第３１卷第１期　

２０１１年２月　东北电力大学学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　Ｏｆ　Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ　Ｄｉａｎｌｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｖｏ１．３１．Ｎｏ．１　

Ｆｅｂ．．２Ｏ１１　

文章编号：１００５—２９９２（２０１１）０１—００４８—０４　

单端行波测距新算法的研究　

齐　爽　，翟玉成２，刘立伟　，张木子　，韩学军　

（１．东北电力大学电气工程学院，吉林吉林１３２０１２；２．长春供电局双阳农电局，吉林长春１３０６００）　

摘　要：传统的单端测距算法需要考虑时间和行波波速两个因素，本文在原有的单端测距算法的　基础上消去了行波波速参数，提出了一种不受行波波速影响的的单端测距新算法，与之前的单端行波测　距算法相比该算法不受行波波速的影响的优点，而且计算方便、精确。经过ＡＴＰ对该算法进行仿真验　证，仿真结果证明了该算法的实用性。用该算法在超高压长距离输电线路测距误差可以保持在４Ｏ０　Ｉｎ以　内，更好的满足了电网的可靠运行要求。　关键词：单端故障测距；行波；故障距离　中图分类号：ＴＭ７７３　文献标识码：Ａ　

高压线路上精确地故障定位对于维修人员对其进行维修是非常重要的，准确定位对电网的安全稳　

定运行具有重要意义。通常，输电线路故障测距算法主要有２类：阻抗法和行波法。与阻抗计算法相　

比，行波测距法有定位速度快、准确度高且不易受系统运行方式、线路参数、故障阻抗和故障类型等因素　

影响的优点，具有很好的发展前景。发展到如今行波的测距方法也有很多，比如Ａ型、Ｂ型、Ｃ型、Ｄ型、　

Ｅ型、Ｆ型ｕ　，它们的测距精度会受到线路长度、行波波速、ＧＰＳ定位精度等很多因素的影响。文献［２］　

利用区分前向行波与反向行波的极性的方法来区分故障点反射波和对端母线反射波，但该测距方法需　

要利用行波波速进行测距；文献［３］提出一种根据阻抗法来确定故障发生在线路的前半段还是线路后　

半段的算法，但是阻抗法自身就存在很多缺点，很多情况下不能满足测距精度的要求；文献［４］提出一　

种不受行波波速影响的双端测距算法，虽然不受波速影响，但是需要借助ＧＰＳ定位系统，增加了成本，　

也增加了误差因素。　

本文采用小波模极大值对行波到达母线的时刻进行检测，通过检测到的电压行波极性来确定是故　

障点反射波还是对端母线反射波。该算法不需要计算行波波速只需检测单端三个波头的到达时间就可　

以对故障线路进行准确精确的测距。　

１　行波波头的奇异性检测原理　

小波变换具有很好的时频局部化特性，本文采用小波变换的模极大值来对信号进行检测。　

）的小波变换是　）（Ｓ＝２１），在尺度．ｓ下，在　。的某一邻域，对一切　∈（　一　，　＋　）有　

Ｉ　）ｌ≤ｌ　。）ｌ　（１）　

则称　。为小波变换的模极大值点，　）为小波变换的模极大值。　

如图１所示，小波变换的模极大值点与信号突变点是一一对应的。小波变换模极大值极性表示突变　

点的变化方向，模极大值大小表示突变点突变程度　。信号奇异点的位置、极性等特征信息可以利用小　

收稿日期：２０１０—１１—１５　作者简介：齐

爽（１９８５一），男，东北电力大学电气工程学院在读研究生，主要从事电力系统及其自动化方向的研究　第１期　齐爽等：单端行波测距新算法的研究　４９　

波变换准确提取，所以利用小波模极大值可以表征故障信息。　

２　测距新算法的实现　

２．１　相模变换　

为了消除三相高压输电线路的耦合影响，通常需要通过相模变换将三相电压、电流进行解耦，并转　

换成０、　、　这三个模量　

Ｉ　，Ｉ　ｔａ　ｌ　１『－　１　ｌ　ｉ　Ｉ＝Ｓ　Ｉ　ｉ６　Ｊ＝寺Ｉ　１　—１　Ｌ　

１　０　

式中：　、ｉ。为解耦后的电流线模、零模分量，ｉ　

ｉ　ｉ。为母线处侧得的三相电流，本文采用检测线模　

分量进行测距，因为流经大地后，地模分量会受到　

很多干扰，不容易检测。　

２．２　故障点反射波与对端母线反射波的区分　

本文采用区分到达　侧母线的电压行波极性　

的方法来区分故障点反射波和对侧母线反射波，由　

图２所示的行波网格图可知，故障发生后由有故障　

点传来的在ｔ，时刻到达　母线的电压行波　，，由于　

阻抗不连续在母线处会立即产生行波反射波ｊ｝　，，　

ｋ　为ｍ母线处端电压反射系数。此行波继续在线　

路上传播，同理当到达故障点时会再次发生反射得　

到反射波后　，，｜ｉ｝，为故障点处电压反射系数。此电　

压行波会在ｔ　时刻到达　母线。　

另外，由故障点产生向ＪＩＶ端母线传播的电压行　

波，在Ⅳ母线处发生反射得到反射波　ｒ，ｋ　为Ⅳ　

母线处的电压行波反射系数，反射波到达故障点处　

会发生折射，折射波为６　Ｍ，，６ｒ为故障点处的电压　蛐州　］＇　

５ｏ０　ｌ（ｘｘ）　ｌ５ｏ０　２１）（）Ｉ＿）２５ｏ０　３（）ｏ（）３５（ＩＯ　４０００　４５ｏ（）５【啪　

图１　故障电流波形及其模极大值　

图２行波网格图　

折射系数。该行波继续在线路上传播，在ｔ　时刻行波６　ｒ到达　母线处，因为反射系数ｋ＜０，折射系数　

ｂ＞ｏ，可见初始行波　与由故障点的反射波　同极性，初始行波　与由Ⅳ侧母线的反射波　极　

