行波測(cè)距新技術(shù)及其應(yīng)用

1、輸電線路故障行波測(cè)距技術(shù)輸電線路故障行波測(cè)距技術(shù)科匯電氣有限公司科匯電氣有限公司故障測(cè)距的作用故障測(cè)距的作用 縮短故障修復(fù)時(shí)間，提高供電可靠性，減少停電損失。 減輕人工巡線工作量 發(fā)現(xiàn)造成線路瞬時(shí)故障的絕緣薄弱點(diǎn)、線路走廊下的樹支等事故隱患，及時(shí)處理，防止故障的再一次發(fā)生。 概述 故障分析法：根據(jù)故障時(shí)電壓、電流錄波圖估算故障距離。 阻抗法：通過測(cè)量阻抗來計(jì)算故障距離。 行波法：通過測(cè)量電壓、電流行波在線路上傳播的時(shí)間，計(jì)算故障距離。故障測(cè)距方法 概述（續(xù)）阻抗測(cè)距原理阻抗測(cè)距原理 根據(jù)在母線處測(cè)量到的阻抗（電抗）值計(jì)算故障距離 Zm = Vm/Im = Rm + jLm = x.R0 + x

2、.L0 x-故障距離 R0,L0-單位長(zhǎng)度電阻、電抗值ZmVmIm 阻抗法 測(cè)距誤差大，受多種因素影響，包括： 故障點(diǎn)弧光電阻 電源阻抗 電壓、電流互感器變換誤差 線路不對(duì)稱（換位）影響 長(zhǎng)線分布電容 線路走廊地形變化，引起零序參數(shù)變化。阻抗法測(cè)距誤差大阻抗法測(cè)距誤差大 阻抗法（續(xù)） 不宜用于以下線路：直流輸電線路帶串補(bǔ)電容線路T接線部分同桿架設(shè)雙回線阻抗法適用性差阻抗法適用性差 阻抗法（續(xù)）變電站測(cè)量行波在母線與故障點(diǎn)之間的傳播時(shí)間來測(cè)定線路故障距離（時(shí)間X速度），測(cè)距精度高，適用范圍廣。最早提出的電壓行波測(cè)距法原理上有缺陷，且沒有解決好行波信號(hào)的測(cè)量、超高速記錄、分析等問題。直到二十世紀(jì)九

3、十年代，行波測(cè)距技術(shù)一直沒有獲得實(shí)際的推廣應(yīng)用。 行波法 現(xiàn)代微電子技術(shù)技術(shù)的發(fā)展為研究新的行波測(cè)距方法與設(shè)備創(chuàng)造了條件 科匯公司于1995年開發(fā)出利用電流行波的輸電線路故障測(cè)距系統(tǒng)，投入試運(yùn)行。 行波法（續(xù)）Ts1Ts2t tSR單端電氣量（單端電氣量（A A）測(cè)距法測(cè)距法行波測(cè)距原理行波測(cè)距原理)(212112SSSTTvtvX故障點(diǎn)距S變電站距離：V - 波速度 行波法（續(xù)）TsTR SR雙端電氣量（雙端電氣量（A A）測(cè)距法測(cè)距法 故障點(diǎn)距S變電站距離： 故障點(diǎn)距R變電站距離：LvTTXRSS)(21LvTTXRSR)(21L - 線路全長(zhǎng) 行波法（續(xù)）利用重合閘的（利用重合閘的（E

4、E）型測(cè)距原理型測(cè)距原理通過測(cè)量重合閘脈沖在故障點(diǎn)的反射到達(dá)時(shí)間測(cè)距：tvXL21RSFt合閘脈沖故障點(diǎn)反射脈沖t 行波法（續(xù)） 單端法優(yōu)點(diǎn)：只需要在線路一端安裝裝置，投資少；缺點(diǎn)：波形分析困難，可靠性差 雙端法優(yōu)點(diǎn)：可靠性高，測(cè)距準(zhǔn)確；缺點(diǎn)：需要在線路兩端安裝裝置及通信配合。 利用重合閘信號(hào)的方法適用于測(cè)量永久短路及斷線故障 實(shí)際應(yīng)用中，三種方法配合使用，確保測(cè)距可靠性及精度。 行波法（續(xù)）行波信號(hào)的測(cè)量行波信號(hào)的測(cè)量 保護(hù)與測(cè)距利用信號(hào)的帶寬常規(guī)電流、阻抗等保護(hù)： 0-1KHz （50Hz）阻抗測(cè)距裝置：0-1KHz（50Hz）行波保護(hù)： 0-2KHz行波測(cè)距：0-300KHz，距離分辨率

