電力系統(tǒng)的短路分析與故障測(cè)距

1、 電力系統(tǒng)輸電線路上經(jīng)常發(fā)生各種短路故障，在故障點(diǎn)有些故障比較電力系統(tǒng)輸電線路上經(jīng)常發(fā)生各種短路故障，在故障點(diǎn)有些故障比較明顯，容易辨別，有些故障則難以發(fā)覺(jué)，如在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接明顯，容易辨別，有些故障則難以發(fā)覺(jué)，如在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于接地電流小，所以在故障點(diǎn)造成的損害小，當(dāng)保護(hù)切除這一地故障時(shí)，由于接地電流小，所以在故障點(diǎn)造成的損害小，當(dāng)保護(hù)切除這一故障后，故障點(diǎn)有時(shí)很難查找，但這一故障點(diǎn)由于絕緣已經(jīng)發(fā)生變化，相對(duì)故障后，故障點(diǎn)有時(shí)很難查找，但這一故障點(diǎn)由于絕緣已經(jīng)發(fā)生變化，相對(duì)整個(gè)線路來(lái)講比較薄弱，很可能就是下次故障的發(fā)生地，因此，仍然需要盡整個(gè)線路來(lái)講比較

2、薄弱，很可能就是下次故障的發(fā)生地，因此，仍然需要盡快找到其位置。其次，輸電線路穿越的地形復(fù)雜，氣候惡劣，特別是遠(yuǎn)距離快找到其位置。其次，輸電線路穿越的地形復(fù)雜，氣候惡劣，特別是遠(yuǎn)距離輸電線路，難免要穿越山區(qū)，沙漠這些人跡罕至的偏僻地帶，交通十分不便。輸電線路，難免要穿越山區(qū)，沙漠這些人跡罕至的偏僻地帶，交通十分不便。再者，多數(shù)故障往往發(fā)生在風(fēng)雪，雷雨等較為惡劣的天氣中發(fā)生。另外，我再者，多數(shù)故障往往發(fā)生在風(fēng)雪，雷雨等較為惡劣的天氣中發(fā)生。另外，我國(guó)電力系統(tǒng)的巡線裝備簡(jiǎn)陋，使得故障測(cè)距的準(zhǔn)確度，對(duì)故障巡線工作起了國(guó)電力系統(tǒng)的巡線裝備簡(jiǎn)陋，使得故障測(cè)距的準(zhǔn)確度，對(duì)故障巡線工作起了關(guān)鍵性的作用關(guān)鍵性

3、的作用。電力系統(tǒng)的短路分析與故障測(cè)距3.1 短路概述短路概述3.2 故障測(cè)距的概念及種類故障測(cè)距的概念及種類3.3 參數(shù)線路模型參數(shù)線路模型3.4 故障測(cè)距的具體意義和要求故障測(cè)距的具體意義和要求小結(jié)小結(jié)3.1 短路概述短路概述 電力系統(tǒng)運(yùn)行有三種狀態(tài)：正常運(yùn)行狀態(tài)、非正常運(yùn)行狀態(tài)和短路故障。電力系統(tǒng)運(yùn)行有三種狀態(tài)：正常運(yùn)行狀態(tài)、非正常運(yùn)行狀態(tài)和短路故障。 短路就是指不同電位導(dǎo)電部分之間的不正常短接。短路就是指不同電位導(dǎo)電部分之間的不正常短接。3.1.1 3.1.1 短路原因及后果短路原因及后果1 1短路原因短路原因（1 1）短路的主要原因是電氣設(shè)備載流部分絕緣損壞。）短路的主要原因是電氣設(shè)備

4、載流部分絕緣損壞。（2 2）誤操作及誤接。）誤操作及誤接。（3 3）飛禽跨接裸導(dǎo)體。）飛禽跨接裸導(dǎo)體。（4 4）其它原因。）其它原因。2 2短路后果短路后果電力系統(tǒng)發(fā)生短路，短路電流數(shù)值可達(dá)幾萬(wàn)安到幾十萬(wàn)安。電力系統(tǒng)發(fā)生短路，短路電流數(shù)值可達(dá)幾萬(wàn)安到幾十萬(wàn)安。（1 1）產(chǎn)生很大的熱量，很高的溫度，從而使故障元件和其它元件損壞。）產(chǎn)生很大的熱量，很高的溫度，從而使故障元件和其它元件損壞。（2 2）產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，該力使導(dǎo)體彎曲變形。）產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，該力使導(dǎo)體彎曲變形。（3 3）短路時(shí)，電壓驟降。）短路時(shí)，電壓驟降。（4 4）短路可造成停電。）短路可造成停電。（5 5）嚴(yán)重短路要影響電力系統(tǒng)

5、運(yùn)行的穩(wěn)定性，造成系統(tǒng)癱瘓。）嚴(yán)重短路要影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，造成系統(tǒng)癱瘓。（6 6）單相短路時(shí)，對(duì)附近通信線路，電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。）單相短路時(shí)，對(duì)附近通信線路，電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。 3.1.2 3.1.2 短路種類短路種類短路形式：短路形式：兩相接地短路兩相接地短路 1 . 1k短路短路 對(duì)稱短路對(duì)稱短路 3k不對(duì)稱短路不對(duì)稱短路 單相短路單相短路 兩相短路兩相短路 單相接地短路單相接地短路 1k單相接中性點(diǎn)短路單相接中性點(diǎn)短路 1k兩相短路兩相短路 2k兩相短路接地兩相短路接地 1 . 1k三相短路用三相短路用 表示，二相短路表示，二相短路 表示，單相短路用表示，單相短路用 表示，表示，

