T/CES 164-2022 架空输电线路非接触式磁场测量故障定位与识别技术导则
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- 标准类型：团体标准规范
- 标准语言：中文版
- 文件类型：PDF文档
- 更新时间：2025-06-24
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资料介绍
团体标准《T/CES 164-2022 架空输电线路非接触式磁场测量故障定位与识别技术导则》的详细总结：
标准名称： 架空输电线路非接触式磁场测量故障定位与识别技术导则 (Magnetic field measurement based non-contact method of overhead transmission lines fault location and identification)
范围：
- 规定了基于非接触式磁场测量的架空输电线路故障识别与定位技术的系统构成、故障等值模型、故障类型、故障类型识别方法与故障定位方法。
- 适用于 110kV及以上电压等级的交流架空输电线路。
核心目标： 提供一种不接触导线、不影响电网拓扑结构，利用磁场测量技术实现故障快速、准确识别（类型）与定位（地点）的技术指导。
主要内容：
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系统构成：
- 整个故障识别与定位测量系统由以下单元组成：
- 磁测量传感器： 基于磁阻或霍尔材料，测量导线电流产生的磁场。传感器数量需≥待测电流数，测量精度≥1%，原理基于毕奥-萨伐尔定律（附录A）。
- 数据采集单元： 包含信号调理（滤波、放大）和模数转换电路。
- 存储单元： 如外置SRAM、FPGA等，用于数据存储。
- 通信单元： 无线或其他方式，将处理后的数据发送给上位机。
- 电源单元： 为整个系统供电（现场取电或太阳能+电池）。
- 微处理单元： 核心枢纽，实现数据滤波、FFT、时标同步等功能。
- 系统结构如图1所示：
- 整个故障识别与定位测量系统由以下单元组成：
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架空输电线路等值模型：
- 根据线路长度选用不同精度的模型进行故障分析：
- 短距模型 (<100km): 忽略线路导纳影响，使用集中参数模型（图B.1）。
- 中距模型 (100km~300km): 考虑线路电纳影响（图B.2）。
- 长距模型 (>300km): 在中距模型基础上充分考虑线路分布参数特性（图B.3）。污秽II级以上地区需考虑电晕影响。
- 模型的核心参数包括单位长度电阻 (r1)、电抗 (x1)、电纳 (b1)。
- 根据线路长度选用不同精度的模型进行故障分析：
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架空输电线路故障类型：
- 按回路数量：
- 单回线故障： 发生在单条输电线上。
- 多回线故障： 发生在两条或以上平行架设的输电线上。
- 按物理性质 (单回线)：
- 短路故障：
- 单相接地故障 (F⁽¹⁾)
- 两相短路故障 (F⁽²⁾)
- 两相接地故障 (F⁽¹,¹⁾)
- 三相短路故障 (F⁽³⁾)
- 断路故障：
- 单相断线故障
- 两相断线故障
- 三相断线故障
- 短路故障：
- 按物理性质 (多回线)：
- 串联型故障： 所有故障回路仅发生串联型故障（单相接地或两相断线）。
- 并联型故障： 所有故障回路仅发生并联型故障（两相接地或单相断线）。
- 混合型故障： 故障回路中出现串联型和并联型故障的组合。
- (附录C 提供了详细的故障类型分析和等效序网络图)
- 按回路数量：
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架空输电线路故障类型识别方法：
- 识别依据： 相间电流、母线各相电压、零序电流、电压电流相位、线路各端测量阻抗。
- 故障类别识别 (短路/断线 & 所在线路段)：
- 采用功率相角法（公式1）判断故障性质（短路或断线）及发生故障的线路段。基于母线侧电压(Um)、电流(Im)、功率因数角(α)、线路侧电压(Un)、线路阻抗角(φz)以及预设的可靠系数(Kp, Ka)进行判定。
- 短路故障识别 (具体类型)：
- 满足以下任一判定条件，则认定发生短路故障：
- 条件 a (零序电流 & 低电压)： 母线零序电流(IM.0) > 可靠系数(Krel.0) × 最大不平衡零序电流(Imax.unb) 且 母线相电压(UM) < 75% 额定相电压(UE)。
