現(xiàn)代架空輸電線路行波故障測(cè)距技術(shù)及其應(yīng)用

1、現(xiàn)代架空輸電線路行波故障測(cè)距技術(shù)及其應(yīng)用淄博科匯電氣陳 平 主 要 內(nèi) 容輸電線路故障測(cè)距技術(shù)開(kāi)展過(guò)程行波根本概念現(xiàn)代行波故障測(cè)距根本原理現(xiàn)代行波故障測(cè)距關(guān)鍵技術(shù)XC-2000行波故障測(cè)距系統(tǒng)及其應(yīng)用實(shí)例輸電線路故障測(cè)距技術(shù)開(kāi)展過(guò)程早期行波故障測(cè)距技術(shù)利用工頻分量的故障測(cè)距技術(shù)現(xiàn)代行波故障測(cè)距技術(shù)早期行波故障測(cè)距技術(shù)20世紀(jì)5060年代根本原理：通過(guò)測(cè)量電壓行波在故障點(diǎn)及母線之間的 傳播時(shí)間測(cè)距。 分為A、B、C、D四種根本測(cè)距裝置。沒(méi)有得到推廣應(yīng)用，原因是：對(duì)行波現(xiàn)象的研究認(rèn)識(shí)不充分；測(cè)量電壓行波信號(hào)，需專用行波信號(hào)耦合設(shè)備，價(jià)格昂貴；采用高速拍照方式記錄行波波形，裝置構(gòu)成復(fù)雜，可靠性差；行

2、波信號(hào)的分析處理手段有限 利用工頻分量的故障測(cè)距技術(shù)120世紀(jì)70年代根本原理：利用測(cè)量點(diǎn)的電壓相量和電流相量之間的關(guān)系測(cè)距。分為阻抗法和故障分析法兩大類(lèi)。 利用工頻分量的故障測(cè)距技術(shù)2阻抗法 根據(jù)故障后線路一端的測(cè)量阻抗估算故障距離。 測(cè)距精度受以下因素的影響： 1過(guò)渡電阻 2電壓、電流互感器變換誤差 3三相不對(duì)稱利用工頻分量的故障測(cè)距技術(shù)3故障分析法 根據(jù)故障后線路一端或兩端的工頻電壓、電流估算故障距離。 測(cè)距精度受以下因素的影響： 1電壓、電流互感器變換誤差 2三相不對(duì)稱 3系統(tǒng)阻抗現(xiàn)代行波故障測(cè)距技術(shù)120世紀(jì)90年代 A、D、E三種根本測(cè)距原理開(kāi)展原因 1計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)使人們對(duì)行波現(xiàn)

3、象的認(rèn)識(shí)不斷 深入、完善； 2普通電流互感器TA高頻傳變特性的發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證 使得行波耦合方式得以大大簡(jiǎn)化； 3現(xiàn)代微電子技術(shù)使行波信號(hào)的采集、記錄、處理 成為可能； 4應(yīng)用GPS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)1us精確對(duì)時(shí)； 5現(xiàn)代通信技術(shù)的開(kāi)展； 6現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的開(kāi)展； 7小波分析技術(shù)的開(kāi)展?，F(xiàn)代行波故障測(cè)距技術(shù)2開(kāi)展趨勢(shì) 1智能化 自動(dòng)波形分析小波、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等 2保護(hù)、錄波、測(cè)距一體化 行波距離保護(hù)行波根本概念1輸電線路上的行波是指沿線路傳播的電壓、電流波。沿參考方向傳播的行波稱為正向行波或前行波，沿參考方向的相反方向傳播的行波稱為反向行波反行波。行波分為穩(wěn)態(tài)行波和暫態(tài)行波；穩(wěn)態(tài)行波是指系統(tǒng)

4、正常運(yùn)行時(shí)沿線路傳播的行波，它是由系統(tǒng)的電源產(chǎn)生的。電能的傳輸和交換是通過(guò)穩(wěn)態(tài)行波的傳播來(lái)實(shí)現(xiàn)的；暫態(tài)行波是指系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中突然出現(xiàn)，而后又逐漸消失的行波，它是由系統(tǒng)的擾動(dòng)，如短路、斷線、開(kāi)關(guān)操作、雷擊及雷電感應(yīng)等引起的；行波根本概念2行波現(xiàn)象可以用建立在分布參數(shù)線路模型根底上的電報(bào)方程來(lái)描述。通過(guò)求解電報(bào)方程所得到沿線各點(diǎn)的電壓和電流均包含正向和反向兩局部行波分量；由線路故障在線路上某一點(diǎn)產(chǎn)生的暫態(tài)行波分量可以利用該點(diǎn)的暫態(tài)電壓、電流故障分量突變量的線性組合來(lái)提??；行波根本概念3暫態(tài)行波分量含有從低頻到高頻的各種頻率分量。不同頻率的行波分量具有不同的衰減時(shí)間常數(shù)，因而暫態(tài)行波在線路上傳播時(shí)必