6、兩相接地短路用兩相接地短路用 表示。表示。只有三相短路，屬對(duì)稱短路。只有三相短路，屬對(duì)稱短路。 3k 2k 1k1 . 1k圖圖3-1 短路的類型短路的類型a) 三相短路三相短路 b) 兩相短兩相短路路 c) 單相短路單相短路 d) 單相接中心點(diǎn)短路單相接中心點(diǎn)短路 e) 兩相接地短路兩相接地短路 f) 兩相短路接地兩相短路接地3.1.2 3.1.2 短路種類短路種類選擇、檢驗(yàn)電氣設(shè)備，選擇、檢驗(yàn)電氣設(shè)備，以三相短路計(jì)算為以三相短路計(jì)算為主。校驗(yàn)繼電器保主。校驗(yàn)繼電器保護(hù)裝置用兩相或單護(hù)裝置用兩相或單相短路電流。相短路電流。3.2 3.2 故障測(cè)距的概念及種類故障測(cè)距的概念及種類3.2.1 3

7、.2.1 故障測(cè)距的故障測(cè)距的概念概念故障測(cè)距又稱故障定位，對(duì)于輸電線路來(lái)說(shuō)，是指在線路發(fā)生故障后，故障測(cè)距又稱故障定位，對(duì)于輸電線路來(lái)說(shuō)，是指在線路發(fā)生故障后，根據(jù)不同的故障特征，迅速準(zhǔn)確地測(cè)定出故障點(diǎn)的位置?，F(xiàn)有的故障測(cè)根據(jù)不同的故障特征，迅速準(zhǔn)確地測(cè)定出故障點(diǎn)的位置?，F(xiàn)有的故障測(cè)距算法按其工作原理可以分為行波法、阻抗法、故障分析法、智能化測(cè)距算法按其工作原理可以分為行波法、阻抗法、故障分析法、智能化測(cè)距法。由于阻抗法和故障分析法本質(zhì)上沒(méi)有區(qū)別，都是分析短路后的故距法。由于阻抗法和故障分析法本質(zhì)上沒(méi)有區(qū)別，都是分析短路后的故障特征量，利用短路計(jì)算的逆運(yùn)算求解故障距離。因此把阻抗法和故障障特

8、征量，利用短路計(jì)算的逆運(yùn)算求解故障距離。因此把阻抗法和故障分析法統(tǒng)稱為故障分析法。分析法統(tǒng)稱為故障分析法。 3.2.3.2.2 2 故障測(cè)距的分類故障測(cè)距的分類1.1. 行波法行波法行波法是根據(jù)行波理論現(xiàn)實(shí)的測(cè)距方法，始于上個(gè)世紀(jì)五十年代，隨著六十年代多傳輸線的行波行波法是根據(jù)行波理論現(xiàn)實(shí)的測(cè)距方法，始于上個(gè)世紀(jì)五十年代，隨著六十年代多傳輸線的行波傳播規(guī)律的更為深入的研究和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，行波測(cè)距的理論和技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，行傳播規(guī)律的更為深入的研究和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，行波測(cè)距的理論和技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，行波測(cè)距的裝置現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)。行波測(cè)距方案可分為波測(cè)距的裝置現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電

9、力系統(tǒng)。行波測(cè)距方案可分為A A、B B、C C三類三類11。A A型測(cè)距原理是根據(jù)測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)往返一次的時(shí)間和行波波速確定故障點(diǎn)的距離。這個(gè)測(cè)距裝置型測(cè)距原理是根據(jù)測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)往返一次的時(shí)間和行波波速確定故障點(diǎn)的距離。這個(gè)測(cè)距裝置比較簡(jiǎn)單，只能裝置在一端，不要求和線路對(duì)側(cè)進(jìn)行通信聯(lián)系。不受過(guò)渡電阻影響，可以達(dá)到較比較簡(jiǎn)單，只能裝置在一端，不要求和線路對(duì)側(cè)進(jìn)行通信聯(lián)系。不受過(guò)渡電阻影響，可以達(dá)到較高的精度。但是，高的精度。但是，A A型測(cè)距要求記錄行波波形，而故障暫態(tài)信號(hào)只持續(xù)很多的時(shí)間，為保證有足夠型測(cè)距要求記錄行波波形，而故障暫態(tài)信號(hào)只持續(xù)很多的時(shí)間，為保證有足夠的精度，應(yīng)采用足夠高的

10、采樣率，因此的精度，應(yīng)采用足夠高的采樣率，因此A A型行波測(cè)距對(duì)硬件要求比較高。型行波測(cè)距對(duì)硬件要求比較高。B B型測(cè)距是根據(jù)故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波到達(dá)線路兩端的時(shí)間并借助于專用通道的通信聯(lián)系實(shí)現(xiàn)測(cè)距的。型測(cè)距是根據(jù)故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波到達(dá)線路兩端的時(shí)間并借助于專用通道的通信聯(lián)系實(shí)現(xiàn)測(cè)距的。由于這種測(cè)距裝備利用的是故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波第一次到達(dá)兩端的信息，因此不受故障點(diǎn)投射波的由于這種測(cè)距裝備利用的是故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波第一次到達(dá)兩端的信息，因此不受故障點(diǎn)投射波的影響，實(shí)現(xiàn)起來(lái)困難較小。但是影響，實(shí)現(xiàn)起來(lái)困難較小。但是B B型測(cè)距對(duì)通道有高要求，使得投資巨大，目前難以在國(guó)內(nèi)廣泛采型測(cè)距對(duì)通道有高要求，使得投資巨