5、500m 電容式電壓互感器（CVT）不能傳變電壓行波，早期行波測(cè)距使用電容分壓（耦合器）測(cè)量電壓行波，安裝復(fù)雜，需要額外投資。 光PT、CT離商業(yè)化應(yīng)用有距離。 核心技術(shù)利用普通的電流互感器測(cè)量電流行波利用普通的電流互感器測(cè)量電流行波 科匯在世界上首次提出利用普通的電流互感器測(cè)量電流行波，并通過數(shù)字仿真分析及對(duì)實(shí)際CT的測(cè)試證明之。 利用CT測(cè)量電流行波優(yōu)點(diǎn)象常規(guī)的保護(hù)錄波裝置一樣接入，具有簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。不需要額外投資由于母線有較大的分布電容，母線處感受到電壓行波波頭幅值較小且上升速度慢，而電流行波波頭卻有較大的幅值且上升速度很快，利用故障電流行波檢測(cè)靈敏度高。 核心技術(shù)（續(xù)）電壓行波

6、電壓行波電流電流行波電壓行波電流行波比電壓行波上升速度快電流行波比電壓行波上升速度快 核心技術(shù)（續(xù)）直流輸電線路行波測(cè)量方法直流輸電線路行波測(cè)量方法線路電壓行波會(huì)在載波耦合電容上產(chǎn)生脈沖電流C平波設(shè)備直流輸電線路直流系統(tǒng)電壓、電流互感器不滿足測(cè)量線路行波的要求使用一個(gè)小型電流互感器，可以間接直流輸電線路故障行波。 核心技術(shù)（續(xù)）超高速行波數(shù)據(jù)采集技術(shù)超高速行波數(shù)據(jù)采集技術(shù)徐丙垠徐丙垠:u 普通的計(jì)算機(jī)（CPU）控制的數(shù)據(jù)采集技術(shù)不能滿足記錄高頻行波(250KHz)信號(hào)的要求CPUu 設(shè)計(jì)了專用硬件超高速數(shù)據(jù)采集電路，記錄故障行波數(shù)據(jù)。超高速數(shù)據(jù)采集電路u 采用雙RAM切換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)暫態(tài)行波信號(hào)

7、的“無死區(qū)”記錄，避免因連續(xù)雷電干擾漏記故障行波，造成測(cè)距失敗。雙RAM切換控制電路 核心技術(shù)（續(xù)）TsTR SR雙端法要求兩側(cè)裝置實(shí)現(xiàn)1us時(shí)間精確同步，使測(cè)距分辨率達(dá)到150米。GPSGPS時(shí)間精確同步技術(shù)時(shí)間精確同步技術(shù)裝置接受全球定位系統(tǒng)（GPS）信號(hào)，給內(nèi)部時(shí)鐘精確對(duì)時(shí)，使裝置記錄電流行波到達(dá)時(shí)間的精度在1us以內(nèi)。 核心技術(shù)（續(xù)）行波脈沖的常規(guī)越限檢測(cè)方法，抗干擾能力差、時(shí)間精度低。行波脈沖的小波檢測(cè)技術(shù)行波脈沖的小波檢測(cè)技術(shù)將行波信號(hào)進(jìn)行二進(jìn)制小波變換后，得到模極大值信號(hào)圖。將模極大值出現(xiàn)的時(shí)間確定為信號(hào)突變出現(xiàn)時(shí)間。根據(jù)不同頻帶下模極大值的大小與極性判斷檢測(cè)到的信號(hào)突變是否是來

8、自故障點(diǎn)的行波脈沖 核心技術(shù)（續(xù)）SR遠(yuǎn)程通信技術(shù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)電話網(wǎng)電話網(wǎng)/廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)PC主站 核心技術(shù)（續(xù)）測(cè)距設(shè)備構(gòu)成及各部分分工測(cè)距設(shè)備構(gòu)成及各部分分工 XC行波測(cè)距裝置主要由主要由T-GPS、XC-21、當(dāng)?shù)貦C(jī)當(dāng)?shù)貦C(jī)(含含XC-2000軟軟件件)、MODEM等構(gòu)成。等構(gòu)成。GPS：主要任務(wù)是給主要任務(wù)是給XC-21對(duì)時(shí)；對(duì)時(shí)；XC-21：接受接受GPS衛(wèi)星對(duì)時(shí)信號(hào)，捕捉行波信衛(wèi)星對(duì)時(shí)信號(hào)，捕捉行波信號(hào)并緩存，然后傳給當(dāng)?shù)毓た貦C(jī)；號(hào)并緩存，然后傳給當(dāng)?shù)毓た貦C(jī)；當(dāng)?shù)貦C(jī)及當(dāng)?shù)貦C(jī)及XC-2000軟件：軟件：接收接收XC21送來的行波送來的行波數(shù)據(jù)并保存，提供當(dāng)?shù)胤治龉δ?、?shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功數(shù)據(jù)并保存

