应用matlab来解决电力系统输电线路中的故障定位摘要：高压输电线路担负着传送电能的重要任务，其故障直接威胁到电力系统的安全运行。

因此，电力系统发生故障时能够快速的进行故障定位就显得非常重要。

行波测距法就是众多测距法中的一种。

本论文通过应用MATLAB仿真对行波测距进行研究。

进而，对行波测距法的精确性进行研究和探讨。

关键词：输电线路；行波测距；故障定位The application of matlab to solve the power systemtransmission line fault locationAbstract：The HV transmission line is responsible for the distribution of the power energy and the fault of the transmission line influence the safe operation of the power system.Therefore,Power system failure can quickly show the fault location is very important.The traveling wave ranging method is one of the numerous ranging method.This paper through the study of the traveling wave ranging by MATLAB simulation.Of the accuracy of the traveling wave ranging method, which is studied and discussed.Keywords: transmission line; traveling wave location technology; fault location1 引言1.1 故障测距技术的发展电力行业一直都对输电线路故障点测距问题有着很高的重视。

随着电力系统的发展，超高压输电线路的发展变得越来越重要，线路故障点的准确测距更显得尤为重要。

为减少查找线路故障点的工作量，缩短故障修复时间，节省大量的人力、物力，提高供电可靠性，减少停电带来的损失，提高电力系统系统的运行和管理水平，迫切需要在系统发生故障时能准确查找故障位置。

对于绝大多数的瞬时性故障来说，如果可以准确地查出故障点的位置，就可以很好区分内部和外部故障，进而可以及时地察觉到事故隐患，采取相应的措施，避免事故再一次地发生。

长时间以来，人们基本都是应用故障录波技术来计算故障点位置，80年代以后很多微机继电保护或故障录波设备都增加了应用阻抗测量原理而设计故障测距功能，但由于多种原因，测距的精度仍旧不是很高。

随着科技水平的一天天的提高，尤其进入21世纪以后，基于霍尔原理的新型电压、电流信号变换器的出现、GPS同步时钟信号的商业运用、高速数字信号处理芯片及其它新型技术的发展,为行波测距方法在电力系统故障测距中的应用提供了很多基本的手段，行波测距技术已经取得了很大的进展，可以说，目前行波测距已成为输电线路故障重要的精确测距方法[1]。

1.2 故障测距的基本要求在不同的情况下，电力系统对故障测距的要求也不完全相同。

但最基本的要求有以下几点：（1）可靠性当故障发生后能够可靠地进行测距，无论在何种故障类型和故障条件下，不能因为测距方法的缺陷而使测距结果出现出现较大的偏差。

而在没有故障的情况下，不能错误地启动故障测距装置。

（2）准确性在继电保护保护装置中，为了满足技术上的要求，除了故障测距的精度以外，更注重的则是如何缩短得到故障测距结果的时间。

然而在继电保护信息管理系统中，由于是离线系统，对时间没有严格要求，所以更注重的是故障测距的精度，没有足够的准确性就意味着测距失败。

（3）经济性便于实现，当转化成设备时对元件和材料的要求适当，成本低，生产的测距设备物美价廉，运行和维护的费用较低，能够推广使用。

（4）实用性要求故障测距算法不受故障类型、系统运行方式、过渡电阻及其故障距离等的影响，在各种情况下均能获得较高的精度。

在实际使用中，能减少人的工作量，方便易用。

1.3 阻抗测距法阻抗法的故障测距原理是假设输电线为均匀线，在不同的故障类型条件下计算出的故障回路阻抗与测量点到故障点的距离成正比，从而通过计算故障时测量点的阻抗值除以线路的单位阻抗值得到测量点到故障点的距离。

在现有的输电线故障测距装置中，虽然阻抗测距法存在测距精度问题，但是由于其简单可靠，并且其精度问题可以通过利用线路一侧电流的故障分量来减少过渡阻抗的影响，所以能够被广泛的应用。

故障测距精度在牵引网故障测距中有着非常重要的意义，它直接影响到查找线路故障点的时间长短。

测距精度高可以缩短抢修时间，快速恢复通电，减少经济损失。

目前在牵引网故障测距中普遍根据阻抗法的电抗测距原理，以消除故障时过渡电阻的影响，但是这种方法只是在没有机车负荷下的单边供电下比较准确，但是在双边供电方式下将产生较大误差。

1.4 行波测距法行波测距法是根据行波传输的理论实现输电线路故障测距的方法，输电线路发生故障后，在故障点将会产生向两端传播的行波，行波在传播的过程中遇到不均匀介质时，将会发生折射和反射（例如在故障点和母线处），行波测距就是利用2个波头到达测量端之间的时间差来完成故障的测距。

由于过渡阻抗对行波法的影响很小，因此利用行波法测距可以达到很高的精确度[2]。

根据输电线路两端是否都安装监测设备，行波测距法可分为单端测距法和双端测距法.目前根据产生行波的种类和测量方式的不同，行波测距法分为A、B、C 型3 种方法。

A 型是根据故障点产生的行波在测量端至故障点间往返的时间与行波波速之积来确定故障位置；B 型是利用通信通道获得故障点行波到达两端的时间差与波速之积来确定故障点位置；C 型是在故障发生时于线路的一端施加高频或直流脉冲，根据其从发射装置到故障点的往返时间来实现故障测距[2]。