11、大，目前難以在國(guó)內(nèi)廣泛采用。用。C C型測(cè)距裝置是故障發(fā)生后由裝置發(fā)射高壓高頻或直流脈沖，根據(jù)高頻脈沖由裝置到故障點(diǎn)往返時(shí)型測(cè)距裝置是故障發(fā)生后由裝置發(fā)射高壓高頻或直流脈沖，根據(jù)高頻脈沖由裝置到故障點(diǎn)往返時(shí)間進(jìn)行測(cè)距。這個(gè)裝置的工作原理和雷達(dá)相同，只是行波沿電力線路傳播而已。對(duì)于瞬時(shí)性故障，間進(jìn)行測(cè)距。這個(gè)裝置的工作原理和雷達(dá)相同，只是行波沿電力線路傳播而已。對(duì)于瞬時(shí)性故障，C C型測(cè)距靠人為施加雷達(dá)信號(hào)往往測(cè)不到故障。另外，高壓脈沖信號(hào)發(fā)生器造價(jià)昂貴。由于通道技型測(cè)距靠人為施加雷達(dá)信號(hào)往往測(cè)不到故障。另外，高壓脈沖信號(hào)發(fā)生器造價(jià)昂貴。由于通道技術(shù)條件的限制，高壓脈沖信號(hào)強(qiáng)度不能太高，故障點(diǎn)反

12、射脈沖往往很難與干擾相區(qū)別，種種因素術(shù)條件的限制，高壓脈沖信號(hào)強(qiáng)度不能太高，故障點(diǎn)反射脈沖往往很難與干擾相區(qū)別，種種因素都限制了都限制了C C型測(cè)距的發(fā)展。型測(cè)距的發(fā)展。3.2 3.2 故障測(cè)距的概念及種類故障測(cè)距的概念及種類2 故障分析法故障分析法 故障分析法依據(jù)電壓電流的測(cè)量值，通過(guò)故障分析根據(jù)各種特征構(gòu)造各種原故障分析法依據(jù)電壓電流的測(cè)量值，通過(guò)故障分析根據(jù)各種特征構(gòu)造各種原理（如阻抗與距離成正比，用兩端數(shù)據(jù)計(jì)算到的故障點(diǎn)電壓相等，過(guò)渡電阻理（如阻抗與距離成正比，用兩端數(shù)據(jù)計(jì)算到的故障點(diǎn)電壓相等，過(guò)渡電阻的純阻性等）的測(cè)距方程，進(jìn)行故障測(cè)距。事實(shí)上，在線路參數(shù)已知的情況的純阻性等）的測(cè)距

13、方程，進(jìn)行故障測(cè)距。事實(shí)上，在線路參數(shù)已知的情況下，輸電線路某處發(fā)生故障時(shí)，線路兩端的電壓電流均為故障距離的函數(shù)，下，輸電線路某處發(fā)生故障時(shí)，線路兩端的電壓電流均為故障距離的函數(shù)，其實(shí)質(zhì)是短路電流的逆運(yùn)算。其實(shí)質(zhì)是短路電流的逆運(yùn)算。 故障分析法由于簡(jiǎn)單易行，對(duì)設(shè)備要求較低，故障分析法由于簡(jiǎn)單易行，對(duì)設(shè)備要求較低，投資小，獲得了廣泛的運(yùn)用。早起的故障分析方法主要是利用單端電氣量的投資小，獲得了廣泛的運(yùn)用。早起的故障分析方法主要是利用單端電氣量的測(cè)距算法，常見(jiàn)的單端算法主要有工頻阻抗法解微方程算法，零序電流相位測(cè)距算法，常見(jiàn)的單端算法主要有工頻阻抗法解微方程算法，零序電流相位修正法，故障電流相位修

14、正法，解二次方程法，對(duì)稱分量法，解一次方程法，修正法，故障電流相位修正法，解二次方程法，對(duì)稱分量法，解一次方程法，網(wǎng)孔方程法。上述單端測(cè)距算法都無(wú)法從原理上同時(shí)消除過(guò)渡電阻和對(duì)側(cè)系網(wǎng)孔方程法。上述單端測(cè)距算法都無(wú)法從原理上同時(shí)消除過(guò)渡電阻和對(duì)側(cè)系統(tǒng)阻抗的影響。制約了單端測(cè)距的發(fā)展。隨著通道的發(fā)展，能夠較為容易的統(tǒng)阻抗的影響。制約了單端測(cè)距的發(fā)展。隨著通道的發(fā)展，能夠較為容易的獲得對(duì)側(cè)的電壓電流，因此雙端測(cè)距方法逐漸發(fā)展起來(lái)。獲得對(duì)側(cè)的電壓電流，因此雙端測(cè)距方法逐漸發(fā)展起來(lái)。33 智能化測(cè)距法智能化測(cè)距法近年來(lái)，將智能理論引入故障測(cè)距的算法研究越來(lái)越多，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)近年來(lái)，將智能理論引入故障測(cè)距

15、的算法研究越來(lái)越多，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊理論居多。各種智能技術(shù)之間的交叉結(jié)合，如模糊專家系統(tǒng)，模和模糊理論居多。各種智能技術(shù)之間的交叉結(jié)合，如模糊專家系統(tǒng)，模糊網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)等相繼提出，但大多數(shù)還處于研究階段，糊網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)等相繼提出，但大多數(shù)還處于研究階段，還有待于各種智能技術(shù)的發(fā)展和成熟，相關(guān)科學(xué)成果如小波變換、遺傳還有待于各種智能技術(shù)的發(fā)展和成熟，相關(guān)科學(xué)成果如小波變換、遺傳算法、卡爾曼濾波技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)、概率與統(tǒng)計(jì)決策方法等也被引算法、卡爾曼濾波技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)、概率與統(tǒng)計(jì)決策方法等也被引入到故障測(cè)距中入到故障測(cè)距中3.3. 3.3. 參數(shù)線路模型參數(shù)線路