9、，提供當(dāng)?shù)胤治龉δ?、?shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能。能。中心處理單元GPS單元人機(jī)界面RS-232高速數(shù)據(jù)采集 裝置構(gòu)成電原理框圖裝置構(gòu)成電原理框圖 XC行波測(cè)距裝置（續(xù)）裝置運(yùn)行中的注意事項(xiàng)裝置運(yùn)行中的注意事項(xiàng)GPS：天線安裝位置合適，保證天線安裝位置合適，保證GPS不失步運(yùn)不失步運(yùn)行。（失步時(shí)有指示燈閃爍行。（失步時(shí)有指示燈閃爍;同時(shí)同時(shí),XC-21提示提示ERROR 3錯(cuò)誤）錯(cuò)誤）XC-21：主要不應(yīng)提示主要不應(yīng)提示 ERROR 2,3,21錯(cuò)誤。錯(cuò)誤。ERROR 2:收不到收不到GPS串口信號(hào)；串口信號(hào)； ERROR 3：GPS失步；失步； ERROR 21：不能與后臺(tái)機(jī)通訊不能與后臺(tái)機(jī)通訊當(dāng)?shù)貦C(jī)及軟件

10、：當(dāng)?shù)貦C(jī)及軟件：停止運(yùn)行時(shí)，停止運(yùn)行時(shí)，20分鐘后分鐘后XC-21會(huì)提示會(huì)提示ERROR 21錯(cuò)誤（以提示停止與錯(cuò)誤（以提示停止與XC21通通訊）。同時(shí)，遠(yuǎn)程通訊功能喪失，訊）。同時(shí)，遠(yuǎn)程通訊功能喪失，MODEM不不能應(yīng)答（只有能應(yīng)答（只有33.6k燈亮，燈亮， MODEM不能應(yīng)答不能應(yīng)答；能應(yīng)答時(shí)，；能應(yīng)答時(shí)，33.6K燈、燈、TR燈同時(shí)亮）。燈同時(shí)亮）。 XC行波測(cè)距裝置（續(xù)）主要技術(shù)指標(biāo)與特點(diǎn)主要技術(shù)指標(biāo)與特點(diǎn) 測(cè)距精度小于500m 最多監(jiān)視8條線路 裝置本身存儲(chǔ)96次故障記錄，后臺(tái)機(jī)存1000次 使用一臺(tái)工業(yè)PC機(jī)作為后臺(tái)分析機(jī)，讀取、分析、長(zhǎng)期保存故障記錄 與有關(guān)變電站的裝置通信，交

11、換故障行波到達(dá)時(shí)間，計(jì)算故障距離。 XC行波測(cè)距裝置（續(xù)）同類研究、技術(shù)比較同類研究、技術(shù)比較方法方法 開發(fā)者開發(fā)者 誤差誤差 適用適用 范圍范圍 專用耦專用耦 合設(shè)備合設(shè)備 波形波形 記錄記錄 可靠性可靠性 推廣應(yīng)用推廣應(yīng)用 阻抗法 往往大于 10% 簡(jiǎn)單結(jié) 構(gòu)交流 線路 不需要 好 廣泛應(yīng)用 電壓行 波法 加拿大 B C Hydro 1-3 公里 各種形 式線路 需要 無 常因雷擊干擾測(cè)距失敗 僅在 B C Hrdro電網(wǎng)試用 電流行電流行 波法波法 本系統(tǒng)本系統(tǒng) 一般是一般是 1 1 個(gè)塔個(gè)塔 距，最大不超距，最大不超 過過 1 1 公里。公里。 各種形各種形 式線路式線路 不需要不需要