1.5 故障分析法故障分析法是在发生故障时记录下电压、电流值，通过分析计算，求出故障点的位置。

当输电线路发生故障时，在系统运行方式和线路参数已知的条件下，测量点的电压、电流量是故障点距离的函数，因此完全可以用故障时记录下来的测量点电压和电流量来分析计算，得出故障点的位置。

早期的故障分析法要依靠人工的分析和计算，并且对工作人员有一定的专业知识要求，测距结果的准确性不能得到保证。

现在随着电力系统调度自动化的发展和微机式故障录波器的开发，故障分析法的测距过程可以自动完成，输电线路中双端测距法的应用也大大的提高了测距精度，因此，这种方法有着光明的前景[2]。

1.6 几种方法的比较结果阻抗法由于故障过渡阻抗、线路不完全对称等因素影响，测距误差较大，且在高阻故障和闪络故障时用阻抗法测距在精度方面很难满足实际运行的要求。

故障分析法由于简单易行，对设备要求较低，投资小，获得了广泛的运用。

早期的故障分析方法主要是利用单端电气量的测距算法，单端测距算法无法从原理上同时消除过渡阻抗和对侧系统阻抗的影响。

制约了该方法的发展。

行波测距法在输电线路故障定位中有着较高的精度，并且具有简单、可靠和适应性强等优点，特别是随着GPS时间同步技术的应用，行波测距法的适应性变的更强，相信行波测距法在今后的电力系统故障测距上发挥重要的作用[3]。

通过上面的分析我们可以看出行波测距的优越性，接下来的几章我们将会对行波测距方法的原理进行论述，然后对行波测距进行仿真，并对其精度进行论述。

2 行波测距的原理2.1 概述随着我国经济的飞速发展，城市规模在一天天的扩大。

土地资源也变的越来越紧张，因此电力线路也由以往的架空线路改为埋于地下的电缆。

电缆得到了广泛的应用。

但由于种种原因，在实际的运行中，电缆会出现各种各样的故障。

快速的找到故障地点并排除故障对电力系统供电的可靠性就显得尤为重要。

从电缆故障测距上分析，阻抗法一般利用很少的故障后的工频量，所需要的设备较少，投资较少；行波测距法需要较高的采样频率，对设备有较高的要求，且所需要的设备较多，投资比较大。

就准确性而言，阻抗法受故障类型和过渡阻抗的影响较大，测量结果的精确性较差；行波法受故障类型的影响较小，测量结果的精确性较高。

就采样时间和采样结果的处理而言，行波法都要优于阻抗法。

更重要的是，由于电力电缆自身故障的特点，高阻故障和闪络故障用阻抗法根本无法实现，而行波法在此处就显示出优越性。

综上所述，目前选择行波法进行电力电缆的故障定位是一种较好的方法。

2.2 行波测距方法原理及分类行波测距法就是通过测量故障时行波的传播时间来确定故障点的具体位置。

根据是否需要离线，行波法可以分为离线测距法和在线测距法。

根据行波的测量方式和产生的种类的不同，行波测距法可以分为A、B、C型3种，根据测量端的不同，可以分为单端测距法和双端测距法。

近年来随着国内外专家对行波法的研究，离线行波测距法可以分为脉冲法和闪络法。

2.2.1 A型测距法A型测距原理为：通过测量故障行波在测量点和故障点之间往返一次的时间，然后将测量结果和行波的波速相乘就可以得到故障距离。

该方法原理比较简单，所需要的设备较少，且不受过渡阻抗的影响，理论上可以达到较高的精度。

但是由于人们对故障行波的特性认识不足，且对信号的采样和时间的测量有着较高的要求，因此并未获得广泛的应用。

近年来，国内外的专家对此作了大量的研究。

其中分为暂态电流行波法和暂态电压行波法，相比较而言，利用暂态电流行波测距法较多，原因是：（1）当母线上出线较多时，暂态电压信号较弱，而暂态电流信号却很强；（2）暂态电压信号不易获得；（3）波阻抗不易准确获得[6]。

目前，A型测距法的问题是如何区分所测到的行波究竟是故障点传播过来的还是从端母线反射过来的。

有的方法是通过比较故障线路的暂态电流和参考线路的暂态电流的行波浪涌的极性，来确定有用的行波。

有的方法是通过同一根线上的故障点的反射行波的极性来判别。

前者的前提是该母线上除了故障线路外还应有其他的线路。

不同的故障类型会在线路上产生不同的行波，因此，有效的区分故障类型对故障测距非常重要。

利用该方法也可以判别闪络位置。

2.2.2 B型测距法B型测距法是利用故障行波的第一个波头，利用通信通道实现故障测距。

其优点是：利用故障行波第一次到达两端的信息，不受故障点透射波的影响。

同A型测距法相同，该方法需要准确的确定行波到达线路两端的时间。

由于使用了GPS技术，因此对于重要的电缆可考虑采用这种测距方法。

2.2.3 C型测距法C型测距法是借助脉冲发射装置向离线的故障线路发射高压高频脉冲，根据高频脉冲由装置到故障点往返时间进行测距。