16、模型1 集中參數(shù)模型：集中參數(shù)模型：圖1 集中參數(shù)線路模型假設(shè)線路三相完全對(duì)稱，圖假設(shè)線路三相完全對(duì)稱，圖1給出了集中參數(shù)線路模型，其中：給出了集中參數(shù)線路模型，其中： Zs是線路相自阻抗；是線路相自阻抗； Zm是線路相間互阻抗；是線路相間互阻抗；Ys是線路相自導(dǎo)納；是線路相自導(dǎo)納； Ym是線路相間互導(dǎo)納。是線路相間互導(dǎo)納。 3.3 3.3 參數(shù)線路模型參數(shù)線路模型是M側(cè)母線電壓向量；是M側(cè)母線a、b、c相電壓相量；2 分布參數(shù)模型：分布參數(shù)模型： 當(dāng)線路較長(zhǎng)時(shí)，集中參數(shù)線路模型誤差就比較大了，此時(shí)，線路可用圖當(dāng)線路較長(zhǎng)時(shí)，集中參數(shù)線路模型誤差就比較大了，此時(shí)，線路可用圖2所示的所示的分布參數(shù)

17、線路模型來(lái)描述，圖中所示是單條線路的模型。其中：分布參數(shù)線路模型來(lái)描述，圖中所示是單條線路的模型。其中：z是單位長(zhǎng)度線路是單位長(zhǎng)度線路阻抗，阻抗，y是單位長(zhǎng)度線路導(dǎo)納。是單位長(zhǎng)度線路導(dǎo)納。 對(duì)圖對(duì)圖2所示的線路所示的線路dx段（段（dx是無(wú)窮小量）應(yīng)用電是無(wú)窮小量）應(yīng)用電路定律并推導(dǎo)可得線路分布參數(shù)方程路定律并推導(dǎo)可得線路分布參數(shù)方程:其中其中,線路的波阻抗為線路的波阻抗為: 3.3 3.3 參數(shù)線路模型參數(shù)線路模型傳播常數(shù)為：傳播常數(shù)為：圖圖2 分布參數(shù)線路模型分布參數(shù)線路模型線路單位長(zhǎng)度的阻抗為線路單位長(zhǎng)度的阻抗為 r+jL，導(dǎo)納為，導(dǎo)納為g+jC，l是線路長(zhǎng)度。是線路長(zhǎng)度。 以上是以上是

18、單條線路的分布參數(shù)模型。對(duì)于三相線路，情況要復(fù)雜得多，這里我單條線路的分布參數(shù)模型。對(duì)于三相線路，情況要復(fù)雜得多，這里我們?nèi)匀患僭O(shè)三相線路完全對(duì)稱，應(yīng)用對(duì)稱分量法，可將三相不對(duì)稱線們?nèi)匀患僭O(shè)三相線路完全對(duì)稱，應(yīng)用對(duì)稱分量法，可將三相不對(duì)稱線路（參數(shù)對(duì)稱、運(yùn)行狀態(tài)不對(duì)稱）轉(zhuǎn)化為三個(gè)對(duì)稱序線路（參數(shù)、運(yùn)路（參數(shù)對(duì)稱、運(yùn)行狀態(tài)不對(duì)稱）轉(zhuǎn)化為三個(gè)對(duì)稱序線路（參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)都對(duì)稱），對(duì)于每一個(gè)序線路，有行狀態(tài)都對(duì)稱），對(duì)于每一個(gè)序線路，有 3.3 3.3 參數(shù)線路模型參數(shù)線路模型其中：其中：p=0、1、2表示相應(yīng)的序。表示相應(yīng)的序。 以上給出了集中和分布參數(shù)的線路模型，從以上給出了集中和分布參數(shù)的線路模

19、型，從上上式來(lái)看，式來(lái)看，模型中包括線路參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，一般線路參數(shù)是給定的，而運(yùn)行參數(shù)則可從故障錄波模型中包括線路參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，一般線路參數(shù)是給定的，而運(yùn)行參數(shù)則可從故障錄波文件中取得，這樣通過(guò)求解方程就可以得到故障點(diǎn)。文件中取得，這樣通過(guò)求解方程就可以得到故障點(diǎn)。3 其它模型：其它模型：以上的兩種模型都是建立在線路完全對(duì)稱這一假設(shè)的基礎(chǔ)上的，實(shí)際上在很多超高壓線以上的兩種模型都是建立在線路完全對(duì)稱這一假設(shè)的基礎(chǔ)上的，實(shí)際上在很多超高壓線路上由于換位困難，線路都不換位，這樣，三相線路參數(shù)都不對(duì)稱，而且隨著輸電線距路上由于換位困難，線路都不換位，這樣，三相線路參數(shù)都不對(duì)稱，而且隨著輸電線距離

