基于暫態(tài)行波的輸電線路故障測距與保護

1、l概述概述l故障行波的形成和特點故障行波的形成和特點l故障行波的應(yīng)用故障行波的應(yīng)用1.輸電線路行波測距2.配電線路行波選線3.超/特高壓輸電線路行波保護l結(jié)論結(jié)論故障信息的分類故障信息的分類故障信息故障信息電量故障信息電量故障信息非電量故障信息非電量故障信息低頻穩(wěn)態(tài)故障信息低頻穩(wěn)態(tài)故障信息高頻暫態(tài)故障信息光光聲音聲音溫度溫度轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速故障信息是故障檢測技術(shù)的基礎(chǔ)l故障檢測技術(shù)故障檢測技術(shù) 繼電保護、故障測距、接地選線l現(xiàn)有故障檢測技術(shù)存在的問題現(xiàn)有故障檢測技術(shù)存在的問題1.特高壓交/直流輸電線路保護靈敏度低2.輸配電線路準確故障測距困難3.中性點非有效接地的配電系統(tǒng)單相接地選線困難l原因原因由工

2、頻故障信息構(gòu)成，受以下因素影響由工頻故障信息構(gòu)成，受以下因素影響1.過渡電阻2.線路分布電容3.ct飽和是由故障引發(fā)的、運動的電場和磁場高頻暫態(tài)故障信息，具突變性質(zhì)、非平穩(wěn)變化故障行波中包含著豐富的故障信息；現(xiàn)有故障檢測技術(shù)把故障行波當作噪聲信號加以濾除電流行波電壓行波1948年r.f.stevens提出行波測距1950年代末期出現(xiàn)了三種行波測距儀，分為a、b、c型1976年asea公司研制出行波保護裝置relada1995年中國專家葛耀中和他的學(xué)生，英國專家p gele博士等人研制出現(xiàn)代行波測距裝置2001年中國電科院研制出類似的裝置2003年清華大學(xué)研制出基于行波的配電線路接地選線裝置20

3、05年清華大學(xué)等單位聯(lián)合研制出單端量測距裝置疊加原理l行波的形成行波的形成l行波的形成行波的形成tucxitilxu單導(dǎo)線等值電路l行波的形成行波的形成波動方程 波動方程的通解22222222tulcxitilcxu)()(1)()(2121vxtuvxtuzcivxtuvxtuu波動方程的特解)4(.)3()()(.,)3()()(,.)3()3()()()(.,)3()3()()()(222mmmmmmmmmcmmmmmmmmmmmmmmmmtetetutetetuztetetetetitetetetetu)5(.)3()()(.,)3()()(,.)3()3()()()(.,)3()3(

4、)()()(222nnnnnnnnncnnnnnnnnnnnnnnnntetetutetetuztetetetetitetetetetusrtr1 初始波tr2反射波trs對端反射波 初始波 ts1反射波 ts2 對端反射波 tsra相行波的小波變換相行波的小波變換模極大值模極大值a相行波的小波變換相行波的小波變換三相行波波形三相行波波形l故障行波和它的小波變故障行波和它的小波變換間的內(nèi)在聯(lián)系換間的內(nèi)在聯(lián)系 行波不同尺度下的小波變換l故障行波的小波變換模極大值表示故障行波的小波變換模極大值表示 行波的模極大值類似于正弦信號在fourier變換下的幅值相位小波變換模極大值彼此等價彼此等價 l故障

5、行波具有如下特性：只在故障發(fā)生時出現(xiàn)，能準確反映故障發(fā)生；包含著故障發(fā)生時刻、故障位置、故障相、故障線等有用的故障信息；具有高頻、暫態(tài)突變的性質(zhì)，難以分析；不可重復(fù)，具有易逝性，造成捕捉困難；同時是時間和位置的函數(shù)，因此傳統(tǒng)的時間分析方法和頻率分析方法不能有效刻劃暫態(tài)行波的故障特征。l 輸電線路行波測距 利用電流行波的故障測距雙端法 單端電氣量組合法故障測距單端法l 配電線路行波選線l 超/特高壓輸電線路行波保護ts1ts2t tsr單端電氣量（單端電氣量（a a）測距法）測距法)(212112sssttvtvx故障點距s變電站距離v - 波速度tstr sr基于基于gpsgps的雙端測距法的

6、雙端測距法 故障點距s變電站距離： 故障點距r變電站距離：lvttxrss)(21lvttxrsr)(21l - 線路全長ts1ts2t tsr利用重合閘的測距原利用重合閘的測距原理說明圖理說明圖)(212112sssttvtvx故障點距s變電站距離：利用電流行波的輸電線利用電流行波的輸電線路故障測距裝置路故障測距裝置 1）采樣頻率800khz 2) 誤差小于1公里 3) 最多監(jiān)視8條線路行波測距在葛洲壩直流換流站運行現(xiàn)場小小 結(jié)結(jié)l利用gps的雙端量行波故障測距技術(shù)是目前最先進的故障測距技術(shù)l已廣泛應(yīng)用于各種電壓等級的交直流輸電線路l獲國家發(fā)明獎單端行波測距不夠穩(wěn)定、可靠缺乏gps同步時鐘沒

