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南华大学电气工程学院毕业设计论文

电能绿色环保，是当代重要的二次能源。近年来我国电力行业的发展日新月异，装机容量不断增加，电力系统结构也越发复杂多变，并且随着特高压超高压输电线路的问世，输电线路往往发生故障后，工农业以及城乡居民生活会受到很大影响。因此，及时查找到故障点，对输电线路的修复十分重要，及时确定故障点并排除故障能够更好的保障国民生活有序开展。

此前阻抗法较多地被运用于电力系统中用来故障测距。但其精准性有待提高，容易受到诸多因素影响，比如过渡电阻的存在、系统运行方式的变化、分布电容、CT饱和。早在二十世纪五六十年代，就有人提出通过提取分析故障行波信息进行测距，即通过数学手段收集提取出有用的电压电流行波信息，计算行波在线路和测量点的传递时刻来确定故障距离。但由于当时的技术设备落后，先前研制的行波测距装置容易出现故障，价格昂贵，没有广泛的实际应用价值。

近些年，随着对行波理论的不断深入和补充，加之小波变换和数学形态学两大工具也迅猛发展，行波测距技术有了许多新的突破与发展，出现了许多新颖的方法和原理，比如基于信号相位的测距，基于宽频信号的测距等。国内外在实际故障测距应用中也采用发明了各种装置。

因此，电力系统输电线路行波故障测距正日益受到专家学者的追捧，成为工程学中的一个热点。

1绪论

1.1课题的研究背景和意义

目前，我国的电力行业充满活力，蒸蒸日上。电力事业关乎国泰民安，良好稳定的电力系统能为经济的腾飞保驾护航。然而随着三峡工程的发电投产以及工业快速发展，输配电量直线上升，且输电线路的电压等级不断提高，传输距离也不断加大，其安全运行也就愈发重要。电力线路作为电力系统的重要传输纽带，且大多处在野外环境，气候条件多变，容易发生闪络等暂时性故障，不仅造成电力停止配送，输用电设备损坏，还可能造成电力系统发输配送整个结构的瘫痪。因此，及时进行精确的故障定位从而排除

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故障，一直是国内外专家学者研究的重大课题，具有重大的经济效益和广泛的运用前景。 当前，在系统运行过程中，线路容易发生单相、两相接地短路，绝缘避雷设备老化，故障性跳闸等故障。一旦出现故障，国民生活和工农业会受到巨大影响，而故障类型和故障点位置又较难判定，故障消除越慢，造成的损失也就越大。

鉴于以上原因，如果有方法能够快速定位，就能够及时清除故障，实现新的重大突破。然而现在的故障点查找方法十分落后，通过人工巡检，既耗时又耗力。特别是发生闪络故障时，肉眼难以判断出故障是否产生，而此种故障又常常发生，造成的绝缘损伤危害较大。而且采用人工巡检的话，可能一次小小的故障检测就要数个小时。所以如果能够快速的确定故障位置，既减小了电力工作人员的工作量，又能快速的消除故障，保障系统安全运行，确保人民生活有序进行，将中断供电损失降到最小。

在出现严重线路故障的时候，整个电力系统可能就此崩溃在国内外都有出现过这种情况，因此，输电线路的故障测距是近年来电力部门和科研人员竞相追逐的研究对象，故障测距能够帮助人们快速的找到故障位置，判断故障类型，防范于未然，将问题及时解决，避免事故出现。通过先进的研究理论所制造的精密测距装置能够帮助电力部门以很小的人力物力快速精确的查找到故障所在，消除隐患，电力系统才能安全可靠的运行 并保证不断电。

1.2故障测距方法的提出和发展

早在1969年SANT和 Paithankar第一次提出了单端测距的算法，即通过采集线路某一端的电压和电流，通过计算公式得到故障距离。单侧电源供电的线路使用此法是可行的，但对于两侧供电的电源，由于侧助增电流的存在以及故障点过渡电阻偏大，容易导致较大测距误差。1982年和1983年，Takagi和A wisniewski先后向科学界提出要对故障网络进行划分，也就是正常网络和故障网络的区分。通过采集故障前后基波电流和故障后基波电压的方式来研究其他因素的影响，主要是针对负荷电流和两侧系统阻抗的影响，这种方法确实使干扰因素变小了，同时测距理论也得到了进一步完善。

事实上，一旦电力系统的运行方式发生变化，线路阻抗，导纳值也会变化，故障电流沿线路分布的系数也随之发生改变。在前人的研究基础上，Schweitzer等人提出了通过编写迭代程序，输入原始数据的测距方法。

20世纪90年代初科研院所系统地深入地研究了常规制造的电流互感器，对其暂态

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响应特性进行了多次实地试验，试验结果表明l0kHz以上的电流暂态分量能够为常规电流互感器所传递。由于这一研究发现，目前我国的行波故障测距研究大多是针对电流行波，行波故障测距装置的研制也以电流行波为模板。

近年来，国内外专家学者越来越关注故障测距问题的研究，各种测距方法脱颖而出，将物理学，高等数学等其他学科知识结合运用到测距理论研究中，推动了测距方法的发展。还有不少研究者引入了相关学科的研究成果，比如通过统计学提出的概率和统计决策，最优法提出的优化法，人工神经网络算法，小波变换等。这些比较新颖的算法在故障测距方面都有重要的研究意义，也是各有千秋，但为了提高测距精度，减小误差，都存在需要进一步解决的问题。

1.3 故障测距研究面临的难题

1.3.1各类别测距方法的比较

许多学者在近几十年提出了许多的测距方法，他们要么基于所测量的物理量不同，要么就是测量技术和故障类型的不同，比如利用高速、大容量光纤的传播来测距和基于相位信号检测的数字式测距方法。这些理论成果集聚了国内外许多专家学者的大量心血，给故障测距研究带来了很大推动。电力系统在不断完善和发展，故障测距也在不断推陈出新，但无论如何变换，其原理可粗略分为两类:一类是阻抗法，即通过计算线路上的故障阻抗来测距，故障分析法在理论上类同与阻抗法，因此不作细致区分，这就要用到故障后稳态的工频分量；;另一类是不直接进行故障定位，而是利用快速变化的发生在故障前后的暂态电流、电压信号来进行定位，有时也用到当代全球定位系统，将故障后的脉冲加载到雷达系统上去。而单端测距和双端测距顾名思义，单端即是仅需要测量一端信号，而双端法需要采集两端信号，测距所需要的被测量两者是不相同的，阻抗法和行波法都可以适用这一原则。

(1)行波故障测距和工频测距的好坏分析:继电保护中的距离保护是阻抗法的鼻祖，从实质来讲，阻抗继电器运用的原理就是对阻抗法的应用，故障发生时电压、电流量可以测量到，从而通过计算可以得到故障阻抗。工频测距成本小容易实现，但是容易受到外界条件干扰，尤其是线路不对称因素会产生较大误差；行波法是对故障点产生的向线路两端传递的暂态谐波信号进行分析，在硬件设备上投资大，实现也有一定难度，但测

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