20、的加長(zhǎng)，線路波過(guò)程越來(lái)越明顯，架空避雷線也會(huì)對(duì)線路參數(shù)造成很大的影響，在詳離的加長(zhǎng)，線路波過(guò)程越來(lái)越明顯，架空避雷線也會(huì)對(duì)線路參數(shù)造成很大的影響，在詳細(xì)分析時(shí)不能忽略。細(xì)分析時(shí)不能忽略。 對(duì)于參數(shù)不對(duì)稱的線路，可以列出類似（對(duì)于參數(shù)不對(duì)稱的線路，可以列出類似（2）式的方程。當(dāng)考慮避雷線和雙回線等情況后，）式的方程。當(dāng)考慮避雷線和雙回線等情況后，方程的維數(shù)將大于方程的維數(shù)將大于3，同時(shí)類似（，同時(shí)類似（1）式的阻抗和導(dǎo)納矩陣也不再對(duì)稱。比如，對(duì)于有兩）式的阻抗和導(dǎo)納矩陣也不再對(duì)稱。比如，對(duì)于有兩根避雷線的雙回輸電線，線路總數(shù)為根避雷線的雙回輸電線，線路總數(shù)為8，方程，方程2的維數(shù)也為的維數(shù)也為8

21、。對(duì)于這種線路，構(gòu)造其分布。對(duì)于這種線路，構(gòu)造其分布參數(shù)的模型將極為復(fù)雜。下面簡(jiǎn)要說(shuō)明處理過(guò)程：參數(shù)的模型將極為復(fù)雜。下面簡(jiǎn)要說(shuō)明處理過(guò)程： 1 根據(jù)線路的物理參數(shù)以及其在桿塔上的集合分布，得到線路阻抗和導(dǎo)納矩陣；根據(jù)線路的物理參數(shù)以及其在桿塔上的集合分布，得到線路阻抗和導(dǎo)納矩陣； 2 對(duì)阻抗和導(dǎo)納矩陣對(duì)角化，由于矩陣不對(duì)稱，因此，對(duì)稱分量法將無(wú)法使用，需要對(duì)阻抗和導(dǎo)納矩陣對(duì)角化，由于矩陣不對(duì)稱，因此，對(duì)稱分量法將無(wú)法使用，需要構(gòu)造特殊的變換矩陣構(gòu)造特殊的變換矩陣T，這可通過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算（主要是復(fù)矩陣特征值和特征向量的計(jì)，這可通過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算（主要是復(fù)矩陣特征值和特征向量的計(jì)算）實(shí)現(xiàn)；算）

22、實(shí)現(xiàn)； 3 利用得到的變換矩陣?yán)玫玫降淖儞Q矩陣T實(shí)現(xiàn)（實(shí)現(xiàn)（2）式的簡(jiǎn)化，得到相互獨(dú)立的方程；）式的簡(jiǎn)化，得到相互獨(dú)立的方程；4 利用得到的相互獨(dú)立的方程實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距。利用得到的相互獨(dú)立的方程實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距。 以上介紹了故障測(cè)距中各種可能用到的以上介紹了故障測(cè)距中各種可能用到的模型，在一般的故障測(cè)距算法中，還是以前兩類模型的使用為主。本文也是在線路三相模型，在一般的故障測(cè)距算法中，還是以前兩類模型的使用為主。本文也是在線路三相對(duì)稱這一假設(shè)下的討論。對(duì)稱這一假設(shè)下的討論。 3.3 3.3 參數(shù)線路模型參數(shù)線路模型故障特征：故障特征： 電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障絕大部分是單相接地故障，這種故障的一個(gè)重要

23、特電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障絕大部分是單相接地故障，這種故障的一個(gè)重要特點(diǎn)就是在故障點(diǎn)的過(guò)渡電阻除了弧光電阻外，還有過(guò)渡物電阻。如架空輸點(diǎn)就是在故障點(diǎn)的過(guò)渡電阻除了弧光電阻外，還有過(guò)渡物電阻。如架空輸電線經(jīng)鐵塔單相接地短路，則過(guò)渡物電阻是鐵塔本身電阻與鐵塔接地電阻電線經(jīng)鐵塔單相接地短路，則過(guò)渡物電阻是鐵塔本身電阻與鐵塔接地電阻之和。這種接地電阻可高達(dá)數(shù)百歐姆。之和。這種接地電阻可高達(dá)數(shù)百歐姆。 兩相短路在短路點(diǎn)一般只有弧光電阻，比起單相接地的過(guò)渡電阻，這種電兩相短路在短路點(diǎn)一般只有弧光電阻，比起單相接地的過(guò)渡電阻，這種電阻較小，需要注意的是這種故障沒(méi)有零序電流。阻較小，需要注意的是這種故障沒(méi)有零序電

24、流。 兩相短路接地故障與單相接地故障類似，也可能存在較大的過(guò)渡電阻。兩相短路接地故障與單相接地故障類似，也可能存在較大的過(guò)渡電阻。 三相接地故障是對(duì)稱故障，所以不存在負(fù)序和零序電流，同時(shí)，這種故障三相接地故障是對(duì)稱故障，所以不存在負(fù)序和零序電流，同時(shí)，這種故障可認(rèn)為不存在過(guò)渡電阻?？烧J(rèn)為不存在過(guò)渡電阻。 在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，可以認(rèn)為在系統(tǒng)中只存在工頻正序量。而故障過(guò)在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，可以認(rèn)為在系統(tǒng)中只存在工頻正序量。而故障過(guò)程則是一個(gè)暫態(tài)過(guò)程。電力系統(tǒng)中除了工頻分量外，還存在著衰減的直流程則是一個(gè)暫態(tài)過(guò)程。電力系統(tǒng)中除了工頻分量外，還存在著衰減的直流分量以及各種高次諧波分量等。故障錄波記

