試論電力電纜行波故障測距方法

1、試論電力電纜行波故障測距方法摘要：分析了行波故障測距方法的特點，在比較了行波測距法與阻抗測距法，并發(fā)現(xiàn)在電力電纜故障測距中行波測距法優(yōu)于阻抗測距法基礎(chǔ)上，明確了各類行波故障測距方法的優(yōu)缺點，構(gòu)想了行波法今后發(fā)展的方向。 關(guān)鍵詞：電力電纜；行波；故障測距1行波測距方法原理與分類行波法的測距方法，即利用測量行波的傳播時間以確定故障位置。根據(jù)是否離線的需要，行波法可分為離線測距法和在線測距法。根據(jù)產(chǎn)生行波的種類和測量方式的不同，基于行波法的測距方法可分為A、B、C型三種，以及利用由重合閘產(chǎn)生的暫態(tài)行波在測量點與故障點之間傳播時間和由測量點感受到的故障開斷初始行波浪涌與其在故障點反射波之間的時延實現(xiàn)單

2、端輸電線路故障測距的新方法。其中后兩種方法是近幾年隨著國內(nèi)外學(xué)者對行波法研究的深入而產(chǎn)生的。離線行波測距法又可分為脈沖法和閃絡(luò)法。2幾種行波測距方法分析21A型測距法A型測距原理為：利用故障點產(chǎn)生的行波，根據(jù)行波在測量點和故障點之間往返一次的時間和行波波速確定故障點的距離。A型測距法原理簡單，所用裝置少，同時不受過渡電阻及對端負(fù)荷阻抗的影響，理論上可以達(dá)到較高精度。但長期以來，由于對故障點產(chǎn)生的行波特性及在三相線路上的傳播特性認(rèn)識不夠，對信號采樣、確定行波到達(dá)時間要求較高，所以未獲得廣泛應(yīng)用。近年來，國內(nèi)外許多學(xué)者就此展開了大量的研究。其中有利用暫態(tài)電流行波的測距方法，也有利用電壓行波的測距方

3、法。相比較而言，采用暫態(tài)電流行波測距法的占多數(shù)，其原因是：（1）暫態(tài)電壓信號不易獲得；（2）波阻抗不易準(zhǔn)確獲得；（3）當(dāng)母線上出線較多時，暫態(tài)電壓信號較弱，而暫態(tài)電流信號卻很強(qiáng)。目前，A型法最大的問題是如何區(qū)分是故障點反射來的行波還是從端母線反射來的行波。有的判別方法是比較故障線路暫態(tài)電流與參考線路暫態(tài)電流形成的反向行波浪涌與其對應(yīng)的正向行波浪涌的極性，來識別有用行波浪涌，有的判別方法是基于同一根線上不同點反射行波的極性來區(qū)分。前者的前提顯然是母線上除了接有故障線路外還接有其它線路。由于不同的故障類型會在三相線路中產(chǎn)生不同類型的行波，有效地區(qū)分故障類型，再利用最合適的方法來故障測距非常有用。利

4、用此方法，也可判斷線路閃絡(luò)位置。目前A型測距法用得最多。實現(xiàn)電纜離線故障測距有兩種方法：脈沖電壓法和脈沖電流法。該方法又稱閃測法。它首先利用直流高壓或脈沖高壓信號的作用把電纜故障點擊穿，然后通過測定放電電壓脈沖在觀察點與故障之間往返一次時間來測距。它適用于高阻和閃絡(luò)性故障。其優(yōu)點是不必將高阻與閃絡(luò)性故障擊穿，直接利用故障擊穿產(chǎn)生的瞬間脈沖信號，測試速度快。其缺點是：（1）安全性差。儀器通過一電容電阻分壓器分壓測量電壓脈沖信號，儀器與電壓回路有電耦合，很容易發(fā)生高壓信號竄入，造成儀器損壞。（2）測距時，高壓電容對脈沖信號是短路狀態(tài)，需要串一電阻或電感以產(chǎn)生電壓信號，增強(qiáng)了線路的復(fù)雜性，且降低了電

5、容放電時加在故障電纜上的電壓，使故障點不易擊穿。（3）在故障放電時，特別是進(jìn)行沖閃測試時，分壓器耦合的電壓波形變化不尖銳，難以分辨。脈沖電流法是通過一線性電流耦合器測量電纜故障擊穿時產(chǎn)生的電流脈沖信號的方法。它實現(xiàn)了儀器與高壓回路的電耦合，省去了電容與電纜之間的串聯(lián)電阻與電感，簡化了接線，傳感器耦合出的脈沖電流波形較容易分辨。綜上所述，分析認(rèn)為：A型行波測距法中離線測距技術(shù)已比較成熟，隨著行波在電纜中產(chǎn)生特性的深入，在線測距技術(shù)也已出現(xiàn)，并不斷完善。無論是離線測距還是在線測距，高速采集技術(shù)必不可少，這相應(yīng)會增加成本的投入。A型行波測距法最適用的地方應(yīng)該是配電網(wǎng)中在線測量電纜的高阻故障和局部放電

