1、試論電力電纜行波故障測(cè)距方法摘要：分析了行波故障測(cè)距方法的特點(diǎn)，在比較了行波測(cè)距法與阻抗測(cè)距法，并發(fā)現(xiàn)在電力電纜故障測(cè)距中行波測(cè)距法優(yōu)于阻抗測(cè)距法基礎(chǔ)上，明確了各類行波故障測(cè)距方法的優(yōu)缺點(diǎn)，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(cè)距1行波測(cè)距方法原理與分類行波法的測(cè)距方法，即利用測(cè)量行波的傳播時(shí)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(cè)距法和在線測(cè)距法。根據(jù)產(chǎn)生行波的種類和測(cè)量方式的不同，基于行波法的測(cè)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(cè)量點(diǎn)與故障點(diǎn)之間傳播時(shí)間和由測(cè)量點(diǎn)感受到的故障開斷初始行波浪涌與其在故障點(diǎn)反射波之間的時(shí)延實(shí)現(xiàn)單

2、端輸電線路故障測(cè)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(duì)行波法研究的深入而產(chǎn)生的。離線行波測(cè)距法又可分為脈沖法和閃絡(luò)法。2幾種行波測(cè)距方法分析21A型測(cè)距法A型測(cè)距原理為：利用故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波，根據(jù)行波在測(cè)量點(diǎn)和故障點(diǎn)之間往返一次的時(shí)間和行波波速確定故障點(diǎn)的距離。A型測(cè)距法原理簡單，所用裝置少，同時(shí)不受過渡電阻及對(duì)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(duì)故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波特性及在三相線路上的傳播特性認(rèn)識(shí)不夠，對(duì)信號(hào)采樣、確定行波到達(dá)時(shí)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(cè)距方法，也有利用電壓行波的測(cè)距方

3、法。相比較而言，采用暫態(tài)電流行波測(cè)距法的占多數(shù)，其原因是：（1）暫態(tài)電壓信號(hào)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(shí)，暫態(tài)電壓信號(hào)較弱，而暫態(tài)電流信號(hào)卻很強(qiáng)。目前，A型法最大的問題是如何區(qū)分是故障點(diǎn)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(duì)應(yīng)的正向行波浪涌的極性，來識(shí)別有用行波浪涌，有的判別方法是基于同一根線上不同點(diǎn)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(huì)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(cè)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(cè)距法用得最多。實(shí)現(xiàn)電纜離線故障測(cè)距有兩種方法：脈沖電壓法和脈沖電流法。該方法又稱閃測(cè)法。它首先利用直流高壓或脈沖高壓信號(hào)的作用把電纜故障點(diǎn)擊穿，然后通過測(cè)定放電電壓脈沖在觀察點(diǎn)與故障之間往返一次時(shí)間來測(cè)距。它適用于高阻和閃絡(luò)性故障。其優(yōu)點(diǎn)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(hào)，測(cè)試速度快。其缺點(diǎn)是：（1）安全性差。儀器通過一電容電阻分壓器分壓測(cè)量電壓脈沖信號(hào)，儀器與電壓回路有電耦合，很容易發(fā)生高壓信號(hào)竄入，造成儀器損壞。（2）測(cè)距時(shí)，高壓電容對(duì)脈沖信號(hào)是短路狀態(tài)，需要串一電阻或電感以產(chǎn)生電壓信號(hào)，增強(qiáng)了線路的復(fù)雜性，且降低了電

5、容放電時(shí)加在故障電纜上的電壓，使故障點(diǎn)不易擊穿。（3）在故障放電時(shí)，特別是進(jìn)行沖閃測(cè)試時(shí)，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(cè)量電纜故障擊穿時(shí)產(chǎn)生的電流脈沖信號(hào)的方法。它實(shí)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(cè)距法中離線測(cè)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(cè)距技術(shù)也已出現(xiàn)，并不斷完善。無論是離線測(cè)距還是在線測(cè)距，高速采集技術(shù)必不可少，這相應(yīng)會(huì)增加成本的投入。A型行波測(cè)距法最適用的地方應(yīng)該是配電網(wǎng)中在線測(cè)量電纜的高阻故障和局部放電

