电力系统输电线路故障测距研究方法

电力系统输电线路故障测距方法研究

摘要：本文首先全面地介绍了故障测距在国内外发展历程和研究现状。根据各测距算法采用的原理不同，将现有的各种测距算法分为行波法、阻抗法、故障分析法以及智能法，然后逐类对各种算法的理论基础和应用条件上进行了分析、对比和讨论，并在此基础上总结得出了各测距算法的优点及存在的问题，指出了每种测距算法的适用范围和应用局限性。

其次设计了一套高压输电线路新型故障测距装置，该测距装置采用专门设计

的高速采样单元捕获暂态电流行波信号，采用全球定位系统GPS为线路两端提供精度高达1 s的统一时标,从而可实现高精度的双端行波法测距。

为了验证本论文提出的故障定位方法的可行性，通过分析研究，其结果说

明本系统的实验方案确实可行。理论和仿真结果表明，本文所作的工作提高了行波故障测距在不同线路结果情况下的适应性、精度和可靠性。

关键词：输电线路；故障测距；电力系统；行波；全球定位系统(GPS)

Research about the measure of fault

location in power system transmission line

Abstract：The development and general situation of the research in this field in China and in other countries is introduced in this paper. All the existing algorithms can be classified into 4 main methods those are traveling wave location, impedance location, fault analysis location and Intelligence location .Then the principle and application condition of each algorithm are presented and discussed. Based on the analysis and comparison of each algorithm, the corresponding merits and application limitation are concluded.

In this article, a new design scheme of the fault locator for HV transmission lines is

presented. By using high-speed data acquisitioning unit designed specially to capture traveling waves of transient current, using Global Positioning System (GPS) to supply high precise time tagging for both ends and using wavelet transform theories to identify the head of the traveling waves, the fault locator can realize high precise double-ended traveling waves location. At the same time, using two-terminal voltages and currents sampled by the medium-speed sampling and processing unit synchronized by the Pulse Per Second (1PPS) of GPS, can realize accurate double ended steady state location.

In order to verifying the feasibility of the fault location method, which is presented in this

thesis, the experiment is performed based on the locale condition. The result shows that the experimental scheme of this thesis is feasible. The analysis and simulation results indicate that the studies in this dissertation can improve the accuracy, reliability and adaptability of traveling wave fault location.

Keywords: power transmission line; Traveling wave; power system；Global Positioning System (GPS) ；fault location

第1章 绪 论

1.1 引言

电能作为洁净的二次能源，在当代社会的能源比重原来越发挥着它不可替代

的作用。电力行业是国民经济的支柱产业，优质可靠的电力供应是现代化社会持

续稳定发展的重要保证。因此，保证电力系统运行的安全性，可靠性，快速性等

至关重要。而输电线路负担着传送电能的重要任务，是电力系统的经济命脉，其

故障直接威胁到电力系统的安全运行，同时也是电力系统中发生故障最多的地

方。

1.2 输电线路的背景和意义

随着我国电力行业的飞速崛起，现代电力系统结构的日益复杂，输电线路的

输送容量和电压等级不断提高，远距离输电线路日益增多，输电线路故障对电力

系统运行，工农业生产和人民日常生活的危害也与日俱增。所以，及时排除输电

线路故障并及时排除各种隐患，不仅对修复电路和保证持续可靠供电，而且对保

证整个电力系统的安全稳定和经济运行都有是有十分重要的意义[1]。

电力系统输电线路上经常发生各种短路故障，在故障点有些故障比较明显，

容易辨别，有些故障则难以发觉，如在中性点不接地系统发生单相接地故障时，

由于接地电流小，所以在故障点造成的损害小，当保护切除这一故障后，故障点

有时很难查找，但这一故障点由于绝缘已经发生变化，相对整个线路来讲比较薄

弱，很可能就是下次故障的发生地，因此，仍然需要尽快找到其位置。其次，输

电线路穿越的地形复杂，气候恶劣，特别是远距离输电线路，难免要穿越山区，

沙漠这些人迹罕至的偏僻地带，交通十分不便。再者，多数故障往往发生在风雪，

雷雨等较为恶劣的天气中发生。另外，我国电力系统的巡线装备简陋，使得故障

测距的准确度，对故障巡线工作起了关键性的作用[2]。

概况起来，输电线路故障测距的意义主要包括以下几个方面：

（1）对于永久性故障，准确的故障测距结果能够帮助巡线人员快速查找故

障点，及时排除故障，快速恢复供电，提高供电可靠性和连续性，减少停电带来

的巨大经济损失和巡线所耗费的大量人力、财力、物力。

（2）对于瞬时性故障，准确的故障测距有助于分析故障原因，发现绝缘隐

患，从而采取积极的预防措施，避免形成永久故障，节约检修时间和费用。

（3）如果故障测距算法精度高，运算量小，那么故障测距本身就可以作为

距离保护的元件，从而对提高保护性能、保证系统安全运行有重要的意义。

1.3 输电线路故障测距研究的发展和现状

1.3.1 故障测距的发展和分类

长期以来，输电线路故障测距的研究一直受到学术界和电力工业部门的重视。早在

1955年前，经统计有关故障测距的文献就有120多篇。在五十年代中后期，人民就开始了

利用行波对架空线路的故障测距研究。六十年代的中期，人们对多传输的行波传输规律有了

较为深刻的认识，加上电子技术的发展，进一步促进了行波测距的发展。七十年代以来，随

着计算机技术在电力系统的应用，尤其是微机保护和故障录波装置的开发和运用，加速了故

障测距技术的实用化的进程。于此同时，故障测距算法也得到了较快的发展。1979年M.T.Sant

和Y.G.Paithanka首次提出了利用一端电压和电流的适用于单端电源系统的故障定位方法。

1982年Takagi和1983年A.Wisznicwski先后提出利用故障前后的电气量，将电力网络分解

成正常状态网络和故障分量网络，考虑负荷电流的影响，并且求取故障分量电流分布系数解

决两侧系统阻抗的影响。1985年L.Eriksson考虑了系统的运行方式变化的影响，提出了远

端馈入补偿算法，应用解二次方程的方法求解故障距离。1988年Sachdev和Agaral提出了

最早的双端测距思想。国内从八十年代也开始了故障测距的研究。利用暂态行波对输电线路

的故障测距进行了深入的研究，促进了行波测距的应用和发展。对另外对单端故障测距进行

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