行波測距新技術(shù)及其應(yīng)用研究

1、輸電線路故障行波測距技術(shù)輸電線路故障行波測距技術(shù)科匯電氣有限公司科匯電氣有限公司故障測距的作用故障測距的作用 縮短故障修復時間，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)造成線路瞬時故障的絕緣薄弱點、線路走廊下的樹支等事故隱患，及時處理，防止故障的再一次發(fā)生。 概述 故障分析法：根據(jù)故障時電壓、電流錄波圖估算故障距離。 阻抗法：通過測量阻抗來計算故障距離。 行波法：通過測量電壓、電流行波在線路上傳播的時間，計算故障距離。故障測距方法 概述（續(xù)）阻抗測距原理阻抗測距原理 根據(jù)在母線處測量到的阻抗（電抗）值計算故障距離 Zm = Vm/Im = Rm + jLm = x.R0 + x

2、.L0 x-故障距離 R0,L0-單位長度電阻、電抗值ZmVmIm 阻抗法 測距誤差大，受多種因素影響，包括： 故障點弧光電阻 電源阻抗 電壓、電流互感器變換誤差 線路不對稱（換位）影響 長線分布電容 線路走廊地形變化，引起零序參數(shù)變化。阻抗法測距誤差大阻抗法測距誤差大 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)）變電站測量行波在母線與故障點之間的傳播時間來測定線路故障距離（時間X速度），測距精度高，適用范圍廣。最早提出的電壓行波測距法原理上有缺陷，且沒有解決好行波信號的測量、超高速記錄、分析等問題。直到二十世紀九

3、十年代，行波測距技術(shù)一直沒有獲得實際的推廣應(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距系統(tǒng)，投入試運行。 行波法（續(xù)）Ts1Ts2t tSR單端電氣量（單端電氣量（A A）測距法測距法行波測距原理行波測距原理)(212112SSSTTvtvX故障點距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）測距法測距法 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 行波法（續(xù)）利用重合閘的（利用重合閘的（E

4、E）型測距原理型測距原理通過測量重合閘脈沖在故障點的反射到達時間測距：tvXL21RSFt合閘脈沖故障點反射脈沖t 行波法（續(xù)） 單端法優(yōu)點：只需要在線路一端安裝裝置，投資少；缺點：波形分析困難，可靠性差 雙端法優(yōu)點：可靠性高，測距準確；缺點：需要在線路兩端安裝裝置及通信配合。 利用重合閘信號的方法適用于測量永久短路及斷線故障 實際應(yīng)用中，三種方法配合使用，確保測距可靠性及精度。 行波法（續(xù)）行波信號的測量行波信號的測量 保護與測距利用信號的帶寬常規(guī)電流、阻抗等保護： 0-1KHz （50Hz）阻抗測距裝置：0-1KHz（50Hz）行波保護： 0-2KHz行波測距：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，早期行波測距使用電容分壓（耦合器）測量電壓行波，安裝復雜，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量電流行波利用普通的電流互感器測量電流行波 科匯在世界上首次提出利用普通的電流互感器測量電流行波，并通過數(shù)字仿真分析及對實際CT的測試證明之。 利用CT測量電流行波優(yōu)點象常規(guī)的保護錄波裝置一樣接入，具有簡單、易于實現(xiàn)的優(yōu)點。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量方法直流輸電線路行波測量方法線路電壓行波會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量線路行波的要求使用一個小型電流互感器，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 普通的計算機（CPU）控制的數(shù)據(jù)采集技術(shù)不能滿足記錄高頻行波(250KHz)信號的要求CPUu 設(shè)計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)，實現(xiàn)暫態(tài)行波信號

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)裝置實現(xiàn)1us時間精確同步，使測距分辨率達到150米。GPSGPS時間精確同步技術(shù)時間精確同步技術(shù)裝置接受全球定位系統(tǒng)（GPS）信號，給內(nèi)部時鐘精確對時，使裝置記錄電流行波到達時間的精度在1us以內(nèi)。 核心技術(shù)（續(xù)）行波脈沖的常規(guī)越限檢測方法，抗干擾能力差、時間精度低。行波脈沖的小波檢測技術(shù)行波脈沖的小波檢測技術(shù)將行波信號進行二進制小波變換后，得到模極大值信號圖。將模極大值出現(xiàn)的時間確定為信號突變出現(xiàn)時間。根據(jù)不同頻帶下模極大值的大小與極性判斷檢測到的信號突變是否是來