25、錄下的就是多種分量的綜合體。分量以及各種高次諧波分量等。故障錄波記錄下的就是多種分量的綜合體。常規(guī)故障測(cè)距算法都是以工頻量作為分析的數(shù)據(jù)來(lái)源。因此，需要從故障常規(guī)故障測(cè)距算法都是以工頻量作為分析的數(shù)據(jù)來(lái)源。因此，需要從故障測(cè)距的數(shù)據(jù)來(lái)源測(cè)距的數(shù)據(jù)來(lái)源故障錄波文件中提取出這一分量，這一過(guò)程也就是錄故障錄波文件中提取出這一分量，這一過(guò)程也就是錄波過(guò)程，一般采用差分濾波加全周傅氏算法實(shí)現(xiàn)。本文的分析都是建立在波過(guò)程，一般采用差分濾波加全周傅氏算法實(shí)現(xiàn)。本文的分析都是建立在工頻量的基礎(chǔ)上的。工頻量的基礎(chǔ)上的。 3.3.3.3.1 1 單回線測(cè)距單回線測(cè)距單端測(cè)距單端測(cè)距 在繼保信息系統(tǒng)中，雙端測(cè)距是故

26、障測(cè)距的首選方法，單端測(cè)距只是在雙在繼保信息系統(tǒng)中，雙端測(cè)距是故障測(cè)距的首選方法，單端測(cè)距只是在雙端測(cè)距條件不具備時(shí)的備選方案。單端測(cè)距的方法很多，如阻抗法、分析法端測(cè)距條件不具備時(shí)的備選方案。單端測(cè)距的方法很多，如阻抗法、分析法等。下面簡(jiǎn)單介紹一下阻抗法的基本原理。阻抗法通過(guò)計(jì)算得到短路點(diǎn)到線等。下面簡(jiǎn)單介紹一下阻抗法的基本原理。阻抗法通過(guò)計(jì)算得到短路點(diǎn)到線路一側(cè)的阻抗值，用這一阻抗值除以單位長(zhǎng)度線路阻抗即可得到故障點(diǎn)位置。路一側(cè)的阻抗值，用這一阻抗值除以單位長(zhǎng)度線路阻抗即可得到故障點(diǎn)位置。 圖圖3 線路故障說(shuō)明線路故障說(shuō)明 在圖在圖3中，設(shè)故障錄波裝置裝在線路中，設(shè)故障錄波裝置裝在線路M側(cè)

27、，其電壓（工頻量）為側(cè)，其電壓（工頻量）為Um，由母線流向線路的電流為，由母線流向線路的電流為Im。則阻抗的計(jì)算公式。則阻抗的計(jì)算公式為：為： 為使為使Zm等于故障點(diǎn)到母線等于故障點(diǎn)到母線M的線路阻抗（正序阻抗），對(duì)于三相短路或的線路阻抗（正序阻抗），對(duì)于三相短路或相間短路，相間短路，即相間電壓；，即相間電壓；， 即為同名相的兩相電流之差。因此，單回線單端即為同名相的兩相電流之差。因此，單回線單端測(cè)距分兩步進(jìn)行，一是進(jìn)行故障選相，判斷出故障類型和故障相，二測(cè)距分兩步進(jìn)行，一是進(jìn)行故障選相，判斷出故障類型和故障相，二是根據(jù)故障類型和故障相計(jì)算出是根據(jù)故障類型和故障相計(jì)算出Um和和Im并利用并利用

28、上上式計(jì)算出故障點(diǎn)式計(jì)算出故障點(diǎn)距距M母線的阻抗，最后用這一阻抗值除以單位長(zhǎng)度線路阻抗即可得到故母線的阻抗，最后用這一阻抗值除以單位長(zhǎng)度線路阻抗即可得到故障點(diǎn)位置。障點(diǎn)位置。 3.3.3.3.1 1 單回線測(cè)距單回線測(cè)距雙端測(cè)距雙端測(cè)距如圖4，若以線路M(N)端的電壓，電流作為邊界條件，參考式（6），可以推出以此端表示的線路任一點(diǎn)x的電壓方程：其中，012表示對(duì)正、負(fù)、零序量都有上兩式存在。 圖圖4 故障線路示意圖故障線路示意圖設(shè)線路全長(zhǎng)為設(shè)線路全長(zhǎng)為l，假定距離，假定距離M端的端的F處發(fā)生故障，則處發(fā)生故障，則M和和F之間的任一點(diǎn)可以用之間的任一點(diǎn)可以用M端的電壓，電流表示；同理，端的電壓，

29、電流表示；同理，N和和F之間的任一點(diǎn)也可以用之間的任一點(diǎn)也可以用N端的電壓，電端的電壓，電流表示。所以故障點(diǎn)處的電壓可以用兩端的電氣量表示為：流表示。所以故障點(diǎn)處的電壓可以用兩端的電氣量表示為： 3.3.2 3.3.2 雙回線測(cè)距雙回線測(cè)距 由于同桿雙回線公用桿塔，所需出線走廊窄，具有占用良由于同桿雙回線公用桿塔，所需出線走廊窄，具有占用良田少，節(jié)省投資和建設(shè)速度快地等特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。我國(guó)田少，節(jié)省投資和建設(shè)速度快地等特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。我國(guó)在在220kv及以上電壓等級(jí)采用的也逐漸增多。及以上電壓等級(jí)采用的也逐漸增多。 對(duì)于雙回線，如對(duì)于雙回線，如果不發(fā)生跨線故障并認(rèn)為兩回線之間的影響對(duì)稱

