帶補(bǔ)償量的d型雙端行波故障測距方法

帶補(bǔ)償量的d型雙端行波故障測距方法

0現(xiàn)代行波故障測距原理的發(fā)展由于能有效地測距技術(shù)的精度和范圍廣泛，深受電氣工程維護(hù)專家影響的線路故障測距技術(shù)一直為后續(xù)維護(hù)專家所關(guān)注。早在20世紀(jì)50年代,國外就研制出A、B、C、D等4種基本型式的行波故障測距裝置,但因其存在可靠性差、構(gòu)成復(fù)雜以及價(jià)格昂貴等問題,終究沒有得到推廣應(yīng)用。20世紀(jì)90年代初,在A型早期行波故障測距原理的基礎(chǔ)上,我國提出了利用電流暫態(tài)故障分量的A型現(xiàn)代行波故障測距原理、算法和實(shí)現(xiàn)方案,從而推動了現(xiàn)代行波故障測距(MTWFL)的發(fā)展。另一方面,全球定位系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用,為現(xiàn)代電力系統(tǒng)同步時(shí)鐘的研制創(chuàng)造了條件,進(jìn)而使得D型現(xiàn)代行波故障測距原理得到發(fā)展。1995年,國內(nèi)研制出利用電流暫態(tài)分量的輸電線路現(xiàn)代行波故障測距裝置,它集成了A、D、E等3種現(xiàn)代行波故障測距原理,其平均絕對測距誤差在400m以內(nèi)。2000年,國內(nèi)又推出功能更為強(qiáng)大的現(xiàn)代行波故障測距系統(tǒng),其絕對測距誤差可控制在200m以內(nèi)。近年來,國內(nèi)學(xué)者開始將現(xiàn)代A型行波故障測距原理用于繼電保護(hù),并提出了基于小波變換的測距式行波距離保護(hù)原理。實(shí)測故障分析表明,現(xiàn)代A型行波故障測距原理具有很高的測距精度,但測距算法的可靠性還有待于進(jìn)一步提高。本文在分析D型雙端現(xiàn)代行波故障測距原理及其準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上提出了帶補(bǔ)償量的雙端行波故障測距算法,并將其用于實(shí)際故障產(chǎn)生的電流暫態(tài)波形分析。1線路兩端測距裝置D型現(xiàn)代行波故障測距原理為利用故障暫態(tài)行波的雙端測距原理,它利用線路內(nèi)部故障產(chǎn)生的初始行波浪涌到達(dá)線路兩端測量點(diǎn)時(shí)的絕對時(shí)間之差值計(jì)算故障點(diǎn)到兩端測量點(diǎn)之間的距離。設(shè)線路MN故障產(chǎn)生的初始行波浪涌以相同的傳播速度v到達(dá)M端和N端母線的絕對時(shí)間分別為TM和TN,則M端和N端母線到故障點(diǎn)的距離可以表示為:{DΜF(xiàn)=12[v(ΤΜ-ΤΝ)+L]DΝF=12[v(ΤΝ-ΤΜ)+L](1){DMF=12[v(TM?TN)+L]DNF=12[v(TN?TM)+L](1)式中:L為線路MN的長度。為了準(zhǔn)確標(biāo)定故障初始行波浪涌到達(dá)兩端母線的時(shí)刻,線路兩端必須配備高精度和高穩(wěn)定度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘,而且兩端時(shí)鐘必須保持精確同步。另外,實(shí)時(shí)對線路兩端的電氣量進(jìn)行同步高速采集,并且對故障暫態(tài)波形進(jìn)行存儲和處理也是十分必要的。D型早期行波故障測距裝置采用載波方式實(shí)現(xiàn)線路兩端測距裝置的時(shí)間同步,因而難以獲得較高的測距精度。D型現(xiàn)代行波故障測距原理采用內(nèi)置全球定位系統(tǒng)(GPS)接收模塊的電力系統(tǒng)同步時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)精確秒同步,這使得線路兩端的時(shí)間同步誤差平均不超過1μs,而由此產(chǎn)生的絕對測距誤差不超過150m。2d型行波故障測距原理D型現(xiàn)代行波故障測距原理利用線路長度、波速度和故障初始行波浪涌到達(dá)故障線路兩端母線時(shí)的絕對時(shí)間之差值計(jì)算故障距離。