12、 有有 好好 在世界范在世界范圍推廣應(yīng)圍推廣應(yīng)用用 XC行波測(cè)距裝置（續(xù)） 美國(guó)HATHAWAY公司與科匯合作研制成功適應(yīng)國(guó)外市場(chǎng)的同類測(cè)距裝置在美國(guó)、英國(guó)、加拿大、巴西、香港等國(guó)家與地區(qū)安裝數(shù)百套，運(yùn)行效果良好。國(guó)際合作國(guó)際合作 XC行波測(cè)距裝置（續(xù)）使用后臺(tái)分析機(jī)分析、保存故障數(shù)據(jù)。使用電話人工交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙端測(cè)距。XC-21XC-21SRFPCPC在現(xiàn)場(chǎng)，行波測(cè)距系統(tǒng)的構(gòu)成在現(xiàn)場(chǎng)，行波測(cè)距系統(tǒng)的構(gòu)成 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用線路兩端裝置使用公共電話網(wǎng)交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙端測(cè)距。XC-21XC-21SRFPCPCMODEMMODEM電話網(wǎng) 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用（續(xù)）在現(xiàn)場(chǎng)，行波測(cè)距系統(tǒng)的構(gòu)成在現(xiàn)場(chǎng)，行波測(cè)距系統(tǒng)的構(gòu)成（

13、續(xù)）（續(xù)）使用PC機(jī)分析主站XC-21XC-21SRFPCPCMODEMMODEMPC主站電話網(wǎng)MODEM 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用（續(xù)）在現(xiàn)場(chǎng)，行波測(cè)距系統(tǒng)的構(gòu)成在現(xiàn)場(chǎng)，行波測(cè)距系統(tǒng)的構(gòu)成（續(xù)）（續(xù)）XC-21XC-21MRS裝置安裝位置的選擇裝置安裝位置的選擇檢測(cè)線路SM、MR上的故障 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用（續(xù)）XC-21XC-21SRXC-21T裝置安裝位置的選擇裝置安裝位置的選擇（續(xù)）（續(xù)）裝設(shè)三端裝置，檢測(cè)T接線路上故障。 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用（續(xù)）葛上直流輸電線路故障行波測(cè)距系統(tǒng)圖XC-21XC-21葛洲壩FPCPCMODEMPC主站電話網(wǎng)MODEMMODEMXC-21PCMODEM南橋麥元 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用（續(xù)） 得到線路對(duì)端

14、裝置的啟動(dòng)時(shí)間和線路本端的啟動(dòng)時(shí)間。 用軟件或人工用公式直接計(jì)算故障距離。雙端測(cè)距分析雙端測(cè)距分析 故障點(diǎn)距S變電站距離： 故障點(diǎn)距R變電站距離：LvTTXRSS)(21LvTTXRSR)(21L - 線路全長(zhǎng) 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用（續(xù)） 通過識(shí)別故障點(diǎn)反射波到達(dá)時(shí)刻計(jì)算故障距離。 需要考慮故障點(diǎn)透射及其他健康線路對(duì)端反射的影響單端波形分析單端波形分析 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用（續(xù)）故障點(diǎn)在線路中點(diǎn)以內(nèi)，第二個(gè)行波脈沖是故障點(diǎn)反射波。t i(t)故障初始行波故障點(diǎn)反射波TS1TS2TS3F 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用（續(xù)）單端波形分析單端波形分析（續(xù)）（續(xù)）RSFt故障初始行波故障點(diǎn)反射波TS1TS2TS3對(duì)端反射波故障點(diǎn)在線路中點(diǎn)以外且

15、存在透射時(shí)，第二個(gè)行波脈沖是對(duì)端反射波在故障點(diǎn)的透射。故障點(diǎn)反射波與一般對(duì)端母線反射波極性相反。 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用（續(xù)）單端波形分析單端波形分析（續(xù)）（續(xù)） 識(shí)別出故障點(diǎn)反射波計(jì)算故障點(diǎn)到本端母線的距離； 識(shí)別出對(duì)端母線反射波計(jì)算故障點(diǎn)到對(duì)端母線距離； 兩種方法得到的結(jié)果相加是線路全長(zhǎng)，據(jù)此可以驗(yàn)算測(cè)距結(jié)果。 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用（續(xù)）單端波形分析單端波形分析（續(xù)）（續(xù)） 故障行波穿過母線透射到其他健全線路上，行波在健康線路對(duì)端被反射回來，影響故障點(diǎn)反射脈沖的識(shí)別。 當(dāng)母線上運(yùn)行的線路較多時(shí)（如4條線路時(shí)），母線行波阻抗接近零，故障行波在其他健全線路上的透射很小，可以認(rèn)為母線呈短路狀態(tài)，可以不考慮其他線路的影響。