30、，則可簡(jiǎn)化當(dāng)果不發(fā)生跨線故障并認(rèn)為兩回線之間的影響對(duì)稱，則可簡(jiǎn)化當(dāng)作單回線處理。如果全面考慮雙回線故障，則其種類達(dá)作單回線處理。如果全面考慮雙回線故障，則其種類達(dá)120種，種，其中接地故障其中接地故障63種，不接地故障種，不接地故障57種；單回線故障種；單回線故障22種，跨線種，跨線故障故障98種。種。 與單回線測(cè)距類似，測(cè)距的第一步必須把相互之間與單回線測(cè)距類似，測(cè)距的第一步必須把相互之間存在耦合關(guān)系的相方程經(jīng)變換轉(zhuǎn)化為不存在耦合關(guān)系的序分量，存在耦合關(guān)系的相方程經(jīng)變換轉(zhuǎn)化為不存在耦合關(guān)系的序分量，然后就可以采用某一序分量（一般是正序分量）用前面的方法然后就可以采用某一序分量（一般是正序分量

31、）用前面的方法進(jìn)行雙端測(cè)距。由于雙回線的特殊性，當(dāng)發(fā)生跨線故障時(shí)，用進(jìn)行雙端測(cè)距。由于雙回線的特殊性，當(dāng)發(fā)生跨線故障時(shí)，用單端測(cè)距法也可以避免過(guò)渡電阻的影響，得到精確的故障位置。單端測(cè)距法也可以避免過(guò)渡電阻的影響，得到精確的故障位置。3.4 3.4 故障測(cè)距的具體意義和要求故障測(cè)距的具體意義和要求3. 4. 1 故障測(cè)距的具體意義故障測(cè)距的具體意義 概況起來(lái)，輸電線路故障測(cè)距的意義主要包括以下幾個(gè)方面：概況起來(lái)，輸電線路故障測(cè)距的意義主要包括以下幾個(gè)方面： （1）對(duì)于永久性故障，準(zhǔn)確的故障測(cè)距結(jié)果能夠幫助巡線人員快速查找故障點(diǎn)，及）對(duì)于永久性故障，準(zhǔn)確的故障測(cè)距結(jié)果能夠幫助巡線人員快速查找故障

32、點(diǎn)，及時(shí)排除故障，快速恢復(fù)供電，提高供電可靠性和連續(xù)性，減少停電帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)時(shí)排除故障，快速恢復(fù)供電，提高供電可靠性和連續(xù)性，減少停電帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)損失和巡線所耗費(fèi)的大量人力、財(cái)力、物力。損失和巡線所耗費(fèi)的大量人力、財(cái)力、物力。 （2）對(duì)于瞬時(shí)性故障，準(zhǔn)確的故障測(cè)距有助于分析故障原因，發(fā)現(xiàn)絕緣隱患，從而）對(duì)于瞬時(shí)性故障，準(zhǔn)確的故障測(cè)距有助于分析故障原因，發(fā)現(xiàn)絕緣隱患，從而采取積極的預(yù)防措施，避免形成永久故障，節(jié)約檢修時(shí)間和費(fèi)用。采取積極的預(yù)防措施，避免形成永久故障，節(jié)約檢修時(shí)間和費(fèi)用。 （3）如果故障測(cè)距算法精度高，運(yùn)算量小，那么故障測(cè)距本身就可以作為距離保護(hù)）如果故障測(cè)距算法精度高，運(yùn)算量

33、小，那么故障測(cè)距本身就可以作為距離保護(hù)的元件，從而對(duì)提高保護(hù)性能、保證系統(tǒng)安全運(yùn)行有重要的意義。的元件，從而對(duì)提高保護(hù)性能、保證系統(tǒng)安全運(yùn)行有重要的意義。3. 4. 2 故障測(cè)距的故障測(cè)距的要求要求在不同場(chǎng)合，對(duì)故障測(cè)距的要求也不盡相同。但是要滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的需要，對(duì)算法在不同場(chǎng)合，對(duì)故障測(cè)距的要求也不盡相同。但是要滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的需要，對(duì)算法有以下幾點(diǎn)基本要求：有以下幾點(diǎn)基本要求： （1）可靠性）可靠性 要求在故障發(fā)生后能可靠地進(jìn)行測(cè)距，無(wú)論何種故障類型和故障條件，不能因?yàn)橐笤诠收习l(fā)生后能可靠地進(jìn)行測(cè)距，無(wú)論何種故障類型和故障條件，不能因?yàn)闇y(cè)距方法內(nèi)在缺陷出現(xiàn)測(cè)距結(jié)果的發(fā)散情況。而在無(wú)故障情況

34、下，不能錯(cuò)誤地啟動(dòng)測(cè)距方法內(nèi)在缺陷出現(xiàn)測(cè)距結(jié)果的發(fā)散情況。而在無(wú)故障情況下，不能錯(cuò)誤地啟動(dòng)故障測(cè)距。故障測(cè)距。 （2）準(zhǔn)確性）準(zhǔn)確性 保護(hù)裝置中，為了滿足繼電保護(hù)的技術(shù)要求，除了測(cè)距的精度外，更注重的則是保護(hù)裝置中，為了滿足繼電保護(hù)的技術(shù)要求，除了測(cè)距的精度外，更注重的則是如何快速地得到這一結(jié)。而在繼電保護(hù)信息管理系統(tǒng)中，由于是離線（或準(zhǔn)在線）如何快速地得到這一結(jié)。而在繼電保護(hù)信息管理系統(tǒng)中，由于是離線（或準(zhǔn)在線）系統(tǒng)，對(duì)于時(shí)間無(wú)嚴(yán)格要求，所以更注意的是測(cè)距精度，沒(méi)有足夠的準(zhǔn)確性就意味系統(tǒng)，對(duì)于時(shí)間無(wú)嚴(yán)格要求，所以更注意的是測(cè)距精度，沒(méi)有足夠的準(zhǔn)確性就意味著測(cè)距失敗。著測(cè)距失敗。3.4.2 3