因此,能否獲得準(zhǔn)確的線路長度、波速度和故障初始行波浪涌的到達(dá)時(shí)刻,將直接影響測距準(zhǔn)確性。嚴(yán)格來講,無論是傳統(tǒng)的故障測距原理,還是行波故障測距原理,其測距結(jié)果都表示故障點(diǎn)到線路末端的實(shí)際導(dǎo)線長度。但巡線時(shí)往往將測距結(jié)果當(dāng)作地理上的水平距離并以此作為查找故障和計(jì)算測距誤差的依據(jù),而并不考慮線路弧垂的影響。同樣,線路全長也是以水平距離的形式預(yù)先給定,當(dāng)線路較長時(shí),計(jì)及弧垂影響后的實(shí)際導(dǎo)線長度與導(dǎo)線水平長度相差較大。D型行波故障測距原理需要利用線路全長,因而其測距誤差往往比其它不需線路全長的行波故障測距原理(如A型原理)的測距誤差要大。比較理想的做法是利用線路設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算出不同溫度條件下沿線各檔距內(nèi)的實(shí)際導(dǎo)線長度,進(jìn)而獲得實(shí)際線路導(dǎo)線的總長度(用于D型測距),并最終將故障測距結(jié)果換算為故障所在檔距或桿塔號。故障暫態(tài)行波具有從低頻到高頻的連續(xù)頻譜,其中不同頻率分量的傳播速度是不相同的。行波分量的頻率越低,其傳播速度越慢;行波分量的頻率越高,其傳播速度也越快,并且越趨于一致(接近光速)。隨著電壓等級的不同,輸電線路暫態(tài)行波中高頻分量的傳播速度大約在光速的97%~99%范圍內(nèi)變化,具體可以利用線路結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,也可以實(shí)際測量。為了獲得準(zhǔn)確的測距結(jié)果,故障初始行波浪涌的到達(dá)時(shí)刻應(yīng)定義為其中能夠到達(dá)測量點(diǎn)的最高頻率分量的到達(dá)時(shí)刻。從時(shí)域來看,故障初始行波浪涌的到達(dá)時(shí)刻就是其波頭起始點(diǎn)所對應(yīng)的時(shí)刻,該時(shí)刻的測量誤差取決于采樣頻率和GPS對時(shí)誤差。采樣頻率越高,對故障初始行波波頭起始位置的標(biāo)定誤差越小;GPS對時(shí)誤差越小,對故障初始行波波頭起始時(shí)刻的標(biāo)定誤差越小。由于暫態(tài)行波中的高頻分量在傳播過程中隨傳播距離的增加會發(fā)生較大程度的衰減,因而當(dāng)采用固定的波速度時(shí),到達(dá)線路兩端的故障初始波頭時(shí)間差越大(即故障點(diǎn)越靠近線路某一端),其測量誤差也越大。研究發(fā)現(xiàn),GPS接收機(jī)普遍存在輸出信號瞬時(shí)不穩(wěn)定、衛(wèi)星失鎖以及時(shí)鐘跳變等問題,因而其輸出的時(shí)間信息和秒脈沖信號(1PPS)不能直接利用,必須附加高穩(wěn)定度守時(shí)鐘,并且需要消除偏差超過某一限定范圍的時(shí)間同步信號。當(dāng)綜合考慮以上因素時(shí),D型現(xiàn)代行波故障測距原理的準(zhǔn)確性將略低于A型現(xiàn)代行波故障測距原理的準(zhǔn)確性,但測距誤差一般不會超過1km,這一點(diǎn)也已經(jīng)被實(shí)測故障分析所證明。3任務(wù)1.2.2tn的表達(dá)設(shè)線路MN兩端測量點(diǎn)直接感受到本線路內(nèi)部故障產(chǎn)生初始暫態(tài)信號超過某一檢測門檻值的絕對時(shí)間分別為T′M和T′N,對應(yīng)此時(shí)刻的采樣序號分別為K′M1和K′N1,兩端測量點(diǎn)的故障暫態(tài)信號中距離初始波頭起始點(diǎn)最近的采樣序號分別為K”M1和K”N1,則故障初始行波浪涌實(shí)際到達(dá)M端和N端母線的絕對時(shí)間(即對應(yīng)波頭起始點(diǎn)的時(shí)間)TM和TN可以表示為:TM=[T′M-TS(K′M1-K”M1)]+ΔT”M(2)TN=[T′N-TS(K′N1-K”N1)]+ΔT”N(3)式中:TS為采樣周期;ΔT”M為M端故障暫態(tài)信號中第K”M1個(gè)采樣點(diǎn)與初始波頭起始點(diǎn)之間的時(shí)間差;ΔT”N為N端故障暫態(tài)信號中第K”N1個(gè)采樣點(diǎn)與初始波頭起始點(diǎn)之間的時(shí)間差。