创新点摘要
本文从输电线路故障测距问题涉及的故障分量的特征提取、线路参数的不确定性、
计及串联补偿元件的非线性及动作特性等三个方面对故障测距方法进行了深入研究，提
出改进方案，并取得了一些创新性成果：
1考虑到传统故障分量提取方法受系统振荡和频率偏移导致故障分量提取不准确的
问题，提出了一种改进故障分量特征提取的正序故障分量双端测距方法。通过提取故障
前后4个周波的电气量，准确提取故障分量；从理论上给出了基于短线路的集中参数模
型和长线路分布参数模型的故障测距改进方法。仿真结果表明，测距模型仅利用线路两
侧提取的电压、电流正序故障分量，无需判别具体故障类型，不受过渡电阻和两侧系统
阻抗等因素影响，准确地实现故障测距。
2考虑到输电线路参数易受天气、自然环境等因素影响，提出了一种独立于线路参
数的基于正负序故障分量网络模型双端故障测距方法。所提方法基于正负序故障分量网
络模型，消除了传统故障模型中的线路参数，实现对线路参数的解耦。仿真结果表明测
距方法不仅不受线路参数、过渡电阻、测量误差等因素的影响，而且不需要迭代计算，
减少计算量，提高了测距的有效性和准确性。
3考虑到串联补偿线路金属氧化物限压器(MOV)非线性与动作特性导致常规测距
方法测距不准确的情况，提出了一种计及MOV非线性与动作特性的单相接地故障双端
测距方法，并将该方法扩展到对称故障测距和两相故障测距。建立了串联补偿线路统一
模型，构造了基于故障前后的串联补偿线路电压、电流的相量方程组，实现对线路参数
的解耦，该方法考虑故障回路上的总压降与电流之间的电路关系，不受串补元件电压反
向与电流反向影响。仿真结果表明，提出的方法不受过渡电阻、故障类型、串补度及串
联补偿装置位置的影响，而且无需迭代计算，有效地避免串联补偿线路MOV因素的影
响，提高了测距的鲁棒性和精度。
摘要
输电线路故障测距技术可以实现故障线路的准确定位，对于保障电网安全可靠运行
具有重要意义，经过多年研究形成了较为全面的故障测距理论。但由于输电线路具有复
杂的电气耦合与参数时变的特点，网络规模和容量的不断扩大及分布式电源的接入使得
线路状况变得更加复杂，故障测距技术和理论面临新的挑战。线路的分布电容、负荷电
流、线路参数、过渡电阻、电源阻抗、系统运行方式等因素影响测距方法的有效性，已
经提出的方法存在技术局限性和适用的前提条件。为解决此问题，提高测距方法的准确
性和适用性，本文重点从故障分量的特征提取、线路参数不确定性、串联补偿线路金属
氧化物限压器(MOV)的非线性及动作特性等方面开展研究。主要研究工作如下：
（1）精确的输电线路模型是测距技术的基础，由线路分布参数模型推导得到线路
等值电路，以此为基础提出集中参数和分布参数模型的测距方法。针对传统测距方法把
串联补偿线路分解为串补元件和线路的问题，给出串联补偿线路的等值电路，为串联补
偿线路的测距方法提供理论基础。从矩阵变换出发给出相序变换的一般原理，实现交流
元件相间解耦。
（2）针对传统故障提取方法在系统发生振荡或频率偏移时，导致提取的故障分量
存在误差的问题，提出基于改进故障分量提取的正序故障分量双端测距方法。测量故障
前后4个周波的数据，减小系统发生振荡或频率偏移时故障分量的误差，提高故障分量
的准确性。针对短距离输电线路，提出基于集中参数模型的故障测距方法，针对长距离
输电线路，提出基于分布参数模型的故障测距方法。考虑到线路参数变化对测距方法的
影响，采用自适应实时修正线路参数减小线路参数影响。仿真结果表明，提出的改进方
法可以准确提取故障分量，两种测距方法无需判别故障类型，不受过渡电阻和两侧系统
阻抗等因素影响，有效地实现故障的鲁棒性测距。
（3）针对常规故障测距方法需要线路参数作为已知量参与计算，而线路参数易受
天气、自然环境等因素影响，导致测距误差的问题，提出针对于两端和三端线路独立于
线路参数的正负序故障量测距方法。两端线路测距方法针对不对称故障和对称故障分别
构造不同的故障分量测距方程，实现精确的故障测距。三端线路测距方法针对不对称故
障，由正序与负序网络模型计算故障距离；针对对称故障，由正序分量求解不同支路的
故障距离；通过构造公共节点正序电压故障分量误差判据辨识故障点所在支路。提出的
方法无需故障前数据，无需迭代计算，不受零序耦合的影响，仿真结果表明提高测距的
准确性。
（4）针