35、.4.2 故障測(cè)距的故障測(cè)距的要求要求 （3）實(shí)用性）實(shí)用性 要求故障測(cè)距算法不受故障類型、系統(tǒng)運(yùn)行方式、過(guò)渡電阻及其故障距離等要求故障測(cè)距算法不受故障類型、系統(tǒng)運(yùn)行方式、過(guò)渡電阻及其故障距離等的影響，在各種情況下均能獲得較高的精度。在實(shí)際使用中，能減少人的工作的影響，在各種情況下均能獲得較高的精度。在實(shí)際使用中，能減少人的工作量，方便易用。量，方便易用。 （4）經(jīng)濟(jì)性）經(jīng)濟(jì)性 易于實(shí)現(xiàn)，且轉(zhuǎn)化成裝置時(shí)對(duì)元件、材料等要求適當(dāng)，成本低，生產(chǎn)的測(cè)距易于實(shí)現(xiàn)，且轉(zhuǎn)化成裝置時(shí)對(duì)元件、材料等要求適當(dāng)，成本低，生產(chǎn)的測(cè)距裝置物美價(jià)廉，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，能夠推廣使用。裝置物美價(jià)廉，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，能夠推廣使用

36、。要滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的需要，對(duì)故障測(cè)距提出了如下要求：要滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的需要，對(duì)故障測(cè)距提出了如下要求： 1. 故障測(cè)距必須能夠適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)和配置的電力系統(tǒng)：故障測(cè)距必須能夠適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)和配置的電力系統(tǒng)： 高壓輸電線路的故障測(cè)距方法可以簡(jiǎn)單地歸納為單端法和雙端法。高壓輸電線路的故障測(cè)距方法可以簡(jiǎn)單地歸納為單端法和雙端法。 單端法只用線路一側(cè)的電壓、電流的測(cè)量值，在理論上無(wú)法克服過(guò)渡電阻的影單端法只用線路一側(cè)的電壓、電流的測(cè)量值，在理論上無(wú)法克服過(guò)渡電阻的影響，需要在測(cè)距算法中做一定的假設(shè)。同時(shí)，對(duì)端系統(tǒng)阻抗的變化也是影響這響，需要在測(cè)距算法中做一定的假設(shè)。同時(shí)，對(duì)端系統(tǒng)阻抗的變化也是影響這類算法計(jì)算

37、精度的一個(gè)重要因素。這種方法也可能受偽根的影響而得到不正確類算法計(jì)算精度的一個(gè)重要因素。這種方法也可能受偽根的影響而得到不正確的結(jié)果。盡管許多學(xué)者對(duì)單端法存在的問(wèn)題提出了一些修正和改進(jìn)算法，但這的結(jié)果。盡管許多學(xué)者對(duì)單端法存在的問(wèn)題提出了一些修正和改進(jìn)算法，但這些算法比較復(fù)雜，且需要準(zhǔn)確知道線路另一側(cè)系統(tǒng)阻抗或進(jìn)行一些近似，所以些算法比較復(fù)雜，且需要準(zhǔn)確知道線路另一側(cè)系統(tǒng)阻抗或進(jìn)行一些近似，所以在很多情況下精度難以保證。單端法的好處是對(duì)兩側(cè)系統(tǒng)的要求較低，在系統(tǒng)在很多情況下精度難以保證。單端法的好處是對(duì)兩側(cè)系統(tǒng)的要求較低，在系統(tǒng)的量測(cè)比較薄弱時(shí)采用。的量測(cè)比較薄弱時(shí)采用。 而雙端法則在原理上完

38、全不受過(guò)渡電阻（阻抗）的大小、性質(zhì)及雙端系統(tǒng)阻抗而雙端法則在原理上完全不受過(guò)渡電阻（阻抗）的大小、性質(zhì)及雙端系統(tǒng)阻抗的影響，可以保證測(cè)距精度。而且隨著研究的深入，現(xiàn)在的算法已經(jīng)可以在雙的影響，可以保證測(cè)距精度。而且隨著研究的深入，現(xiàn)在的算法已經(jīng)可以在雙端數(shù)據(jù)不同步的情況下消除測(cè)距方程的偽根，得到比較精確的測(cè)距結(jié)果。端數(shù)據(jù)不同步的情況下消除測(cè)距方程的偽根，得到比較精確的測(cè)距結(jié)果。3.4.2 3.4.2 故障測(cè)距的故障測(cè)距的要求要求2.2. 故障測(cè)距必須考慮采用合適的線路模型：故障測(cè)距必須考慮采用合適的線路模型： 在電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析一般采用集中參數(shù)的線路模型。在故障測(cè)距分析中發(fā)現(xiàn)，在電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析一般采用集中參數(shù)的線路模型。在故障測(cè)距分析中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于較短的輸電線路，采用集中參數(shù)的線路模型，誤差不大，但隨著輸電距離對(duì)于較短的輸電線路，采用集中參數(shù)的線路模型，誤差不大，但隨著輸電距離的加大，計(jì)算誤差也隨之加大，對(duì)于的加大，計(jì)算誤差也隨之加大，對(duì)于500KV500KV長(zhǎng)距離輸電線路，則更是如此。所以長(zhǎng)距離輸電線路，則更是如此。所以故障測(cè)距必須能夠適應(yīng)各種長(zhǎng)度的線路。故障測(cè)距必須能夠適應(yīng)各種長(zhǎng)度的線路。3.3. 故障測(cè)距必須能夠適應(yīng)多種類型的故障：故障測(cè)距必須能夠適應(yīng)多種類型的故障： 電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障多種多樣