行波測(cè)距方法的比較

行波測(cè)距方法的比較

電力網(wǎng)絡(luò)與電力用戶相連。地理環(huán)境復(fù)雜，線路曲折多，接地電阻和分布電容能力大，誤差定位困難，一直被認(rèn)為是困難。近年來(lái),行波法日趨成熟,其優(yōu)越性越來(lái)越受到電力行業(yè)的重視。尤其是C型行波法,在故障后可以重復(fù)測(cè)距判斷,很大程度上保證了測(cè)量精度,在配電網(wǎng)故障測(cè)距中有較大的優(yōu)勢(shì)。行波法是通過(guò)測(cè)量故障產(chǎn)生的行波在故障點(diǎn)及檢測(cè)端(母線)之間往返一趟的時(shí)間或利用故障點(diǎn)行波到達(dá)線路兩端的時(shí)間差來(lái)計(jì)算故障距離,一般分為A、B、C、E4種。本文通過(guò)分析行波反射和折射原理,介紹了這幾種行波測(cè)距方法的原理和特點(diǎn)。最后通過(guò)對(duì)10kV多分支配電線路單相接地故障進(jìn)行仿真分析,驗(yàn)證了C型行波法在配電網(wǎng)故障測(cè)距中的可行性。一、兩線路的反射系數(shù)k行波在線路上傳播時(shí),遇到波阻抗不連續(xù)點(diǎn)(如故障點(diǎn))會(huì)發(fā)生反射與折射。反射和折射是行波的重要特性,其中,反射波是用來(lái)實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距的重要依據(jù)。如圖1所示,行波Ui(入射波)沿波阻抗為Z1的線路傳播,到達(dá)O點(diǎn),波阻抗由Z1變?yōu)閆2,發(fā)生反射和折射;一部分行波Ur(反射波)沿Z1線路返回,另一部分行波Uj(透射波)沿Z2線路繼續(xù)傳播。O點(diǎn)的反射系數(shù)可以用反射電壓(電流)與入射電壓(電流)之比來(lái)表示,電壓反射系數(shù)為:電流的反射波極性會(huì)發(fā)生改變,電流反射系數(shù)與電壓反射系數(shù)大小相等,符號(hào)相反。當(dāng)線路出現(xiàn)開(kāi)路點(diǎn)或行波運(yùn)動(dòng)到線路的開(kāi)路終端時(shí),相當(dāng)于z2→8,有反射系數(shù)Ku=1,Ki=-1。線路中短路點(diǎn)相當(dāng)于z2,有反射系數(shù)Ku=-1,Ki=1。如果線路經(jīng)阻抗接地,此時(shí)波阻抗z2可以看做是接地電阻R和波阻抗zi并聯(lián)的等值阻抗,此時(shí)電壓反射系數(shù)為二、故障點(diǎn)距離的計(jì)算利用行波進(jìn)行故障測(cè)距有幾種方法,按信號(hào)采集位置可以分為單端測(cè)距和雙端測(cè)距。利用故障產(chǎn)生的行波進(jìn)行單端故障測(cè)距的方法稱為A型行波測(cè)距方法,利用故障產(chǎn)生的行波進(jìn)行雙端故障測(cè)距的方法稱為B型行波測(cè)距方法,故障后由人工注入脈沖信號(hào)單端測(cè)距的方法稱為C型行波測(cè)距方法,利用線路故障發(fā)生后開(kāi)關(guān)重合閘的瞬間,注入電流脈沖雙端測(cè)距的方法稱為E型行波測(cè)距方法。(1)A型行波測(cè)距。在線路發(fā)生故障時(shí),故障點(diǎn)產(chǎn)生的電壓(電流)行波在故障點(diǎn)與母線之間來(lái)回反射,根據(jù)行波在測(cè)量點(diǎn)與故障點(diǎn)之間往返一次的時(shí)間和行波的波速來(lái)確定故障點(diǎn)的距離。下面以線路發(fā)生金屬性接地為例,說(shuō)明A型行波測(cè)距法原理。圖2中,設(shè)在t=0時(shí)刻,線路上F點(diǎn)發(fā)生金屬性接地故障,故障點(diǎn)的電壓行波uf以波速v向兩側(cè)傳播,行波在t1時(shí)刻到達(dá)檢測(cè)端M,由于M點(diǎn)為波阻抗變化點(diǎn),行波發(fā)生反射,設(shè)該點(diǎn)反射系數(shù)為K,則反射波K×uf由檢測(cè)端M向故障點(diǎn)方向傳播。由于故障點(diǎn)為金屬性短路,當(dāng)反射波到達(dá)故障點(diǎn)時(shí)會(huì)發(fā)生全反射并改變極性,在t2時(shí)刻又返回檢測(cè)端M。設(shè)故障點(diǎn)到信號(hào)檢測(cè)點(diǎn)M的距離為XL,則故障點(diǎn)的計(jì)算公式為:如果是經(jīng)電阻接地的故障,則在接地點(diǎn)還有一部分波透射到接地點(diǎn)的另一側(cè),但仍有反射波回到檢測(cè)點(diǎn),由于能量的分散,使反射波幅值比金屬性接地時(shí)要小。(2)B型行波測(cè)距。