6、。當(dāng)然，這還有待在線測距技術(shù)的進(jìn)一步提高。如何簡單有效地區(qū)分各種反射波，尚有待進(jìn)一步研究。光分析故障點反射波顯然是不夠的。22 B型測距法B型測距法是利用故障產(chǎn)生的第一個行波波頭信號，借助通信通道實現(xiàn)測距。其優(yōu)點：利用故障點產(chǎn)生的行波第一次到達(dá)兩端的信息，不受故障點透射波的影響。同A型測距法一樣，此法要準(zhǔn)確確定行波到達(dá)時間。有的工作者使用了GPS技術(shù)。分析認(rèn)為，B型測距法比A型測距法需要更多的裝置。這就存在著一個很短的電纜與花費很大的GPS裝置之間的矛盾。對于很重要的電力電纜可考慮采用這種測距方法。23 C型測距法C型測距法是借助脈沖發(fā)射裝置向離線的故障線路發(fā)射高壓高頻或直流脈沖，根據(jù)高頻脈沖

7、由裝置到故障點往返時間進(jìn)行測距。這類測距裝置原理簡單，精度也較高，長期以來得到了廣泛應(yīng)用。目前C型測距法有低壓脈沖反射法和二次脈沖法。當(dāng)前，C型測距法是一種很成熟也比較有效的方法。國內(nèi)外多家廠家都在生產(chǎn)這種裝置。離線測量是其一大特點。設(shè)備投入較前兩種測距方法大。此種方法可根據(jù)故障類型的不同靈活使用。當(dāng)然也要與故障檢測裝置配合使用。使用不當(dāng)，也有可能會對電纜好的部分造成不必要的損壞。24利用重合閘產(chǎn)生的暫態(tài)行波測距這種測距方法是借助線路故障后，繼保動作后重合閘動作產(chǎn)生的暫態(tài)行波在測量點與故障點往返一次所需時間來測距。它可用于在線測量。由于電纜閃絡(luò)時繼保不一定會動作，且不能反映瞬時故障，此法不再能

8、適用。故此法可作為其它測距法（如A型、B型法）的補(bǔ)充來用。25利用線路故障開斷暫態(tài)行波測距此方法是利用測量點感受到的故障開斷初始行波浪涌與其在故障點反射波之間的時延實現(xiàn)單端輸電線路故障測距。其優(yōu)點是不受對端不連續(xù)點反射波的影響，所用設(shè)備較少，且可以反射瞬時故障。但它也存在繼保不動作，故不適用的問題。在一定條件下此法還受對端故障開斷行波的影響。另外，現(xiàn)有的行波故障測距裝置也只能記錄故障暫態(tài)行波及重合閘暫態(tài)行波。3幾種行波測距法的比較幾種行波測距方法都是通過測定行波在線路中傳播時間來確定故障點。相比較而言，A型，利用重合閘動作產(chǎn)生的行波和利用斷路器動作產(chǎn)生的行波進(jìn)行故障測距所用儀器最少，前端只用一

9、個高采樣率采集器即可；而B型需要配備穩(wěn)定性很好的通信通道；而C型需要附加脈沖發(fā)生器。單從處理信息過程來看，A型則需要有效區(qū)分是從故障點反射來的行波還是對端母線反射來的行波，以及連于同一母線上的其它線路上傳播并透射到此線路上的行波；而B型由于利用的是故障點產(chǎn)生的第一個行波浪涌，較容易取得，且不存在上述問題；C型利用的是故障點第一個反射波，也不存在這一問題。從測量區(qū)域來說，當(dāng)故障點離脈沖發(fā)出點較近時，C型存在一定的盲區(qū)；A型先利用故障點反射波也存在一定的盲區(qū)，但如果利用對端母線反射的行波或信號模量有望消除盲區(qū)；B型不存在盲區(qū)問題。各種類型的行波法都存在一個準(zhǔn)確測定行波到來時刻的問題。另外，B型還存

10、在一個線路兩端基準(zhǔn)時間要高度同步的問題。行波信號源與故障發(fā)生時刻也有很大關(guān)系；在電壓過零附近故障時，暫態(tài)行波十分微弱，此時A型和B型測距方法將失效；而C型，利用重合閘動作產(chǎn)生的行波和利用斷路器動作產(chǎn)生的測距將不受此限制。實際故障記錄表明，線路的絕大多數(shù)故障都發(fā)生在電壓峰值前約40°角以內(nèi)，在電壓過零的故障是十分罕見的。另外，有望借助其它測距法（如阻抗法）消除此問題。最后，各種行波法面臨的一個共同問題是外界干擾問題。其中由于C型要使用電力電纜載波通道，受通道技術(shù)條件限制，高壓脈沖信號的強(qiáng)度不能太高，因此故障點反射脈沖往往很難與干擾相區(qū)別，B型增加了通道線，抗干擾工作也相應(yīng)增加。綜上所述，目前A型、B型、C型和利用重合閘產(chǎn)生的暫態(tài)行波測距法都有使用價值。A型中離線測距技術(shù)和C型測距法都已經(jīng)成熟，但仍需進(jìn)一步提高準(zhǔn)確度和降低裝置的使用難度。在線測距法還有很大的發(fā)展空間，其中A型測距法有望在以后的開發(fā)研制中唱主角。筆者認(rèn)為，為尋求開發(fā)一套價格便宜、可靠性高且為在線實時測量的故障測距裝置，選用以A型行波測距法為主，其它有關(guān)測距為輔的測距方法較為適宜。4.結(jié)論本文分析了近幾年發(fā)表的關(guān)于電力電纜行波測距方法的論文，得出以下結(jié)論：（1）在電力電纜的故障測距中行波測距