8、自故障點的行波脈沖 核心技術(shù)（續(xù)）SR遠程通信技術(shù)遠程通信技術(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)）測距設(shè)備構(gòu)成及各部分分工測距設(shè)備構(gòu)成及各部分分工 XC行波測距裝置主要由主要由T-GPS、XC-21、當?shù)貦C當?shù)貦C(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對時；對時；XC-21：接受接受GPS衛(wèi)星對時信號，捕捉行波信衛(wèi)星對時信號，捕捉行波信號并緩存，然后傳給當?shù)毓た貦C；號并緩存，然后傳給當?shù)毓た貦C；當?shù)貦C及當?shù)貦C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?shù)胤治龉δ堋?shù)據(jù)遠傳功數(shù)據(jù)并保存

9、，提供當?shù)胤治龉δ?、?shù)據(jù)遠傳功能。能。中心處理單元GPS單元人機界面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行波測距裝置（續(xù)）裝置運行中的注意事項裝置運行中的注意事項GPS：天線安裝位置合適，保證天線安裝位置合適，保證GPS不失步運不失步運行。（失步時有指示燈閃爍行。（失步時有指示燈閃爍;同時同時,XC-21提示提示ERROR 3錯誤）錯誤）XC-21：主要不應(yīng)提示主要不應(yīng)提示 ERROR 2,3,21錯誤。錯誤。ERROR 2:收不到收不到GPS串口信號；串口信號； ERROR 3：GPS失步；失步； ERROR 21：不能與后臺機通訊不能與后臺機通訊當?shù)貦C及軟件

10、：當?shù)貦C及軟件：停止運行時，停止運行時，20分鐘后分鐘后XC-21會提示會提示ERROR 21錯誤（以提示停止與錯誤（以提示停止與XC21通通訊）。同時，遠程通訊功能喪失，訊）。同時，遠程通訊功能喪失，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，；能應(yīng)答時，33.6K燈、燈、TR燈同時亮）。燈同時亮）。 XC行波測距裝置（續(xù)）主要技術(shù)指標與特點主要技術(shù)指標與特點 測距精度小于500m 最多監(jiān)視8條線路 裝置本身存儲96次故障記錄，后臺機存1000次 使用一臺工業(yè)PC機作為后臺分析機，讀取、分析、長期保存故障記錄 與有關(guān)變電站的裝置通信，交

11、換故障行波到達時間，計算故障距離。 XC行波測距裝置（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 個塔個塔 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行波測距裝置（續(xù)） 美國HATHAWAY公司與科匯合作研制成功適應(yīng)國外市場的同類測距裝置在美國、英國、加拿大、巴西、香港等國家與地區(qū)安裝數(shù)百套，運行效果良好。國際合作國際合作 XC行波測距裝置（續(xù)）使用后臺分析機分析、保存故障數(shù)據(jù)。使用電話人工交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)雙端測距。XC-21XC-21SRFPCPC在現(xiàn)場，行波測距系統(tǒng)的構(gòu)成在現(xiàn)場，行波測距系統(tǒng)的構(gòu)成 現(xiàn)場應(yīng)用線路兩端裝置使用公共電話網(wǎng)交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)雙端測距。XC-21XC-21SRFPCPCMODEMMODEM電話網(wǎng) 現(xiàn)場應(yīng)用（續(xù)）在現(xiàn)場，行波測距系統(tǒng)的構(gòu)成在現(xiàn)場，行波測距系統(tǒng)的構(gòu)成（