性相反，这样就可以对采集到的波头加以区分。　

２．３　测距算法　

本文采用单端故障测距，只需要在　母线上采集故障行波信号，行波传输图如图２所示，当线路发　

生故障有故障点向两侧发出故障行波，行波到达　母线时刻为ｔ　，行波经故障点反射波到达　母线时刻　

为ｔ　，行波经Ⅳ母线反射在到达　母线的的时刻为ｔ，，本文提出的测距新算法只需侧得行波到达的这三　

个时刻就可以精确侧得故障距离：　

１　ｆｄ＝　（ｔ２一ｔ１）　｛　二　

１　，　（３）　

Ｉ　ｄ＝Ｌ一　（ｔ２一ｔ１）　

式中：ｄ为线路上故障点距　母线的距离；　为线路全长；　为行波在线路上的传播速度。　

解上式方程组得到测距公式为：　㈣㈣　㈣㈣０　∞０　㈣　６　５　４　３　２　ｌ　一

　东北电力大学学报　第３Ｏ卷　

Ｌ　２ｔ，　（４）　￡３＋￡２～　】　’　、。　

则可以得到故障距离：　

ｄ＝　ｔ２　×Ｌ．　（５）　３十　一Ｚ　１　这就是本文所提出的行波测距公式，由上式可见此测距公式中不包含行波波速，所以不受波速影　

响，所需要的测距参数更少，只需测得　￡：、ｔ。即可，即简便又提高了测距精度。　

３新算法的仿真验证　

单端测距算法进行故障测距。　

设在输电线路上Ｍ母线１００　ｋｍ处发生单相接地　

短路故障，过渡电阻选１００　Ｑ，通过对得到的电流行波做　５０Ｃ　

相模变换得到线模５￣ＪＪｔ，在用小波变换就可以清楚地看挺１００（３　

出三个行波波头到达Ｍ母线的时间。通过测量得到　

１＝０．８３４　３　ｍｓ，ｔ２＝１．５０６　ｉｎｓ，　３＝２．１８０　ｍｓ，根据本　２ｏ。　

文提出的测距公式可得到故障距离为ｄ＝９９．８９　ｋｍ，需０　

测距误差最大为１１０／／１。仿真结果证明本文提出的……　

测距算法测得的故障距离非常精确。　

通过在不同故障距离和不同过渡电阻下进行仿　

真，得到测距结果如以下各表所示。可以看出测距　

误差可以保持在４００　ｍ以内，所以经过ＡＴＰ仿真表　

明此测距算法都具有很高的测距精度，可以满足实　

际工程需要。以下各表是对故障在不同过渡电阻和　

不同故障距离的情况下侧得的数据。其中表１为新　

算法的测距结果，表２为原有的单短故障测距算法　图３仿真模型　

、刀‘－　：　

５００　ｌ０００　１５００　２Ｏ００　２５００　

故障电流波形与行波到达时间（ｄ＝１００ｋｉｎ）　侧得的结果，表３为双端行波测距算法在各个情况下的测距结果。　

表１

新算法的仿真结果　第１期　齐爽等：单端行波测距新算法的研究　５１　

单端、双端测距算法必须根据行波波速结合检测母线出的行波波头到达时间进行测距，由表１、表　

２、表３对比可以看出本文提出的测距算法由于避免了行波波速的影响，测距精度有了明显的提高。　

３．２误差分析　

本文提出的算法消去了行波波速，测距结果不会受行波波速的影响，只需精确测量三个行波波头到　

达母线的准确时间即可精确测得故障距离，采用小波模极大值对行波波形畸变点进行检测，由于利用小　

波对行波波头检测精度很高，在对波头到达时问检测方面的误差很小，测距误差可以忽略。　

４　结　论　

本文提出一种新型行波单端测距方法，此算法具有很多以往单端算法所不具备的优点：测距算法不　

受行波波速影响，测距精度更高；不需要确定故障发生在线路的前半部分还是后半部分，只需根据电压　

行波极性确定检测到的是故障点反射波还是对端母线反射波，最主要的优点是无论在线路什么地方发　

生故障，只要检测到三个波头到达时问就可以通过测距算法得到故障距离，测距算法简单、可靠。通过　

ＡＴＰ／ＥＭＴＰ仿真证明该方法的精度很高，具有很强的实用价值。　

参考文献　

［１］葛耀中．继电保护和故障测距的原理与技术（第二版）［Ｍ］．西安：西安交通大学出版社，２００７：１８１—２４０．　［２］Ｊａｍａｌｉ　Ｓ．，Ｇｈｅｚｅｌｊｅｈ　Ａ。．Ｆａｕｌｔ　Ｌｏｃａｔｉｏｎ　Ｏｎ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｌｉｎｅ　Ｕｓｉｎｇ　Ｈｉｇｈ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ　Ｗａｖｅｓ［Ｊ］．Ｔｈｅ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎ—　ｇｉｎｅｅｒｓ，２００４，１（５—８）：２２０—２２３．　［３］Ｎｇｕ　Ｅｎｇ　Ｅｎｇ，Ｋｒｉｓｈｎａｔｈｅｖａｒ　Ｒａｔｎａｒ．Ｓｉｎｇｌｅ—Ｅｎｄ　Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ　Ｗａｖｅ　Ｂａｓｅｄ　Ｆａｕｌｔ　Ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｔｗｏ　Ｔｅｍｉｎａｌ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｌｉｎｅｓ［Ｃ］．２００９　ＩＥＥＥ　Ｒｅｇｉｏｎ　１０　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．２００９：１—４．　［４］　郑州，吕艳萍，王杰，等。基于小波变换的双端行波测距新方法［Ｊ］．电网技术，２０１０，３４（１）：２０３—２０７．　［５］覃剑，陈祥训，郑健超，等．用小波变换的双端行波测距新方法［Ｊ］．中国电机工程学报，２０００，２０（８）：６—１０．　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｏｎ　ａ　ｎｅｗ　ｓｉｎｇｌｅ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　Ｆａｕｌｔ　Ｌｏｃａｔｉｏｎ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　