16、 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用（續(xù)）單端波形分析單端波形分析（續(xù)）（續(xù)）健康線路健康線路故障線路健康線路健康線路故障線路比較故障線路及健全線路脈沖極性可以區(qū)分來自故障線路及健全線路的行波。 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用（續(xù)）單端波形分析單端波形分析（續(xù)）（續(xù)）行波測(cè)距方法的配合行波測(cè)距方法的配合 雙端測(cè)距：簡(jiǎn)單、可靠。需裝設(shè)兩端裝置 單端測(cè)距：投資小，波形復(fù)雜，不易識(shí)別。 利用重合閘產(chǎn)生的行波測(cè)距：測(cè)量永久短路、斷線故障 實(shí)際使用中，三種方法應(yīng)配合使用，互相校對(duì)。 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用（續(xù)）電壓過零問題電壓過零問題 在電壓相角過零或接近零時(shí)發(fā)生故障，產(chǎn)生的電壓、電流行波比較微弱，會(huì)造成保護(hù)或測(cè)距裝置失敗。 實(shí)際上，絕大部分線路故障是絕緣擊穿故障

17、，電壓過零或接近零故障的幾率相當(dāng)小。 電壓過零時(shí)，故障點(diǎn)一般呈永久金屬性短路性質(zhì)，利用重合閘脈沖在故障點(diǎn)的反射仍然可以測(cè)出故障距離。 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用（續(xù)）母線上無其他線路的問題母線上無其他線路的問題 沒有其他健康線路，在故障行波到達(dá)母線后，線路上只能測(cè)量到由母線分布電容產(chǎn)生的持續(xù)時(shí)間比較短、幅值較小的電流脈沖信號(hào)，影響測(cè)量電流行波的測(cè)距方法應(yīng)用效果。 通過降低行波脈沖檢測(cè)門檻值來提高檢測(cè)靈敏度，這樣做的同時(shí)也犧牲了裝置的抗干擾能力； 另外一種方案是加裝電壓行波傳感器，測(cè)量電壓行波脈沖。 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用（續(xù)）可以檢測(cè)流過電容式電壓互感器（CTV）電容分壓器的電流，來間接測(cè)量故障行波。接電壓互感器C1C2iv

18、 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用（續(xù)）雷電波的影響雷電波的影響 雷電波波頭在幾十致數(shù)百微秒之間，雷擊在線路上產(chǎn)生電流行波，會(huì)造成行波測(cè)距裝置啟動(dòng)。 在行波裝置兩次啟動(dòng)之間要有一段等待（死區(qū)）時(shí)間，如在雷擊后造成裝置一次啟動(dòng)記錄后，緊接著又發(fā)生一次故障，會(huì)出現(xiàn)漏記故障行波現(xiàn)象。 科匯系統(tǒng)采用“無死區(qū)”記錄技術(shù)，避免雷擊干擾造成漏記故障行波現(xiàn)象。 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用（續(xù)） 不要簡(jiǎn)單地將雷電記錄作為“廢物”丟掉，對(duì)于線路防雷研究是十分有意義的。 如果雷電波引起兩端裝置啟動(dòng)，可以利用雙端故障測(cè)距原理，定位雷擊點(diǎn)。 從波形上可以分辨所記錄的是故障電流行波還是雷擊線路引起的電流行波。雷擊線路引起的三相電流幅值接近，波形同極性，且一般為正極性。 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用（續(xù)）雷電波的影響雷電波的影響（續(xù)）（續(xù)） 雷擊造成線路故障時(shí)，雷電電流波與故障點(diǎn)短路電流相混迭，行波波形復(fù)雜，增加了分析單端行波波形確定故障點(diǎn)位置的難度。 一般線路遭受雷擊時(shí)立即引起閃絡(luò)故障，雷擊點(diǎn)與閃絡(luò)故障點(diǎn)基本上在一個(gè)位置，可以利用雙端原理測(cè)距。 線路閃絡(luò)點(diǎn)與雷擊點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，二者有較大延時(shí)的情況，可以根據(jù)記錄下行波波形，識(shí)別出故障初始行波波頭到達(dá)的準(zhǔn)確時(shí)間，校正雙端測(cè)距結(jié)果。 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用（續(xù)）雷電波的影響雷電波的影響（續(xù)）（續(xù)） 線路上出現(xiàn)過電壓，造成避雷器放電時(shí)，行波測(cè)距系統(tǒng)感受到的效果和避雷器安