5、然要發(fā)生波形的畸變稱為幅值畸變。另一方面，不同頻率的行波分量還具有不同的傳播速度，這同樣會(huì)導(dǎo)致暫態(tài)行波波形的畸變稱為相位畸變；暫態(tài)行波的傳播特性隨頻率變化的現(xiàn)象稱為頻散frequency dispersion。行波根本概念4行波浪涌到達(dá)線路上波阻抗不連續(xù)點(diǎn)(如母線、故障點(diǎn)等)時(shí)將同時(shí)產(chǎn)生反射和透射現(xiàn)象，相應(yīng)反射波和透射波的性質(zhì)與該點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)；行波根本概念5三相線路各相之間存在著電磁耦合，描述每一相行波的電報(bào)方程是不獨(dú)立的。一般通過(guò)相模變換將三相行波分解為線模和地模零模兩種獨(dú)立的行波模量來(lái)分析簡(jiǎn)化求解過(guò)程；地模行波分量在傳播過(guò)程中將發(fā)生嚴(yán)重的衰減和畸變，其傳播速度也不穩(wěn)定，而線模行波分量在

6、傳播過(guò)程中的衰減和畸變程度較小，其傳播速度也比較穩(wěn)定。因而在行波故障測(cè)距中一般選用線模行波分量來(lái)構(gòu)造測(cè)距算法； 行波根本概念6暫態(tài)行波的傳播過(guò)程可以利用行波網(wǎng)格圖來(lái)描述?，F(xiàn)代行波故障測(cè)距根本原理單端A型測(cè)距原理雙端D型測(cè)距原理單端E型測(cè)距原理單端A型測(cè)距原理根據(jù)到達(dá)母線的故障初始行波脈沖S1與由故障點(diǎn)反射回來(lái)的行波脈沖S2 之間的時(shí)間差測(cè)距XL = v /2 = vTS1-TS2/2優(yōu)點(diǎn)：只需要在線路一端安裝裝置缺點(diǎn)：波形分析困難，可靠性差RSt初始行波故障點(diǎn)反射波TS1TS2TS3F雙端D型測(cè)距原理 利用故障初始行波到達(dá)線路兩端的時(shí)間計(jì)算故障距離：XL =TS-TRv + L/2優(yōu)點(diǎn)：可靠性

7、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。RSFTrtTst單端E型測(cè)距原理通過(guò)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：適用于測(cè)量永久短路及斷線故障RSFt合閘脈沖故障點(diǎn)反射脈沖現(xiàn)代行波故障測(cè)距關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題1行波信號(hào)的耦合 1專用耦合設(shè)備 2光電壓、電流互感器 3常規(guī)保護(hù)TA 科匯在世界上首次提出利用普通的電流互感器耦合電流行波，并通過(guò)數(shù)字仿真分析及對(duì)實(shí)際TA的測(cè)試證明之。 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、本錢(qián)低、靈敏度高?，F(xiàn)代行波故障測(cè)距關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題2電壓行波暫態(tài)測(cè)量電流暫態(tài)測(cè)量電壓現(xiàn)代行波故障測(cè)距關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題3行波分量的提取 正向行波母線到線路方向： u+ = (u + i * Zc)/2

8、i+ = u+ / Zc 反向行波線路到母線方向： u- = (u - i * Zc)/2 i- = -u- / Zc現(xiàn)代行波故障測(cè)距關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題4高速采集技術(shù) 1可以實(shí)現(xiàn)單端行波故障測(cè)距； 2可以補(bǔ)償雙端行波測(cè)距誤差。GPS同步技術(shù) 1線路兩端裝置要有1us的時(shí)間同步精度， 以保證測(cè)距精度； 2使用GPS同步時(shí)鐘可以實(shí)現(xiàn)1us時(shí)間同步?，F(xiàn)代行波故障測(cè)距關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題5遠(yuǎn)程通信技術(shù) 1裝置之間可以使用 網(wǎng)、INTERNET數(shù)據(jù)網(wǎng)、電力系統(tǒng)專用通信通道等廣域通信網(wǎng)互聯(lián)，交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙端測(cè)距； 2由于不需要在故障后立即動(dòng)作，不要求為測(cè)距裝置之間設(shè)置常備通信通道?，F(xiàn)代行波故障測(cè)距關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題6行波故