ＱＩ　Ｓｈｕａｎｇ　，ＺｈａｉＹｕ．ｃｈｅｎｇ　，ＬＩＵ　Ｌｉ－ｗｅｉ　，ＺＨＡＮＧ　Ｍｕ－ｚｉ　，ＨＡＮ　Ｘｕｅ－ｊｕｎ　

（１．Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ　Ｄｉａｎｌｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｉｉｎ　Ｊｉｌｉｎ　１３２０１２；２．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｂｕｒｅａｕ　Ｓｈｕａｎｇｙａｎｇ，Ｒｕｒａｌ　Ｐｏｗｅｒ　Ｂｏａｒｄ，Ｊｉｌｉｎ　Ｊｉｌｉｎ　１３０６００）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｓｉｎｇｌｅ—ｅｎｄｅｄ　ｌｏｃａｔｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｎｅｅｄｓ　ｔｏ　ｃｏｎｓｉｄｅｒ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｒａｖｅｌｉｎｇ　ｗａｖｅ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｔｈｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｈａｓ　ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ　ｔｈｅ　ｔｒａｖｅｌｉｎｇ　ｗａｖｅ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｒｉｇｉ—　ｎａｌ　ｓｉｎｇｌｅ—ｅｎｄｅｄ　ｌｏｃａｔｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ａ　ｎｅｗ　ｓｉｎｇｌｅ—ｅｎｄｅｄ　ｌｏｃａｔｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｎｏｔ　ａｆｆｅｃｔｅｄ　ｂｙ　ｔｒａｖｅｌｉｎｇ　

ｗａｖｅ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｆ　ｔｒａｖｅｌｉｎｇ　ｗａｖｅ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｉｓ　ｅｘｃｌｕｄｅｄ　ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｒｅｖｉｏｕｓ　ｓｉｎｇｌｅ—　ｅｎｄｅｄ　ｆａｕｌｔ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｔｈｉｓ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｓ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ，ａｃｃｕｒａｔｅ．Ｔｈｅ　ｕｔｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｖｅｒｉ—　ｆｌｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ＡＴＰ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ．＿Ｔｈｅ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｓ　ｗｉｔｈ　ｅｌＴｏｒ　ｎｏ　ｍｏｒｅ　ｔｈａｎ　４００ｍ　ｉｎ　ＥＨＶ．Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ　

ｗａｖｅ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｌｏｎｇ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅｓ，Ｉｔ　ｃａｎ　ｓａｔｉｓｆｙ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄｓ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｂｅｔｔｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｓｉｎｇｌｅ—ｅｎｄ　ｆａｕｌｔ　ｌｏｃａｔｉｏｎ；Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ　ｗａｖｅ；Ｆａｕｌ

ｔ　ｄｉｓｔａｎｃｅ