- 条件 b (距离保护)： 最小的(线电压/非同名相电流)值（如 UAB/IC, UBC/IA, UCA/IB）< 可靠系数(Krel.z) × 线路长度(LM-N) × 单位阻抗(z1)。
- 条件 c (过电流)： 最小的母线相电流(IA, IB, IC) > 可靠系数(Krel.I) × 线路最大负荷电流(Imax.L)。
- 可靠系数取值：Krel.0 = 1.3, Krel.z = 0.85, Krel.I = 1.25。
- 短路类型确定： 根据满足的条件组合，查短路故障识别表 (表D.1) 确定具体故障类型（单相接地、两相短路、两相接地、三相短路）和故障相。
- 满足以下任一判定条件，则认定发生短路故障：
- 断线故障识别 (具体类型)：
- 满足以下任一判定条件，则认定发生断线故障：
- 条件 I (低故障相电流 & 非故障相电流/电压正常)： 母线侧和线路侧的故障相电流(IMα, INα)均 < 5% 额定电流(IE)，母线侧和线路侧的非故障相电流(IMφ, INφ)在 5%IE 到 120%IE 之间，母线各相电压变化量(ΔU) < 5%UE。
- 条件 II (大测量阻抗)： 最大的(线电压/非同名相电流)值（如 UAB/IC, UBC/IA, UCA/IB）> 3 × 线路长度(LM-N) × 单位阻抗(z1)。
- 条件 III (三相低电流)： 最大的母线相电流(IA, IB, IC) < 5% 额定电流(IE)。
- 断线类型确定： 根据满足的条件，查断线故障识别表 (表D.2) 确定具体故障类型（单相断线、两相断线、三相断线）和断线相。
- 满足以下任一判定条件，则认定发生断线故障：
- 所有识别方法需满足GB/T 15543-2008规定的三相不平衡度要求，避免误判。
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架空输电线路故障定位方法：
- 核心原理： 行波测距 (基于A型测距原理)。
- 关键要素：
- 同步时钟校正： 保证不同测量点的时间高度同步。
- 基于数据通道： 不同步平均相对误差 < 5%，通信数据量 ≤ 通道容量的60%。
- 基于统一时钟 (北斗/GPS/GLONASS)： 采样脉冲间相对误差 ≤ 2μs，与UTC相对误差 ≤ 1μs。
- 行波特征识别：
- 采集离散信号。
- 采样频率 ≥ 1MHz (以保证捕捉快速行波信号)。
- 故障距离计算：
- 计算故障点到测量端M和N的距离(Lmf, Lnf)：
Lmf = (v / 2) × (t2m - t1m) = v × tmf
Lnf = (v / 2) × (t2n - t1n) = v × tnf - 其中 v 是行波波速，需考虑线路长度、频率、波阻抗的影响，用衰减常数(β)和相位常数(α)进行修正。
- t1m, t1n 是故障产生的初始行波首次到达M, N端的时间。
- t2m, t2n 是故障点反射波首次到达M, N端的时间 (或M/N端反射波从故障点反射回来后首次到达M/N端的时间)。
- 计算故障点到测量端M和N的距离(Lmf, Lnf)：
- 性能要求：
- 单端行波时间测量误差：≤ 3μs (绝对)，≤ 1.2μs (相对)。
- 平均测距误差：< 1km。
- 测距准确性应不受故障类型、过渡电阻、系统接线方式和故障暂态过程影响。
- 同步时钟校正： 保证不同测量点的时间高度同步。
- (附录E 详细说明了行波测距原理图F.1和计算公式)
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试验验证 (附录F)：
- 标准所述系统已在110kV和220kV线路上进行实际应用测试。
- 展示了正常运行录波波形（图F.1）和故障录波波形案例（图F.2 110kV单相接地故障，图F.3 220kV单相接地故障）。
- 系统能正确识别故障类型和故障线路。
- 定位精度： 案例1误差约300m，案例2误差约500m。
- 挂网运行统计 (半年, 27次故障)：
- 故障识别率：96.3%
- 故障定位误差 < 500m 的比例：92.6%
总结：
该标准全面规范了利用非接触式磁场测量技术对110kV及以上架空输电线路进行故障诊断的技术体系。它详细定义了系统硬件组成、线路建模方法、细致的故障分类体系、基于多参量逻辑组合判据的故障识别方法（包含具体的判定公式、条件和查表流程）、以及基于高精度时间同步和高频采样的行波测距定位方法。实际应用数据证明了该技术方案在故障识别率和定位精度（平均误差<1km，大部分<500m）方面具有良好性能，为电力系统快速排除线路故障、提高供电可靠性提供了重要的技术指导。