13、續(xù)）（續(xù)）使用PC機分析主站XC-21XC-21SRFPCPCMODEMMODEMPC主站電話網(wǎng)MODEM 現(xiàn)場應(yīng)用（續(xù)）在現(xiàn)場，行波測距系統(tǒng)的構(gòu)成在現(xiàn)場，行波測距系統(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線路SM、MR上的故障 現(xiàn)場應(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T接線路上故障。 現(xiàn)場應(yīng)用（續(xù)）葛上直流輸電線路故障行波測距系統(tǒng)圖XC-21XC-21葛洲壩FPCPCMODEMPC主站電話網(wǎng)MODEMMODEMXC-21PCMODEM南橋麥元 現(xiàn)場應(yīng)用（續(xù)） 得到線路對端

14、裝置的啟動時間和線路本端的啟動時間。 用軟件或人工用公式直接計算故障距離。雙端測距分析雙端測距分析 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 現(xiàn)場應(yīng)用（續(xù)） 通過識別故障點反射波到達時刻計算故障距離。 需要考慮故障點透射及其他健康線路對端反射的影響單端波形分析單端波形分析 現(xiàn)場應(yīng)用（續(xù)）故障點在線路中點以內(nèi)，第二個行波脈沖是故障點反射波。t i(t)故障初始行波故障點反射波TS1TS2TS3F 現(xiàn)場應(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反射波TS1TS2TS3對端反射波故障點在線路中點以外且

15、存在透射時，第二個行波脈沖是對端反射波在故障點的透射。故障點反射波與一般對端母線反射波極性相反。 現(xiàn)場應(yīng)用（續(xù)）單端波形分析單端波形分析（續(xù)）（續(xù)） 識別出故障點反射波計算故障點到本端母線的距離； 識別出對端母線反射波計算故障點到對端母線距離； 兩種方法得到的結(jié)果相加是線路全長，據(jù)此可以驗算測距結(jié)果。 現(xiàn)場應(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，行波在健康線路對端被反射回來，影響故障點反射脈沖的識別。 當母線上運行的線路較多時（如4條線路時），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)場應(yīng)用（續(xù)）單端波形分析單端波形分析（續(xù)）（續(xù)）行波測距方法的配合行波測距方法的配合 雙端測距：簡單、可靠。需裝設(shè)兩端裝置 單端測距：投資小，波形復雜，不易識別。 利用重合閘產(chǎn)生的行波測距：測量永久短路、斷線故障 實際使用中，三種方法應(yīng)配合使用，互相校對。 現(xiàn)場應(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發(fā)生故障，產(chǎn)生的電壓、電流行波比較微弱，會造成保護或測距裝置失敗。 實際上，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小。 電壓過零時，故障點一般呈永久金屬性短路性質(zhì)，利用重合閘脈沖在故障點的反射仍然可以測出故障距離。 現(xiàn)場應(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，在故障行波到達母線后，線路上只能測量到由母線分布電容產(chǎn)生的持續(xù)時間比較短、幅值較小的電流脈沖信號，影響測量電流行波的測距方法應(yīng)用效果。 通過降低行波脈沖檢測門檻值來提高檢測靈敏度，這樣做的同時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，測量電壓行波脈沖。 現(xiàn)場應(yīng)用（續(xù)）可以檢測流過電容式電壓互感器（CTV）電容分壓器的電流，來間接測量故障行波。接電壓互感器C1C2iv

18、 現(xiàn)場應(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，會造成行波測距裝置啟動。 在行波裝置兩次啟動之間要有一段等待（死區(qū)）時間，如在雷擊后造成裝置一次啟動記錄后，緊接著又發(fā)生一次故障，會出現(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)場應(yīng)用（續(xù)） 不要簡單地將雷電記錄作為“廢物”丟掉，對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，可以利用雙端故障測距原理，定位雷擊點。 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，雷電電流波與故障點短路電流相混迭，行波波形復雜，增加了分析單端行波波形確定故障點位置的難度。 一般線路遭受雷擊時立即引起閃絡(luò)故障，雷擊點與閃絡(luò)故障點基本上在一個位置，可以利用雙端原理測距。 線路閃絡(luò)點與雷擊點相距較遠，二者有較大延時的情況，可以根據(jù)記錄下行波波形，識別出故障初始行波波頭到達的準確時間，校正雙端測距結(jié)果。 現(xiàn)場應(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，行波測距系統(tǒng)感受到的效果和避雷器