基于多点检测行波区段故障定位方法

周建达邹海荣

（上海电机学院研究生院上海201304）

摘要：在实际情况下的直流输电线路故障后行波在线路上的传播过程中，波形会受到空气湿度，温度，传输距离较长等各种因素发生衰减和畸变，传播到远距离检测点的波形特征特征消减严重，本文提出一种基于各个检测点波到时刻的故障区段测距方法。对长距离输电线路进行区域分段，设立多个电流波形检测点，采用双端检测，可以有效的减小波速不稳定，衰减的问题，测出故障波形进行分析，再区段判别后进行双端算法的定位测距，可以有效提高故障区段定位的准确性。

关键词：行波；故障区段定位；双端算法。

1.引言

行波法被认为是当前最为准确的故障定位方法，而双端行波法不存在定位死区并且避免了反射波可能衰减至不可测量的问题，在定位的准确性和可靠性方面都提优于单端行波法。因此，要实现准确和可靠的输电线路故障定位一般前采用双端行波法[1]。实际应用中，由于受被测线路的给定长度与实际长度之间的误差、行波信的衰减与畸变造成的波头标定准确性差、被速的不确定性等因素的影响，当前行波法的实际定位精度仍然不高。所以，有必要对其进行研究以进一步提高故障定位精确度[2]。

针对直流输电线路的故障定位，国内外学者己研究多年，且取得了一定的成绩。文献[3]国外学者首先提出利用两个连续反射波波头的波到时差和行波波速对直流输电线路进行单端行波故障测距；文献[4]提出了一种基于GPS时钟同步的直流线路双端行波故障定位算法，这种方法依赖于双端系统启动同步，具有较高的可靠性。

本文提出一种基于各个检测点波到时刻的故障区段识别方法。对长距离输电线路进行区域分段，设立多个电流波形检测点，测出故障波形进行分析，可以有效提高故障区段判断的准确性，缩小故障定位的范围与误差。在所判别的故障区段里进行新的双端算法测距，精确的定位故障位置，比较误差，验证此方法对故障定位减小误差对有效性。

2基于多点检测输电电线路故障区段判别方法的提出

对于提高输电线路故障定位的准确可靠性具有十分重要的意义。为减小故障行波的衰减和畸变，需要缩短行波传播的距离，为不计距离故障点较远的与故障点附近波速差别大的波速，需要仅获取故障点附近区段的波速；为减小弧垂因素对故障点标定带来的误差，需要减小导线弧垂的累差，保证按求解结果标定的故障点位置能够快速找到真实故障点。

将最邻近故障点两侧的测点作为第l级测点，向线路两端延伸与第l级测点相邻的测点作为第2级测点。依此类推，可得第n级测点。如上文图中当故障点被定位到了相邻测点M2和M3之间的线路段时，测点MK和MK+1叫就是第l级测点，测点MK-1和MK+2是第2级测点。

定位出故障区间后，可使用第1级和第2级测点之间的线路段计算波速（也可以使用其他两级测点），条件是所用测点的波头检测结果有效且其之间的线路不包含故障点。假定Mk-1为所选第2级测点，测点Mk-1和MK所检测到的故障初始行波到达测点的时间差为Δtk。测点Mk-1和MK之间的线路长度lk已知，根据式（12）即可计算出故障行波波速V：

故障发生在检测点M1和M2或者Mx-1和Mx之间时，因为其中一测点为线路的始端或末端测点，此时第2级测点只有l个，这时可利用该第2级测点与相邻的第1级测点来计算波速。例如故障发生在测点M1和M2之间的线路时，因测点M1为线路的始端测点，此时第2级测点只有M3，因此可利用测点M2和M3计算波速。同理，故障发生在测点Mx-1和Mx之间的线路时，可利用测点Mx-2和Mx-1计算波速。

该方法从故障线路本身测得波速，与利用相邻线路测定波速相比，能够避免由于线路参数（如导线型号等）不同导致的被迫误差。由于该方法只需检测初始行波波头，因此避免了使用反射波计算波速的缺点（当反射波不存在时将无法计算波速）。同时，波速的在线测定也避免了提前测定时由于不同时刻和不同自然环境条件导致的波速误差。

3.基于多点检测的区段故障测距仿真

双端行波测距法利用故障初始行波到达两端的时间差和波速来计算故障点位置，公式如下。

由上图4所知Dmf=23.2476km，误差为0.0467km=46.7m，仿真实验的验证说明，采用本文提出的基于多点的输电线路测距，运用多点的检测有效的缩短了故障检测的距离，减小因线路长度不准确和行波信号衰减与畸变造成的定位误差，利用多个电流测点可以判断出故障点所在的线路区间（相邻测点之间的线路），从而可以利用非故障区间的线路长度与行波波头到达其两端测点的时间差之比在线计算出波速，多点波速检测实现波速在线测定减小波速误差。利用区间段双端测距的算法实现区间测距，有效的减小了因其他各种因素对测距干扰的影响，大大减小了故障定位的误差，有效的提高故障定位的精准度。

4.结论

以上定位结果未考虑线路长度误差的影响。若假定实际线路长度误差为0.3%，那么此时使用短距离区段测距故障点时由于线路长度减小引起的最大定位误差为（50×103×0.3%）／2=75（m）。使用线路全长定位故障点时，由线路长度引起的最大定位误差为（1000×103×0.3%）／2=1500（m）。使用线路全长定位故障点的结果加上上述误差与缩短故障区间后的定位结果相比，误差更大。实际中的给定线路长度误差可能大于0.3%，此时使用线路全长定位故障点时因线路长度产生的定位误差还会增大，而缩短故障区间后定位故障点产生的误差较小且随测点间距的减小而减小甚至可忽略不计。因此，综合考虑各因素引起的定位误差后，可以看出本文方法相对具有较高的定位精度。

参考文献：

[1]刘振亚著．特高压交直流电网[M]．北京：中国电力出版社，2013．

[2]舒印彪，中国直流输电的现状及展望[J]。高电压技术，2004，30（11）：1-2.

[3]M.Gilany，D.k.Ibrahim，E.S.TagEldin.Traveling-Wave-BasedFault-LocationSchemeforMultiend-AgedUndergroundCableSystem[J].IEEETransactionsonPowerDelivery，2007，28.

[4]StringfiledTW，MarihartDJ，StevenRF.FaultLocationmethodforoverheadlines[J].AIEETransactions，1957，77（4）：518-530.