线路故障时的测距要求，能够发挥较好的作用。如220 kV新塘变电站110 kV新水线和110 kV新南甲线两起受外力破坏导致单相接地故障跳闸的事故中，线路保护装置均能较准确地测量出故障点的距离（见表1），给快速组织抢修和缩短恢复送电时间创造了条件。
采用阻抗测距法的测距装置在实际使用时要注意如下问题：
a)测距装置计算出故障回路阻抗后要与给定的线路参考阻抗进行比较，从而计算出故障点到装置装设处的距离，也就是说，取得较高的测距精度的先决条件是要准确给出线路阻抗参数。一般情况下，线路的阻抗参数并非采用线路实测值，而是用线路的长度乘以单位长度的阻抗值计算得到，与实际的线路阻抗参数有一定的误差，从而导致最终的测距结果产生误差。因此，建议有条件的单位对线路参数进行实测，在测距装置的定值整定时使用实测线路阻抗参数，这对提高故障测距精度有很大的帮助。
b)在有较多线路的变电站中，往往由于故障录波测距装置容量不足的原因，采取只录取线路的中性线电流IN而不录取IU1、IU2、IU3三相电流的方法来解决故障电流的录波问题。而故障录波测距装置测距功能的实现是以提供线路的三相电压、三相电流给装置为前提条件的，如采取上述的做法，故障录波器就不能计算出故障回路的阻抗值，当然也不能计算出故障点的距离了，这就等于牺牲了故障测距的功能。原来使用微机保护装置和故障录波测距装置构成双重测距配置的方案就只剩下单重测距配置，降低了测距的可靠性。因此，在设计安装故障录波测距装置时要注意此问题，不要因为装置容量不足而轻易放弃故障测距功能，宁可采用增加装置的方式亦要实现故障测距这一重要功能。增城供电分公司的220 kV新塘变电站和荔城变电站的110 kV录波器的设计要求就是只录取线路的中性线电流IN，导致在实际使用中不能发挥录波器故障测距的功能，对送电线路的故障定位产生一定的影响。这一前车之鉴值得注意，在今后的录波器施工图设计过程中应该考虑这个问题。
2行波测距法
2.1行波测距法的原理
在输电线路发生故障后，在故障点将产生向两端运行的暂态行波，暂态行波在传播过程中遇到不均匀介质时，将发生折射和反射，在故障点和母线处暂态行波会发生反射和透射，行波测距法就是利用个波头之间的时间差来完成故障的定位。
当仅在线路一侧设置故障检测元件（如图2所示），检测线路一侧流过的暂态电流，即可构成利用单端电流行波的故障测距。设由故障点产生并运动到达检测母线的初始行波波头和经母线反射回故障点、再由故障点反射到检测母线的第个行波波头间的时间差为Δt、波速度为v，则故障距离dL可由下式给出：
受母线和系统结构等因素的影响，来自故障点的第个行波分量可能很微弱，以致无法检测而导致测距失败。因此有必要在故障线路两侧分设检测元件（如图3所示）用以检测到达个母线的初始行波而构成两端测距。设故障发生在时刻t，由故障点产生的初始行波到达两侧母线的时间分别为tm=t＋τm、tn=t＋τn，则故障距离可由下式给出：
式中：dm——故障点距一端母线的距离；
dn——故障点距另一端母线的距离；
l——故障线路长度。
两端测距需要线路两侧有准确的同步时间，测距受线路两端非线性元件的动态时延及参数的频变影响。而且，当被测线路在检测母线处开路时，将检测不到电流行波，测距将失去依据。
2.2行波测距法的分类
根据产生行波的种类和测量方式的不同，基于行波法的测距方法可分为A、、C三种类型。
a)A型行波测距法：利用故障点产生的行波，根据行波在测量点和故障点之间往返一次的时间和行波波速确定故障点的距离。A型测距法原理简单，所用装置少，同时不受过渡电阻及对端负荷阻抗的影响，理论上可以达到较高精度。但长期以来，由于对故障点产生的行波特性及在三相线路上的传播特性认识不够，对信号采样、确定行波到达时间要求较高，所以未获得广泛应用。
b)型行波测距法：利用故障产生的第一个行波波头信号，借助通信通道实现测距。其优点是利用故障点产生的行波第一次到达两端的信息，不受故障点透射波的影响。同A型测距法一样，此法要准确确定行波到达时间，为此，普遍使用GPS技术。同时，型测距法比A型测距法需要更多的装置。
c)C型行波测距法：借助脉冲发射装置向离线的故障线路发射高压高频或直流脉冲，根据高频脉冲由装置到故障点往返时间进行测距。这类测距装置原理简单，精度也较高，长期以来得到了广泛应用。C型测距法有低压脉冲反射法和二次脉冲法。C型测距法是一种比较成熟有效的方法，目前国内外多家厂家都在生产这种装置。离线测量是其一大特点，与前两种测距方法相比，其设备投入较大。
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