9、障測(cè)距系統(tǒng)廣域通信網(wǎng)測(cè)距裝置測(cè)距裝置測(cè)距裝置測(cè)距裝置PC主站現(xiàn)代行波故障測(cè)距關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題7行波分析技術(shù) 1人工分析技術(shù) 2相關(guān)分析技術(shù) 3小波分析技術(shù) 4計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)XC-2000行波故障測(cè)距系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成應(yīng)用實(shí)例 網(wǎng)/廣域網(wǎng) Modem/網(wǎng)卡 Modem/網(wǎng)卡 Modem/網(wǎng)卡 Modem/網(wǎng)卡調(diào)度中心PC機(jī)科匯技術(shù)效勞PC機(jī)XC-2000系統(tǒng)構(gòu)成XC-2000站端行波采集與分析系統(tǒng)GPS同步時(shí)鐘XC-21行波采集單元當(dāng)?shù)靥幚頇C(jī)中央處理單元高速采集電路GPS接口電路I/O接口電路鍵盤(pán)顯示接口電路TATV專用電流耦合器當(dāng)?shù)靥幚頇C(jī)調(diào)度線路對(duì)端所在變電所XC-2000調(diào)度端行波分析系統(tǒng)自動(dòng)雙端測(cè)距

10、人工波形分析計(jì)算機(jī)輔助分析行波數(shù)據(jù)庫(kù)管理XC-2000應(yīng)用實(shí)例交流線路平均絕對(duì)誤差： 400 m典型實(shí)際故障及XC-2000測(cè)距結(jié)果序號(hào)故障時(shí)間故障線路分析距離（km）實(shí)際故障距離（km）絕對(duì)誤差（m）11997-06-30/08:01:30500kV董遼線（董家變遼陽(yáng)變）129.3（距遼陽(yáng)）128.5（距遼陽(yáng)）80021997-07-05/16:23:45臨邑變110kV黃一臨線23.722372031997-12-14/02:17:49隴西變330kV隴馬線75.8（距對(duì)端）75.5（距對(duì)端）30041998-04-28/20:35:48九里變220kV龔九一線6.56.585855199

11、8-07-04/21:28:54董家變500kV元董一線177.617760061999-06-23/11:29:18浮石變110kV麻浮線44.9（距對(duì)端）44（距對(duì)端）90071999-06-25/10:12:50趙莊變110kV趙石線1.42142081999-07-11/14:36:53洛埠變110kV楊埠線6.7（距對(duì)端）6.5（距對(duì)端）20091999-07-25/13:36:33臨邑變220kV濟(jì)臨線15.5915.2390102000-04-27/17:30:08500kV雙玉二回*（雙河變玉賢變）0.2（距雙河）雙河側(cè)出口故障（CT爆炸）200112000-06-21/15:

12、36:04金鎖變330kV金延線7.58500122000-06-23/17:36:17110kV埠屯線*（洛埠變浮石變）6.3（距洛埠）6.2（距洛埠）100132000-09-17/17:49:28碧口電廠220kV成碧線47.247.4200142001-06-12/18:06:10隴西變330kV隴雍線75.7（距對(duì)端）76（距對(duì)端）300152001-07-04/14:57:38隴西變330kV隴炳一線108.2108200 注：帶“*線路的兩端裝有同步的測(cè)距裝置，其它線路只在本端裝有測(cè)距裝置。 XC-2000測(cè)距誤差曲線19972001典型實(shí)際故障及XC-2000測(cè)距結(jié)果序號(hào)故障時(shí)

13、間故障線路分析距離（km）實(shí)際故障距離（km）絕對(duì)誤差（m）12001-04-29/04:03:25綏化變220kV綏鐵線62.562.5353522001-07-21/01:31:56220kV康綏乙線（康金變綏化變）31.8未找到32002-04-05/14:33:07220kV康綏甲線（康金變綏化變）37.23720042002-04-09/04:51:14綏化變220kV綏鐵線90.890.59920152002-04-16/04:29:39220kV康綏甲線（康金變綏化變）98.9554562002-06-19/15:40:42220kV康綏甲線（康金變綏化變）3030.4400 注：帶“*線路的兩端裝有同步的測(cè)距裝置，其它線路只在本端裝有測(cè)距裝置。湖北雙河變電站5