6、。當(dāng)然，這還有待在線測(cè)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(diǎn)反射波顯然是不夠的。22 B型測(cè)距法B型測(cè)距法是利用故障產(chǎn)生的第一個(gè)行波波頭信號(hào)，借助通信通道實(shí)現(xiàn)測(cè)距。其優(yōu)點(diǎn)：利用故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波第一次到達(dá)兩端的信息，不受故障點(diǎn)透射波的影響。同A型測(cè)距法一樣，此法要準(zhǔn)確確定行波到達(dá)時(shí)間。有的工作者使用了GPS技術(shù)。分析認(rèn)為，B型測(cè)距法比A型測(cè)距法需要更多的裝置。這就存在著一個(gè)很短的電纜與花費(fèi)很大的GPS裝置之間的矛盾。對(duì)于很重要的電力電纜可考慮采用這種測(cè)距方法。23 C型測(cè)距法C型測(cè)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(diǎn)往返時(shí)間進(jìn)行測(cè)距。這類測(cè)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(cè)距法有低壓脈沖反射法和二次脈沖法。當(dāng)前，C型測(cè)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(cè)量是其一大特點(diǎn)。設(shè)備投入較前兩種測(cè)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(cè)裝置配合使用。使用不當(dāng)，也有可能會(huì)對(duì)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(cè)距這種測(cè)距方法是借助線路故障后，繼保動(dòng)作后重合閘動(dòng)作產(chǎn)生的暫態(tài)行波在測(cè)量點(diǎn)與故障點(diǎn)往返一次所需時(shí)間來測(cè)距。它可用于在線測(cè)量。由于電纜閃絡(luò)時(shí)繼保不一定會(huì)動(dòng)作，且不能反映瞬時(shí)故障，此法不再能

8、適用。故此法可作為其它測(cè)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(cè)距此方法是利用測(cè)量點(diǎn)感受到的故障開斷初始行波浪涌與其在故障點(diǎn)反射波之間的時(shí)延實(shí)現(xiàn)單端輸電線路故障測(cè)距。其優(yōu)點(diǎn)是不受對(duì)端不連續(xù)點(diǎn)反射波的影響，所用設(shè)備較少，且可以反射瞬時(shí)故障。但它也存在繼保不動(dòng)作，故不適用的問題。在一定條件下此法還受對(duì)端故障開斷行波的影響。另外，現(xiàn)有的行波故障測(cè)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(cè)距法的比較幾種行波測(cè)距方法都是通過測(cè)定行波在線路中傳播時(shí)間來確定故障點(diǎn)。相比較而言，A型，利用重合閘動(dòng)作產(chǎn)生的行波和利用斷路器動(dòng)作產(chǎn)生的行波進(jìn)行故障測(cè)距所用儀器最少，前端只用一

9、個(gè)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(diǎn)反射來的行波還是對(duì)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(diǎn)產(chǎn)生的第一個(gè)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(diǎn)第一個(gè)反射波，也不存在這一問題。從測(cè)量區(qū)域來說，當(dāng)故障點(diǎn)離脈沖發(fā)出點(diǎn)較近時(shí)，C型存在一定的盲區(qū)；A型先利用故障點(diǎn)反射波也存在一定的盲區(qū)，但如果利用對(duì)端母線反射的行波或信號(hào)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(gè)準(zhǔn)確測(cè)定行波到來時(shí)刻的問題。另外，B型還存

10、在一個(gè)線路兩端基準(zhǔn)時(shí)間要高度同步的問題。行波信號(hào)源與故障發(fā)生時(shí)刻也有很大關(guān)系；在電壓過零附近故障時(shí)，暫態(tài)行波十分微弱，此時(shí)A型和B型測(cè)距方法將失效；而C型，利用重合閘動(dòng)作產(chǎn)生的行波和利用斷路器動(dòng)作產(chǎn)生的測(cè)距將不受此限制。實(shí)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(cè)距法（如阻抗法）消除此問題。最后，各種行波法面臨的一個(gè)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(hào)的強(qiáng)度不能太高，因此故障點(diǎn)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(cè)距法都有使用價(jià)值。A型中離線測(cè)距技術(shù)和C型測(cè)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(cè)距法還有很大的發(fā)展空間，其中A型測(cè)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(jià)格便宜、可靠性高且為在線實(shí)時(shí)測(cè)量的故障測(cè)距裝置，選用以A型行波測(cè)距法為主，其它有關(guān)測(cè)距為輔的測(cè)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(cè)距方法的論文，得出以下結(jié)論：（1）在電力電纜的故障測(cè)距中行波測(cè)距