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摘要：伴随着电网建设的快速发展，高电压、长距离、大容量输电线路以其经济性、可靠性以及实用性得到了广泛的应用，而输电线路发生故障的情况也呈逐年上升的趋势。因此，研究输电线路故障时的行波测距法，有着重要的经济效益和社会效益。
关键词：输电线路；分布式故障；测距
1.故障测距研究意义
长期以来，电网公司和科研院校的专家学者都对输电线路故障测距予以广泛关注和积极研究。输电线路故障测距可以通过线路两端的电压电流信息或者行波等对故障点快速定位，以方便巡线人员尽快去现场处理，恢复线路供电，节省了巡线需要消耗的大量人力、物力和财力。由于闪络等瞬时性故障造成的输电线路故障跳闸，没有明显的烧伤痕迹，从表面看没有任何明显的破坏迹象，给故障点的排查带来了很大的困难。而在所有故障跳闸中这类事件占90%以上。输电线路故障测距可以及时发现这种隐患，提前预防以避免永久故障。
任何测距原理都是基于线路模型，利用电气量和故障距离的关系来构造的。就高压直流输电线路而言，其长度决定了必须基于分布参数模型来推导测距公式，因此，描述分布参数线路电气特征的波动方程成为了测距的基础。波动方程的达朗贝尔解说明电压、电流均是由前行波和反行波叠加形成的，行波是既与时间相关又与距离相关的物理量，且传播距离和传播时间受波速度的约束，因此固定观测点，通过行波到达的时间信息可以推算传播距离，这就是行波法的基本原理。行波会在线路边界和故障点之间来回折反射，在计及多次折反射的一个较长的时间范围内行波信号呈现周期性规律，因此行波信号的频率也可以反映线路边界到故障点的距离，这种利用暂态信号频域特征的测距方法称为固有频率法。根据时间换空间的思想，某一时刻下，线路某处的前行波可以用测量点处前行波的历史值得到，反行波可以用测量点处反行波的将来值得到。因此，通过测量点处电压和电流行波便可推知线路上任意一点的电压和电流值，结合故障点电压电流的特征便可进行故障定位，这种直接利用波动方程推导沿线电气量分布的方法就是故障分析法。
2.故障测距方法
2.1故障分析法
故障定位方法依据不同的原理，主要分成阻抗法、故障分析法和行波法等。
（1）阻抗法。阻抗法根据工频电气量，利用故障时测量到的电流、电压量来求出故障回路的阻抗，通过构造电压平衡方程，由于线路长度与阻抗成正比，利用数值分析方法即可得到故障点与测量点之间的电抗，因此可求出故障的大致位置。（2）故障分析法。故障分析法是利用故障时记录的电流电压数据，经过分析计算，计算出故障点到测量点之间的距离。提出专家系统来对故障录波数据进行集中处理，并确定切实可用的联网方案，因此可以解决不同型号录波器的联网和数据传送问题。（3）行波法。行波法的原理为：当输电线路发生故障时，将会产生电流、电压行波，行波以接近光速的速度向线路两端传播。通过测量故障出现时的电流、电压行波在线路上传播的时间，计算出故障距离。
2.2行波法
行波法主要是根据行波传输理论来实现输电线路故障测距。由于输电线路的电感电容的存在，当输电线路发生故障时，电场和磁场的相互转换产生故障行波，从故障点向线路两端传播，通用故障行波波速和行波到达线路两端的时间差的乘积来计算故障距离。行波法可分为A、B、C、D、E和F型，按照故障分析采用信息来源，也可分为单端量法和双端量法，其中单端量法有A、C、E、F型，双端量法有B、D型。单端量法利用输电线路一端的电流或电压行波即可进行定位，但是难以区分故障点和对端母线的反射波，且存在测距死区问题，通常与阻抗法结合起来进行故障定位。双端量法需要利用故障行波到达输电线路两端的时间差来进行故障定位，虽然可靠性和测距精度都有所提高，但是同样需要双端数据的同步通信，成本与单端量法相比比较高。
2.3智慧化测距方法
近年来，越来越多的学者将智能理论应用到输电线路故障测距中，如遗传算法、模糊理论、神经网络、专家系统、数学形态学、分形理论等方法，通过建立知识库、数据库和规则库等，利用计算机模拟极性故障定位。而智能技术的交叉结合，如模糊神经网络、神经网络专家系统等，可以扬长避短，结合多种智慧技术的优点，达到完美精确的故障定位。目前，这一技术还在研究阶段。
3.分布式故障测距技术
3.1测距原理
分布式测距是利用通信网路互联的两个或多个处理系统来完成测距，安装比较分散。沿高压线路分布式地安装若干组故障电流检测装置，对应输电线路的三相，每组共有三个检测装置，利用可以远程传输资料的监控主站，将各检测装置检测得的行波信息综合分析，形成定位网络。通过对各检测装置检测数据的分析，结合其安装位置，运用默认的输电线路故障测距算法，实现精确定位。如图1所示，检测点1~n分布在线路上，其采集到故障信息以后，通过无线通信网络，将故障信息送到监控主站，监控主站依据电流折反射波的时空变化信息、安装位置、线路长度以及线路实时参量等信息，采用比较优化，受干扰影响最小的测距算法，将故障点的准确位置计算出来。
图1分布式行波故障定位网络
3.2测距系统
输电线路分布式故障测距系统主要有以下三个模块：故障电流检测装置、无线通信传输网络模块和通过远程传输获得数据的监控主站。故障检测装置是其核心模块，根据数据采集流程以及功能可以细分为以下几个模块：供电模块、行波提取模块，高速采样与存储模块，CPU和ZigBee近距离无线通信模块。如图2所示。
图2故障电流检测装置结构框图
供电模块负责系统供电。主要由CT直接从输电线路上感应取电，为保证可靠性，在线路故障时系统供电采用大容量锂电池，如图3所示。根据输电线路负荷电流的情况来控制系统供电方式，当负荷电流较大时，采用感应取电给系统供电，同时给备用电池充电；当负荷电流较小或者线路短路时，采用充好电的备用锂电池给系统供电。因此，无论系统负荷电流情况如何，该模块都可以可靠、稳定地给系统供电。
图3供电模块结构框图
行波提取模块利用Rogowski线圈（罗氏线圈）采集故障行波信号，采集的行波信号经放大、滤波后送入高速采样与存储模块。Rogowski线圈较为简单，只需均匀地将测量导线缠绕在截面均匀的非磁性材料上，即可构成。
结束语
总而言之，故障测距做到可靠、快速与准确、及时发现隐患，处理隐患，成为一项重要的、紧迫的、值得研究的课题。希望通过本文对输电线路分布式故障测距的探析，能够对这一方法有更为清楚的认识，从而确保输电线路的持续、安全运营。
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