如何在輸電線路中測量故障距離

根據原理的不同，輸電線路故障測距的主要方法分為三類：故障錄波分析法、阻抗法、和行波法。

1.故障錄波分析法

故障錄波分析法利用故障時記錄得到的各種電氣量，事后由技術人員進行綜合分析，得到故障位置。隨著計算機技術和人工智能技術的發展，故障錄波分析法可以通過自動化設備快速完成。但該方法會受到系統阻抗和故障點過渡阻抗的影響，而導致故障測距精度的下降。

2.阻抗法

阻抗法建立在工頻電氣量的基礎上，通過建立電壓平衡方程，利用數值分析方法求解得到故障點和測量點之間的電抗，由此可以推出故障的大致位置。根據所使用電氣量的不同，阻抗法分為單端法和雙端法兩種。

對于單端法，簡單來說可以歸結為迭代法和解二次方程法。迭代法可能出現偽根，也有可能不收斂。解二次方程法雖然在原理和實質上都比迭代法優越，但仍然有偽根問題。此外，在實際應用中單端阻抗法的精度不高，特別容易受到故障點過渡電阻、對側系統阻抗、負荷電流的影響。同時由于在計算過程中，算法往往是建立在一個或者幾個假設的基礎之上，而這些假設常常與實際情況不一致，所以單端阻抗法存在無法消除的原理性誤差。但單端法也有其顯著優點：原理簡單、易于實用、設備投入低、不需要額外的通訊設備。

雙端法利用線路兩端的電氣信息量進行故障測距，以從原理上消除過渡電阻的影響。通常雙端法可以利用線路兩端電流或兩端電流、一端電壓進行測距，也可以利用兩端電壓和電流進行故障測距。理論上雙端法不受故障類型和故障點過渡電阻的影響，有其優越性。特別是近年來GPS設備和光纖設備的使用，為雙端阻抗法的發展提供了技術上的保障。雙端法的缺點在于：計算量大、設備投資大、需要額外的同步和通訊設備。

3 行波法

行波法利用的原理是當輸電線路發生故障時，將會產生向線路兩端以接近光速傳播的電流和電壓行波。通過分析故障行波包含的故障點信息，就可以計算出故障發生的位置。

根據使用行波量的不同，行波測距原理分為A型、B型和C型三種：

A型原理利用故障發生時產生的初始行波與該行波在故障點的反射波到達測量裝置的時間差來進行故障測距；

B型原理利用故障發生時產生的初始行波分別到達線路兩端測量裝置的時間差來進行故障測距；

C型原理利用故障發生后，在線路一段施加一個高頻或者直流脈沖，根據這個脈沖在故障點和測量裝置之間往返的時間差來進行故障測距。

這其中，A和C型行波測距方法是單端法，B型行波測距方法是雙端法，需要雙端信息同步。對于永久性故障，以上三種方法都有很好的適用性，而對于瞬時故障，A、B型方法可以比較準確地工作。行波法不受故障類型和過渡電阻的影響，在理論上有其優越性。

在早期的故障測距方法的研究中，行波法受到了廣大電力科研人員的重視。1946年C型故障定位裝置首先在加拿大通過測試；1947年A型裝置在美國投入運行；1948年B型裝置在日本投入運行。但由于受當時技術條件的限制，早期研制的行波測距裝置，結構復雜、可靠性差、投資大，因此并沒有得到大面積的推廣應用。

輸電線路發生故障后，將產生由故障點向線路兩端母線傳遞的暫態行波，包括電壓和電流行波，這其中包含著豐富的故障信息。根據暫態行波在傳遞過程中波速不變的原理，二十世紀五十年代開始就有科學家提出了利用暫態行波進行故障測距的理論。六、七十年代以來，隨著行波傳輸理論研究的深入，相模變換、參數頻變、暫態數值計算等方面的新突破，輸電線路暫態行波故障測距理論得到了新的發展。特別是近年來隨著電子技術和計算機技術的發展，高速采樣芯片的應用，行波故障測距顯示了巨大的優越性。