由式(1)給出的D型現(xiàn)代行波故障測距算法可以改寫為:{DΜF(xiàn)=12[v(Τ′Μ-Τ′Ν)+L]+12vΔΤDΝF=12[v(Τ′Ν-Τ′Μ)+L]-12vΔΤ(4)式中:ΔT=(ΔT”M-ΔT”N)-TS[(K′M1-K”M1)-(K′N1-K”N1)](5)從實(shí)用的角度,可取ΔT”M-ΔT”N=0,從而有:ΔT=-TS[(K′M1-K”M1)-(K′N1-K”N1)](6)式(4)直接利用故障初始行波浪涌波頭起始點(diǎn)對應(yīng)的絕對時(shí)刻與測距裝置直接檢測到該行波浪涌到達(dá)時(shí)絕對時(shí)刻之間的相對差值來對測距結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償,而不必具體計(jì)算故障初始行波浪涌波頭起始點(diǎn)對應(yīng)的絕對時(shí)刻,這給測距算法的實(shí)時(shí)應(yīng)用帶來了方便。4測量錯(cuò)誤分析4.1屯秋變—普通交流線路2000年6月23日17時(shí)36分17秒,廣西柳州供電局所管轄的110kV埠屯線(洛埠變—屯秋變)發(fā)生故障。由于屯秋變只有屯埠線和浮屯線(屯秋變—浮石變)兩回110kV線路(線路總長度為90.6km),為了節(jié)省投資,只對洛埠變和浮石變的線路進(jìn)行監(jiān)視,其中埠屯線和浮屯線的電流暫態(tài)故障分量波形如圖1所示。根據(jù)D型行波測距原理獲得的故障點(diǎn)位置距洛埠變和浮石變分別為6.3km和84.2km(顯示在兩端波形窗口上方),實(shí)際故障點(diǎn)距洛埠變6.2km。從圖1可以看出,兩端波形較為復(fù)雜,通過單端A型原理不容易獲得可靠的故障距離。4.2kv康綏甲線b接地系統(tǒng)故障診斷2002年4月16日4時(shí)29分39秒,黑龍江綏化電業(yè)局所管轄的220kV康綏甲線發(fā)生B相接地故障,故障線路兩側(cè)的電流暫態(tài)故障分量波形如圖2所示。根據(jù)D型行波測距原理獲得的故障點(diǎn)位置距綏化變和康金變分別為9.2km和55km,實(shí)際故障點(diǎn)距綏化變8.955km。4.3u3000kv大房多點(diǎn)故障點(diǎn)分布2002年6月3日20時(shí)21分24秒,北京供電局所管轄的帶串聯(lián)電容補(bǔ)償(補(bǔ)償度為35%)的500kV大房雙回線之大房二線發(fā)生故障,故障線路兩側(cè)的電流暫態(tài)故障分量波形如圖3所示。根據(jù)D型行波測距原理獲得的故障點(diǎn)位置距大同二電廠和房山變分別為171.9km和116km,與實(shí)際故障點(diǎn)位置的誤差不超過400m。從圖3可以看出,兩端波形均較為復(fù)雜。4.4故障點(diǎn)位置所獲得的d型行波測距結(jié)果2002年1月18日14時(shí)38分28秒,我國第1條±500kV直流輸電線路—葛南線在麥元中繼站到上海南橋站之間的區(qū)段內(nèi)發(fā)生故障。原先給定本區(qū)段線路全長為513km,由此根據(jù)D型行波測距原理獲得的故障點(diǎn)位置距麥元側(cè)128.3km。但利用該區(qū)段線路兩端的故障暫態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行單端A型行波測距所獲得的故障點(diǎn)位置距麥元站和南橋站分別為123.3km和381.7km。由于通過這兩種原理獲得的故障距離相差太大(為5km),于是懷疑該區(qū)段線路全長存在較大誤差。利用該區(qū)段線路兩端的A型測距結(jié)果進(jìn)行校正后的該區(qū)段線路全長為505km,由此重新獲得的D型行波測距結(jié)果為距麥元站124.3km,距南橋站380.6km。該區(qū)段內(nèi)線路兩端的故障暫態(tài)電流(通過專門研制的行波耦合器取