基于多测点和相位比较的输电线路故障定位方法研究

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1、基于多测点和相位比较的输电线路故障定位方法研究第1章绪论1.1课题研究背景及意义纵观全球能源发展现状，在逐步形成三华特高压同步电网主网架的输电格局大背景下，能源资源与负荷中心分布不均衡[1]，以及生态环境问题日益突出，为实现能源资源优化配置，输电线路无疑扮演着重要角色，担负着电能输送和网架构成的重任。输电线路无时不刻地暴露于旷野之中，受周遭环境和不测天气的影响，极易发生各种短路接地故障[2]。线路一旦发生故障，将对电力系统的安全稳定运行造成连锁灾难性的影响，无论是波及范围，还是危害程度，都远远超过其它元件故障，因此对输电线路的故障诊断和状态监

2、测一直是电力系统研究的热点。按故障持续时间可将输电线路故障分为可重合闸成功的且发生概率较大的瞬时故障和须检修的发生概率较小的永久性故障[3]。依靠电力系统继电保护装置将输电线路的永久性故障切除后，需要检修人员找到故障点，将故障予以排除，以便及时恢复供电，同时考虑状态监测的需要，无论何种性质的故障，其发生位置均需要确定和记录。采用人工巡线的方式查找故障点需要耗费大量的时间和人力，无法保证供电的及时恢复，并且输电线路的长度一般在几百甚至一千公里以上，其经过的地形复杂多样，特别是多山地区，人工巡线更加困难。而对于故障痕迹不明显的瞬时性故障，往往巡线

3、也很难辨识[4]。如果通过故障定位确定故障点的准确位置，那么检修人员的工作重心，将从故障点的寻找转移到故障原因分析和绝缘薄弱判断上来，对及时发现线路局部绝缘隐患，避免再次故障升级为永久性故障，以提高供电的可靠性具有非常重要的意义[5]。永久性故障排除时间的长短，直接影响着电力系统的安全稳定和经济运行，排除时间愈长，则停电造成的经济损失越大[6]。如果能够通过故障定位方法准确给出永久性故障发生位置，可缩短永久性故障的排除时间，减轻巡线负担，减小线路停电造成的经济损失和社会影响，保证线路供电的及时恢复，具有巨大的经济和社会效益。综上所述，输电线路

4、故障定位的深入研究，对提高供电可靠性、保证电力系统的安全稳定和经济运行具有实际意义。.........1.2国内外研究现状输电线路故障定位又称为故障测距，是指当输电线路某处发生短路接地故障时，通过电压、电流参量或行波计算出故障发生的位置。输电线路故障定位方法按照定位原理的不同分为两大类：故障分析法和行波测距法，图1-1详细说明了故障定位方法的分类情况。故障分析法与距离保护原理相似，属于早期的故障定位方法，其原理是在输电线路发生故障时，根据电压、电流列出其关系方程，并求解故障距离的一种方法[2]。在故障分析法中应用最为广泛的是阻抗法，其实质是在

5、不计及线路的分布电容和电导的条件下，线路区内故障点的距离与阻抗成正比，故障时测量线路端部电压和电流，由其向量关系求解出故障回路的阻抗，即得到故障发生的位置[8]。故障分析法原理简单，硬件投资少，在早期的故障定位领域中应用广泛，但其原理存在缺陷，由于不考虑线路的分布电容和电导的影响，且受过渡电阻、运行方式、互感器变换误差、线路分布参数、线路结构不对称、以及线路走廊地形变化等因素的影响，故障分析法的实际定位精度不高[2],[8]，难以满足输电线路准确定位的要求。行波测距法是基于暂态行波传输理论，根据故障电流或电压行波在输电线路上传播时其行波时间和

6、传输距离的对应关系，计算出故障发生的准确位置[8]，分为单端行波法和双端行波法。与故障分析法相比，行波测距法具有测距精度和可靠性较高、稳定性好，并且不受故障类型、系统运行方式变化和过渡电阻的影响，适应性强等诸多优点，无论是理论完备性还是实际效果都优于故障分析法[9]。单端行波法是通过求解线路一端检测到的故障初始行波到达测点的时刻（以后简称初始时刻），和故障点或对端母线的反射波到达时刻，由二者时间差值求解故障距离[4]。与双端行波法相比，单端行波法只需在一端装设定位设备并且不需要双端通信设备，因此成本较低，无GPS时钟的同步要求。单端测距的问题

7、在于故障点和对端母线反射行波的准确辨识较为困难，因此降低了定位可靠性，同时对侧运行方式变化对测距精度的影响难以控制。..........第2章行波定位和多测点及相位比较的理论分析2.1概述在输电线路故障定位众多方法中，双端行波法无论是定位精度还是定位可靠性均具有显著的优势。为进一步减小其定位误差并提高定位可靠性（可靠性是指元件、系统和算法在规定的条件下和预定时间内，完成规定功能的概率[29]），需要从支撑该方法的行波理论入手，分析与定位准确可靠性有关的行波特性，找到影响行波定位准确可靠性的因素和问题，并在实际中加以解决，以期实现高精度高可靠性

8、的输电线路故障定位。本章以行波定位原理为始，阐述输电线路波过程是什么、其数学模型如何表示，并对影响定位准确可靠性的因素进行详细分析；其次，介绍基于三端行波测量数据的