贵州电网公司都匀供电局 贵州 都匀 558000
摘要：本文阐述了输电线路行波故障测距技术的原理、发展历程，介绍了输电线路行波故障测距系统在国内的应用现状，分析了工程应用中存在的问题。针对上述问题，并结合近年来电力科技发展，本文提出了行波故障测距系统的后续技术发展方向。
关键词：输电线路；行波法；故障测距
1.引言
输电线路是电网中较容易故障的部分，输电线路故障后，快速、精确的定位故障点位置对缩短线路停电时间、快速恢复供电、降低停电带来的经济损失具有重要意义。从长期运行的角度看，精确的故障点定位信息有助于运行单位的事故分析，及时地发现故障隐患，采取有针对性的措施，提高线路运行的长期可靠性。
输电线路故障测距方法（故障定位）从原理上可分为阻抗法、行波法、时域法、频域法等。目前，获得实际应用的主要是阻抗法和行波法，保护/录波装置中主要应用的是阻抗法，行波故障测距装置则一般是单独组屏。相对而言，阻抗法受过渡电阻、系统运行方式、互感器等因素影响，在长线路、高阻故障情况下，定位误差较大，因此，输电线路行波故障测距装置是目前国内电力运营单位最主要的故障定位手段。本文首先阐述了输电线路行波故障测距系统在国内发展及应用现状，介绍了存在的问题，并对后续技术发展进行了分析。
2.输电线路行波故障测距技术原理及发展历程
2.1 输电线路行波故障测距原理
输电线路行波测距法（也称为行波故障定位），根据需要的电气量的不同，可分为单端法、双端法、脉冲法。目前，现场运行装置基本上都是采用采用双端法，其原理是利用故障产生的暂态行波，通过计算暂态行波到达线路两端的时间差来计算故障位置。故障测距计算中主要解决以下两个问题：①行波在传输过程中的衰减及波形畸变（即信号色散）；②不同线路类型中行波波速的确定。
图1 双端行波测距原理
2.2 输电线路行波故障测距技术发展历程
在上世纪70年代，国外相关研究单位就提出了行波故障定位概念，但受采样、授时等技术的限制一直未能实用化。在行波测距技术实用化之前，电力系统主要通过保护/录波装置数据利用阻抗测距法完成故障定位，但受故障过渡电阻、互感器误差等因素的影响，测距精度和可靠性较低，并且不适用直流输电、T阶等类型线路。上世纪80年代以后，随着GPS、数字信号处理技术的成熟，行波故障测距装置技术上逐渐成熟。而在行波故障测距理论研究领域也取得了突破，中国电科院、山东科汇等单位采用小波变换、模量变换、自适应滤波器等手段[1~7]的综合应用解决了色散、波速确定等问题，行波故障测距装置进入实用化阶段。
3．输电线路故障测距系统发展现状
3.1 应用规模
目前，基于行波原理的输电线路故障测距装置在我国电网已经获得了广泛应用，安装厂站数量超过3000个，全面覆盖500kV/330kV以上电压等级线路，距离较长的220kV电压等级线路也基本安装有行波故障测距装置。在国内，从事该领域产品研制与开发的主要厂家是：南京南瑞集团公司，山东科汇公司、山大电力等，由于国内在此领域的应用水平较高，在装置开发和相关技术研究方面与国外机构差距较小。
3.2 应用效果
实际运行统计表明，输电线路行波故障测距装置的精度基本上达到500米~1000米，在现场运行中主要发挥了以下作用：
1）输电线路行波故障测距装置的应用有效缩短了线路停电时间，仅在辽宁电网，根据2006年~2009年统计，挽回停电损失上亿元。
2）对于四川、青海、云贵等地电网，由于输电线路多跨越山区、林地，巡线困难，行波故障测距装置的应用大大降低了巡线工作量。
3）输电线路故障点的准确定位有助于运营单位采取预防性措施，这也间接降低了输电线路后续故障发生的概率。
但需要指出的是，输电线路行波故障测距装置的应用效果与现场的运行维护情况相关。以辽宁电网为例，2014年上半年，220kV线路故障的定位成功率超过95%，平均误差在2级杆塔以内（不到500米误差）；而运行维护不力的地区，故障定位成功率甚至不及50%。
3.3 存在的问题
（1）故障测距装置可靠性相对较低。