7、有條件安裝兩套行波測距儀需要單端法l 利用電流行波的故障測距存在的問題利用電流行波的故障測距存在的問題l解決單端量故障測距問題的對策 故障測距的組合算法故障測距的組合算法l 由具有魯棒性的阻抗測距算法測距，給出故障范圍l 由行波測距法進行精確故障定位，誤差小于1km。 新型故障錄波測距裝置新型故障錄波測距裝置 既能記錄行波故障信息、又能記錄工頻故障信息，實現(xiàn)組合法測距。 單端電氣量組合故障測距算法測量阻抗法確定的故障區(qū)間行波信號的二進小波變換故障情況: 相間故障、0過渡電阻.故障距離: 40km. 阻抗法輸出結(jié)果：19.8 km59.8 km.行波法輸出結(jié)果：39.5km.組合法輸出結(jié)果：39

8、.5km. hpr-7000的外形結(jié)構(gòu) 前置機外形工頻故障信息 電流行波及其小波變換tested system電壓行波 電壓行波 棒圖分析相量分析小小 結(jié)結(jié)l組合故障測距算法有望從根本上解決單端量故障測距問題l獲國家發(fā)明專利授權(quán)l(xiāng)已經(jīng)應(yīng)用于實際電力系統(tǒng)l小電流接地系統(tǒng)單相接地選線 中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)發(fā)生單相接地后，由于未形成短路通路，接地電流非常微弱，無法確定是那一條線路發(fā)生接地，給接地查找和修復(fù)帶來困難。l問題的癥結(jié) 由于中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地，接地線路和非接地線路僅僅流過微弱的電容電流。 迄今所提出的方法基于基波零序電流大小、方向等方法效果都不好。l解決問題的思路2c

9、ijfcu采用暫態(tài)高頻分量電流采用暫態(tài)高頻分量電流l單相線路接地后的行波現(xiàn)象線路1線路2線路3fbgtsl1l2lnl三相線路發(fā)生單相接地的行波現(xiàn)象線路1線路2線路3fbgtszlrk1k2l1l2lnl對三相電壓和電流施行相模變換對三相電壓和電流施行相模變換 得到各模獨立的模分量電壓和電流得到各模獨立的模分量電壓和電流cbauuuuuu101011111310cbaiiiiii101011111310解耦解耦)(31)(31,000bacbaiiiiiiiuuuiii和線模分量線模分量零模分量零模分量線模網(wǎng)絡(luò)線模網(wǎng)絡(luò)零模網(wǎng)絡(luò)零模網(wǎng)絡(luò)線路1線路2線路nfbgtszlrk1k2l1l2lnl三相

10、線路發(fā)生單相接地行波的傳播l配電線路行波的特點 接地線路初始行波遠大于非接地線路的初始行波，極性相反 非接地線路的初始行波數(shù)值相等，極性相同 與中性點接地方式幾乎無關(guān)，只影響等效阻抗l基于電流行波的單相接地選線原理 故障線路的電流行波遠大于非故障線路故障線路的電流行波遠大于非故障線路 故障線路與非故障線路的電流行波極性相反故障線路與非故障線路的電流行波極性相反方案1：基于零序電流互感器方案2：基于每回出線上的三相電流互感器方案3：每回出線上只安裝了兩相電流互感器方案4：每回出線上只利用一相電流互感器基于微機和高速數(shù)據(jù)采集技術(shù)的行波接地選線裝置sl-01sl-01發(fā)明專利證書及檢測報告小小 結(jié)結(jié)

11、l配網(wǎng)中存在電流行波，且可以用于故障選線; l小波變換及其模極大值可以準確刻劃暫態(tài)行波特征，可以構(gòu)成有效的行波選線算法;l根據(jù)現(xiàn)場情況，可以構(gòu)成多種行波選線方案;l行波和小波選線技術(shù)為故障選線提供了新的思路和新的方案，有望從根本上解決小電流系統(tǒng)故障選線難題。 l行波保護 根據(jù)輸電線路發(fā)生故障后所產(chǎn)生的暫態(tài)行波構(gòu)成的繼電保護稱為行波保護l行波保護的特點快速動作性能不受過渡電阻影響不受ct飽和影響不受系統(tǒng)振蕩影響不受長線分布電容影響l行波保護例波阻抗方向繼電器 基于行波的方向繼電器波阻抗方向繼電器，它根據(jù)初始電壓和電流行波的比值來判別故障方向。l正向故障時rufrrufriiiiuuuu)1 ()

12、1 (l反向故障時uucrurucfrfrcziuziiuuziu11.)1 ()1 ()(.ffiiuu1.cffcziuziul 提出阻抗方向繼電器原理提出阻抗方向繼電器原理 l 提出行波選相原理提出行波選相原理 l 出縱聯(lián)方向保護出縱聯(lián)方向保護 基于小波變換的行波保護理論基于小波變換的行波保護理論電壓電流行波小波變換判斷故障發(fā)生選故障相投波阻抗方向繼電器判方向比較線路兩端方向sm，sn反向判據(jù)1cziuiiiiiiibbb20310區(qū)內(nèi)故障跳閘區(qū)外故障閉鎖例如bc兩相短路0nmss0nmss邏 輯方向比較式行波保護系統(tǒng)構(gòu)成框圖 輸電線路行波保護裝置輸電線路行波保護裝置psl-611psl-611l故障行波是有用、可用的故障信息故障行波是有用、可用的故障