摘要：输电线路与其它电力系统组件不同，它暴露在环境中，发生故障的几率要大于电力系统中其它组成部分。而在所有可能发生的输电线路故障中，短路故障占比重较大，当线路中发生类似故障时，线路中的瞬时电流将成倍增长，引起线路发热，造成不必要的损失。为了降低故障所带来的人员伤害及经济损失，能够快速定位发生故障的精确地点，帮助检修人员快速的到达故障发生地点进行抢修，因此，迅速的对短路故障发生位置进行定位，对整个电力系统安全运行是非常有必要的。
关键词：输电线路；短路故障；定位系统
1输电线路短路故障定位的概述
作为电力系统纵联保护中的重要组成部分一故障定位，电压、电流采集器采集输电线路两端的电压、电流参数，经过以ARM为核心的数据处理器处理，传送至微处理器，计算出故障点与采集点之间的距离，从而计算短路故障发生的地点。线路参数的离线测量和在线测量组成了测量线路的主要方法。传统的离线测量需要将线路断电，使之完全与电网隔离，之后在双端线路中注入测量电源，测量线路中的电压、电流、频率等参数，再经人工计算得出相应参数，得出故障距离，实现故障定位。这种传统上的离线测量方法弊端是明显的，效率低，精确率低，是不能满足现代电力要求的。线路在线测量指的是，不需要对整条线路进行断电处理，利用以现代高速单片机为核心的参数采集器，通过现代光纤信息高速传输通道，传送至微处理器处理后直接得出故障地点。效率高，准确性高，操作简便，不需要人员在场实验，安全性大大增加。
2输电线路短路故障定位系统研究的意义
现代社会中，无论是工业实用还是民用，要求更优质的、可靠性更高的、稳定性能更好的电能。因为输电线路是电力系统中最重要的组成部分之一，它是连接发电端与使用端之间的重要桥梁，它的健康运行是电能实现优质、稳定、可靠的重要保障之一。然而，输电线路不像其它电力系统组件，它暴露在环境中，所发生的故障几率要大于其它电力系统中其它组成部分。输电线路发生故障的原因有：树木造成的短路、雷击、横臂坠落、起重机侵占、电流互感器爆炸、动物和绝缘子污染等。而在所有可能发生的输电线路故障中，短路故障占有绝大部分比重，当线路中发生这样的故障时，瞬时间线路中的电流将成倍增加，引起线路发热，造成不必要损失。这样的情况会引起短路点周边电压急剧降低，最严重的情况会使得与之并列的发电机异步运行，引起系统瘫痪。为了降低故障所带来的人员伤害及经济损失，能够快速定位发生故障的精确地点，帮助检修人员快速的到达发生地点进行抢修，迅速的对短路故障发生位置进行定位，对整个电力系统安全运行是非常有必要的。
3输电线路短路故障诊断方法
3.1行波法
当输电线路中发生线路短路故障时，电压、电流会产生相应的线路行波，这样的波形会以光传播的速度在线路中传输，该行波到达故障点后返回到线路终端的时间再与光速相乘得出传输距离，可以得到故障点到线路测量端点的距离。这样的波形在传输过程中不会收到其它参数影响，比如线路中阻抗，线路分布等参数，能够较简单的侧量出故障地点。但是，即使在现行的技术条件下，也需要进行大量的投资，例如需要安装专用行波祸合装置等其它录波装置，性价比不高。现代行波测距按照线路端点的分类，分为单端(A)型测距、双端(D)型测距、单端旧型测距。
3.2故障分析法
故障分析的基本原理是当线路出现故障时，记录下相应的电压、电流等相关参数，将这些参数设为故障距离的函数，通过求取相应的值得出故障距离。按照端点采样数目进行分类，分为单端分析法和双端分析法。不同的是，单端电气故障分析法需计算线路一端的电压及电流参数，实现故障定位。需要在一端设置电压、电流采集器。然而，由于其结果受到过渡电阻以及系统阻抗变化，测距方程伪根问题等影响导致测量精度不高。双端分析法需要计算线路两端的电压及电流参数。为了实现这样的功能，必须增加两端信息同步装置，保证同步采样，同步传输并处理数据，还需要具有快速可靠的信息传输通道。结果不受到过渡电阻及系统阻抗变化产生的影响，提高了短路故障地点定位的精确性。故障分析法还可以分为分布参数法、系统模型法。