这是影响行波故障测距装置应用效果的最主要因素。由于行波故障测距装置系统构成较为复杂，包括装置采样、通讯、GPS授时（精度要求较高）多个环节，其中一个环节出现问题，即可能导致故障失败。根据各网省公司统计，由于通讯、GPS原因导致的故障定位失败占据故障总原因的70%以上。
（2）故障测距装置仍存在一些亟待解决的原理性问题，
在实际应用中，行波故障测距装置遇到的问题主要是以下两个：
1）高阻故障对故障测距的影响，较高的故障过渡电阻会降低初始波头的幅值，这直接影响了故障定位的精度及可靠性。
2）直流输电线路由于间接采样导致装置启动、测距可靠性降低。直流输电线路故障测距一般通过PLC中性点电流提取暂态行波，但中性点电流对应于直流线路电压变化率，而非直流故障电压/电流暂态行波。这就导致两个问题：装置启动可靠性降低和线路两侧波形差异较大从而扩大了测距误差。2014年4月网内某直流线路连续3次故障，由于间接采样导致的问题致使装置故障定位失败，运行人员为查找故障点花费了大量人力物力进行全线巡查。
3）故障测距装置的应用范围仍相对较窄
目前，行波故障测距装置的应用仍局限于高电压等级架空输电线路。前期研究表明，行波故障定位技术在配电网、铁路自闭贯通线及直流接地极等领域均有较为广泛的应用前景[8、9]。但受线路结构、现场运行条件以及成本等因素的制约，在上述领域的应用研究进展有限，尚未达到工程应用要求，这也是今后行波故障测距技术研究重点。
4. 输电线路行波故障测距技术发展方向
4.1 提高算法可靠性研究
（1）区域电网故障定位研究
图2 区域电网故障定位原理
区域电网故障定位技术基本原理如图2所示，当故障线路一侧数据（M）缺失时，利用相邻线路对端数据（S）与N端数据构成双端测距。区域电网故障定位在技术上需要解决的问题主要是：①暂态行波在相邻线路上色散相对严重，初始波头的判定相对困难；②多条相邻线路结果不相同时，最终结果的判定。
区域电网故障定位在工程上具有以下意义：①从原理上提高系统可靠性，利用多端数据完成测距，避免一侧装置数据缺失导致故障定位失败；②可降低系统建设成本和周期，减少装置配置数量，特别是对于35kV配电网而言。
（2）单端行波故障测距研究
单端行波故障测距基本原理是利用故障点反射波或母线反射波与初始波头时间差计算故障点距离，该算法仅需要一侧数据，无需GPS、通讯的配合。单端行波故障测距研究主要是作为双端行波法的补充及后备，在双端行波故障定位难以发挥作用的情况下，作为一种补偿手段，并可用于线路长度的修正。
4.2 直流输电线路故障定位研究
如前所述，直流输电线路故障定位依靠间接采样数据导致装置的可靠性相对较低。因此，在该领域内研究重点集中在以下两个方面：直流输电线路单端测距以及启动算法改进。在技术发展趋势上，重点是基于低速采样数据的频域法定位以及多种方法的融合使用。此外，直流接地极线路故障定位研究也是该领域研究重点。
4.3 配电网线路故障定位研究
配电网线路故障定位研究是今后故障测距技术应用研究的发展重要方向，技术上需要解决以下问题：①复杂线路结构对信号色散的影响；②基于配网变压器等低成本信号采样方法研究；此外，还需要解决测距装置成本较高以及维护困难问题。从前期研究成果表明，在配电网距离较长的35kV~110kV电压等级应用行波测距技术上不存在难以解决的问题，后续开发重点则是装置的研制与开发。
5.结语
（1）输电线路行波故障测距装置在我国电网已经获得了广泛应用，并取得了良好的应用效果；但实际应用效果与装置的运行维护关系密切，并且在实际运行中也暴露出可靠性等方面存在一定不足。
（2）今后行波故障测距技术研究重点主要包括以下两个方面：1）提高输电线路行波故障测距系统的整体可靠性；2）扩展行波故障定位技术在配电网、铁路自闭贯通线及直流接地极等领域的应用。
论文作者:关昕
论文发表刊物:《电力技术》2016年第8期
论文发表时间:2016/10/18
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