B型行波測(cè)距方法利用故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波到達(dá)線路兩端的時(shí)間差來(lái)確定故障距離。設(shè)線路發(fā)生故障時(shí),行波到達(dá)線路兩側(cè)M和N的時(shí)間分別為t1和t2,波速為v,則故障點(diǎn)到M的距離XL由下式求出:其中,L為母線M、N之間的線路長(zhǎng)度。(3)C型行波測(cè)距。C行波原理與A行波原理一樣,如圖3所示。該方法不是利用故障發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的行波信號(hào),而是在故障后,由人工向故障線路發(fā)射高頻脈沖信號(hào),然后檢測(cè)并識(shí)別來(lái)自故障點(diǎn)的反射波。測(cè)距公式同(3)。(4)E型行波測(cè)距。E型行波測(cè)距是利用線路故障切除后開(kāi)關(guān)重合閘時(shí)向線路注入一個(gè)合閘電流脈沖。如果線路發(fā)生的是永久性短路故障,則合閘脈沖會(huì)在故障點(diǎn)被反射回來(lái),利用檢測(cè)合閘脈沖與反射脈沖的時(shí)間差可以測(cè)量故障距離,測(cè)距公式同(4)。如果線路是瞬時(shí)性故障,則不會(huì)發(fā)生反射,線路恢復(fù)供電。三、較少投資,避免了缺少快速識(shí)別A型行波法測(cè)距裝置簡(jiǎn)單,但行波在不斷折、反射中衰減很大,有時(shí)不易區(qū)分是來(lái)自故障點(diǎn)還是其他節(jié)點(diǎn)的反射波。B型行波測(cè)距只利用第一個(gè)波頭,信號(hào)幅度大,容易識(shí)別,計(jì)算處理簡(jiǎn)單;但線路兩端都需要檢測(cè)裝置,且需要通訊設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步,投資比較大。由于故障發(fā)生是隨機(jī)的,當(dāng)在線路電壓過(guò)零點(diǎn)發(fā)生接地故障時(shí),產(chǎn)生的行波信號(hào)很微弱,難以識(shí)別,此時(shí)A、B型行波定位就會(huì)失效,而E型行波法可以彌補(bǔ)這種缺陷。C型行波法是離線測(cè)距,不受信號(hào)故障時(shí)刻行波信號(hào)強(qiáng)弱的影響,在進(jìn)行故障測(cè)距時(shí)可以重復(fù)進(jìn)行判斷。當(dāng)一次接收到的信號(hào)不能清楚分析故障點(diǎn)位置時(shí),可以重新發(fā)一個(gè)行波信號(hào)進(jìn)行再次測(cè)距。此外C型行波法可以節(jié)省裝置投資,它不需要在每條線路上裝設(shè)高頻采集裝置。但該方法的不足之處是在高阻抗接地和閃絡(luò)性故障時(shí),接地點(diǎn)的反射信號(hào)很弱甚至不產(chǎn)生反射信號(hào),此時(shí)需要高壓脈沖發(fā)生器產(chǎn)生高壓脈沖信號(hào)擊穿故障點(diǎn)絕緣,這對(duì)信號(hào)發(fā)生裝置提出了更高的要求。四、高壓脈沖信號(hào)利用C型行波法對(duì)帶分支線路進(jìn)行測(cè)距,通過(guò)ATP軟件進(jìn)行仿真,如圖4所示,在線路分支BE中間處發(fā)生單相接地故障,其接地電阻為1000Ω。信號(hào)源采用幅值為10kV,寬度為2微秒的高壓脈沖信號(hào)。其中,線路波阻抗為460Ω,MN=15km,AD=3km,MA=5km,MB=9km,BE=2km,BC=3km,CG=1km。在檢測(cè)點(diǎn)采用100MHZ的采樣率進(jìn)行采樣,得到的正常線路波形如圖5所示,當(dāng)F點(diǎn)發(fā)生單相接地故障時(shí),故障波形如圖6所示。正常線路與故障線路波形相減,得到的波形差如圖7所示,其中第一個(gè)波形畸變點(diǎn)是來(lái)自故障點(diǎn)的反射波。對(duì)圖7的波形差信號(hào)用matlab小波包分解和重構(gòu),得到故障時(shí)20刻t=66.70μs,根據(jù)公式(3),取v=300m/μs,則:與實(shí)際距離相差5m,測(cè)距精度滿足實(shí)際要求。五、行波測(cè)距法檢測(cè)行波法不受系統(tǒng)參數(shù)、運(yùn)行方式、線路不對(duì)稱及互感器變換誤差等因素的影響,構(gòu)成簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)。故障行波信號(hào)在傳播途中會(huì)夾雜著一些混合信號(hào),使得行波信號(hào)在傳播過(guò)程中發(fā)生畸變,檢測(cè)起來(lái)困難。所以,行波測(cè)距法的關(guān)鍵是要能