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4输电线路短路故障定位系统分析
本研究设计采用电路参数采集器采集输电线路两端的工频参数，经过以ARM为核心的数据处理器处理，传送至微处理器，计算出故障点与采集点之间的距离，推算出短路故障地点，从而实现了输电线路短路故障定位。在本研究设计中，对输电线路短路故障采取双端定位与现代高速处理器结合，经过光纤通信快速信息传输而确定故障发生位置，达到本设计的要求，在最后对算法进行模拟。
4.1输电线路短路故障定位硬件设计
4.1.1硬件方案设计框图
在硬件方案设计时，线路一端(左边所示)采集模块采集输电线路一端电压、电流值，由S3C2440处理器对其进行处理后，通过以太光纤网络传送至另一端(右边所示)处理器。同时，另一端(右边所示)采集器也进行对线路中电压、电流的采集，与接收到一端(左边所示)采集的数据进行判断。数据进行处理后得出线路是否故障以及计算出故障距离，同时在显示模块中显示故障发生距离。
4.1.2处理器模块选择
高速的数据采集需要强大功能的处理芯片，以能够保证最快速度达到所需要的结果。同时，提高精度也是必不可少的。本系统采用三星公司的处理器S3C24400S3C2440是一种16/32位，主频达到400MHz的处理器，实现了哈佛结构高速缓冲，MMU，AMBA总线体系结构。通过提供一套完整的通用系统外设，减小整体系统成本。可扩展采集大量数据所必须具备的外部存储器。其LCD控制器提供1通道专用DMA。4通道DMA并有外部请求引脚，3通道UART，2通道SPI，内部自带ADC，130个通用输入输出端和多通道外部中断。能够满足本设计需求，鉴于本文采集速度的要求，在每一相的线路两端都需要设置S3C2440微处理器，在文中便于说明，只对一相进行设计，其它两相设计相同。
4.2输电线路短路故障定位软件设计
程序的设计需要将整体系统按功能划分成多个独立的模块，每个模块的功能明确定义，能够使得复杂任务简单化，在进行调试时也能够按照不同功能独立的测试，使得整体程序的准确性提高。在系统运行之前，需要对自身及其各种硬件及软件进行初始化，其中包括微处理器通过变电站同步授时系统进行授时操作。系统初始化之后，A/D采集器进行工作，将采集到的数据传送到处理模块，由处理器进行处理后，准备传送到线路另一端接收机，同时接收机也做好接收准备，接收机与发送机同时进行数据采集，接收到发送机数据后将两组数据进行处理，显示诊断结果，实现高效快速精准定位。
4.3输电线路短路定位系统算法实现
A/D对每一个相的电压、电流进行采样之后将数据传输到微处理器中进行数据的处理，微处理器会对测量的线路两端电流绝对值进行相加，判定相加后的值是否大于所设定的定值Dset，如果小于这个值，则系统继续采样数据；如果大于这个值，则需要按照相关计算方法计算Zdiff和Z0P等值。在计算这些值之后需要判断（Kd-D/2）>Dse是否成立，若成立，则计算内部故障发生的地点，若不成立，需要计算Zii，再进行下一步计算。
5结束语
在未来希望对输电线路短路故障定位系统的研究更加深入。在进行通信硬件部分设计时，本文只进行了光纤通信对信息传输的支持，在特殊情况时，可考虑增加无线通信作为辅助传输信息通道，保证本研究系统的安全运行。
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论文作者:李思毛
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/30
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