高压输电线路故障定位技术及应用

时间：2024-05-17

叶海宏

（广州供电局有限公司，广东广州 510000）

0 引言

一般输电线路在发生故障后，故障点通常在线路上会产生向两侧传播的暂态行波信号，其包括很多故障信息，因此，为了在识别初始行波的波头方面精准快速，对输电线路故障的定位有着非常重要的作用。

1 输电线路故障定位技术的作用

在电网维护当中输电线路故障定位技术有着很重要的作用，其主要表现在3个方面：1）能够节约时间。输电线路故障定位技术的合理应用在一定意义上能够使得运行维护人员能够快速确定故障点，使维修人员减少巡线时间。2）降低经济损失。在输电线路当中如果产生故障，难免会带来相应的经济损失，故障定位技术的合理应用能够让运行维护人员在对故障点确定之后及时地排除和维修，降低经济损失。3）能够对线路薄弱点实施合理的分析。输电线路有时会产生瞬时故障都是产生在线路的薄弱部位，而故障定位技术的应用使得运行维护人员能够及时对薄弱部位进行分析，从而采用科学合理的措施实施保护，避免其产生永久故障，使得线路维护成本降低，将输电线路的安全以及稳定性不断提升。

2 高压输电线路故障定位技术及应用

在输电线路产生故障时，线路当中通常会有动态性的暂态电压行波以及电流行波，这些暂态行波中通常主要有故障距离以及方向等故障信息。和阻抗法相比，行波故障定位方式不会受到过渡电阻以及系统振荡对其产生的影响，采用行波实施故障定位现阶段受到广泛的应用。

同时传统当中采用的双端输电线路已经被逐渐淘汰，对于T 型线路来讲，其有着节约投资以及输送功率大等特点。这种输电线路在相应的电压等级当中应用逐渐普遍，国内外一些对T 型线路故障定位的算法也在不断增大。下面主要就对其进行详细的分析和探讨。

2.1 输电线路故障模型

通常在输电线路当中，短路故障比较常见。因此以下主要就针对短路故障相关方面进行详细的分析：

输电线路结构如图1所示。

线路结构参数如下：

图1 T 型输电线路示意图

在 Matlab 当中建立的仿真模型参数为：将线路电压设置为 500 kV，频率为 50 Hz，R、S、T 三端电源相位角分别为 0°、30°、60°。线路长度 lRP=100 km 、lSP=150 km、lTP=200 km ，采样频率为 1 MHz，仿真时长为 0.1 s。由线路参数，行波波速度约为 1 089 942 318.2×105km/s。

2.2 故障分支判别及测距

如图 1所示，以对 TP 分支所产生的单相接地短路故障作为案例对将故障分支进行判断。如果M 点产生单相接地短路故障，输电线路当中所产生的故障点其暂态电压行波主要就是朝母线进行传播，并且其速度趋于光速向三端母线进行传播。在GPS传播速度一致的情况下，能够对初始行波到测量点的时间进行测量，也就是tR、tS、tT。采用线路长度lRP、lSP、lTP以及行波到测点的时间tR、tS、tT实施相应故障的判断，以此来对故障实现定位。

在对故障分支判别时主要通过以下相关公式计算：

式中，l作为两个测量点的长度，v 是行波速度。故障分支判断的依据为：

dRT≤lRP且dRS≤lRP，说明故障在 RP 支路。

dRS≤lRP且dST≤lSP，说明故障在 SP 支路。

dRT≤lRP且dST≤lSP，说明故障在 TP 支路。

在完成故障分支的判定之后，实施故障测距：

故障在 RP 支路；故障点距离量测点 R的距离

故障在 SP 支路；故障点距离量测点 S 距离：

故障在 TP 支路；故障点距离量测点 T 距离：

在采用TT 变换当中的输电线路行波故障定位步骤主要有：1）采用仿真来对三端线路的电压波实施获取。2）在对截取的故障前后三相电压波形同时实施相应的相模变换解耦。3）在获得其α模分量之后实施TT 变换，从而获得相应时间序列的矩阵。4）在对 TT 变换之后的对角线元素进行获取，以此来对其相应的序号实施傅立叶变换，以此来对完成变换之后的幅值-时间曲线进行故障，按照故障行波达到的时间，也就是tR、tS、tT，对故障分支做好判断。5）在对故障分支判定之后，应用公式（4）（5）（6）来对故障的距离进行计算。

图2 R、S、T 端α模分量

2.3 仿真分析

在 Matlab 中实施T 型输电线路模型的搭建，其中的参数要求主要就是按照实际的输电线路来获取，同时仿真线路主要呈现的是 RP 分支及 P 节点附近所产生的故障状况。

仿真算例：

如果线路 RP 分支和R 端的距离在50 km并且时间在0.035 s 时，在 A 相部位产生接地故障，故障的时间通常在0.035 s～0.039 s，过渡电阻为 50 Ω 。

在对运行一段时间的单端母线故障电压行波获取之后，采用克拉克相模变换对于其实施相应的解耦，同时在对α模分量获取之后，完成解耦的结果如图2所示。

由于在实际的应用中，相应的电压行波信号都在上添加高斯白噪声，对α模分量波形传输到模型当中实施 TT 变换，从而获取一个时间矩阵，在由TT 变换所获得的对角线元素序列之后实施傅立叶变换，以此获得一个幅值-时间。

在这当中，测的行波首波头到达的时间 R为 176采样点，S为694个采样点，T 为866个采样点，也就是tR=000176.0 s，tS=000694.0 s， tT=000866.0 s，将其带入公式（1）（2）（3）可以获得 dRS=903.49km， dRT=967.49 km， dST=064.150 km，从而有效的满足RP 分支故障判断条件，因此可以判定 RP 支路所呈现的故障。同时采用测距公式（4）可以知道 dRM=925.49 km，其误差主要为 75 m。