行波測距方法的比較

行波測距方法的比較

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，一直被認為是困難。近年來,行波法日趨成熟,其優(yōu)越性越來越受到電力行業(yè)的重視。尤其是C型行波法,在故障后可以重復測距判斷,很大程度上保證了測量精度,在配電網(wǎng)故障測距中有較大的優(yōu)勢。行波法是通過測量故障產(chǎn)生的行波在故障點及檢測端(母線)之間往返一趟的時間或利用故障點行波到達線路兩端的時間差來計算故障距離,一般分為A、B、C、E4種。本文通過分析行波反射和折射原理,介紹了這幾種行波測距方法的原理和特點。最后通過對10kV多分支配電線路單相接地故障進行仿真分析,驗證了C型行波法在配電網(wǎng)故障測距中的可行性。一、兩線路的反射系數(shù)k行波在線路上傳播時,遇到波阻抗不連續(xù)點(如故障點)會發(fā)生反射與折射。反射和折射是行波的重要特性,其中,反射波是用來實現(xiàn)故障測距的重要依據(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O點,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)之比來表示,電壓反射系數(shù)為:電流的反射波極性會發(fā)生改變,電流反射系數(shù)與電壓反射系數(shù)大小相等,符號相反。當線路出現(xiàn)開路點或行波運動到線路的開路終端時,相當于z2→8,有反射系數(shù)Ku=1,Ki=-1。線路中短路點相當于z2,有反射系數(shù)Ku=-1,Ki=1。如果線路經(jīng)阻抗接地,此時波阻抗z2可以看做是接地電阻R和波阻抗zi并聯(lián)的等值阻抗,此時電壓反射系數(shù)為二、故障點距離的計算利用行波進行故障測距有幾種方法,按信號采集位置可以分為單端測距和雙端測距。利用故障產(chǎn)生的行波進行單端故障測距的方法稱為A型行波測距方法,利用故障產(chǎn)生的行波進行雙端故障測距的方法稱為B型行波測距方法,故障后由人工注入脈沖信號單端測距的方法稱為C型行波測距方法,利用線路故障發(fā)生后開關(guān)重合閘的瞬間,注入電流脈沖雙端測距的方法稱為E型行波測距方法。(1)A型行波測距。在線路發(fā)生故障時,故障點產(chǎn)生的電壓(電流)行波在故障點與母線之間來回反射,根據(jù)行波在測量點與故障點之間往返一次的時間和行波的波速來確定故障點的距離。下面以線路發(fā)生金屬性接地為例,說明A型行波測距法原理。圖2中,設(shè)在t=0時刻,線路上F點發(fā)生金屬性接地故障,故障點的電壓行波uf以波速v向兩側(cè)傳播,行波在t1時刻到達檢測端M,由于M點為波阻抗變化點,行波發(fā)生反射,設(shè)該點反射系數(shù)為K,則反射波K×uf由檢測端M向故障點方向傳播。由于故障點為金屬性短路,當反射波到達故障點時會發(fā)生全反射并改變極性,在t2時刻又返回檢測端M。設(shè)故障點到信號檢測點M的距離為XL,則故障點的計算公式為:如果是經(jīng)電阻接地的故障,則在接地點還有一部分波透射到接地點的另一側(cè),但仍有反射波回到檢測點,由于能量的分散,使反射波幅值比金屬性接地時要小。(2)B型行波測距。B型行波測距方法利用故障點產(chǎn)生的行波到達線路兩端的時間差來確定故障距離。設(shè)線路發(fā)生故障時,行波到達線路兩側(cè)M和N的時間分別為t1和t2,波速為v,則故障點到M的距離XL由下式求出:其中,L為母線M、N之間的線路長度。(3)C型行波測距。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)生時產(chǎn)生的行波信號,而是在故障后,由人工向故障線路發(fā)射高頻脈沖信號,然后檢測并識別來自故障點的反射波。測距公式同(3)。(4)E型行波測距。E型行波測距是利用線路故障切除后開關(guān)重合閘時向線路注入一個合閘電流脈沖。如果線路發(fā)生的是永久性短路故障,則合閘脈沖會在故障點被反射回來,利用檢測合閘脈沖與反射脈沖的時間差可以測量故障距離,測距公式同(4)。如果線路是瞬時性故障,則不會發(fā)生反射,線路恢復供電。三、較少投資,避免了缺少快速識別A型行波法測距裝置簡單,但行波在不斷折、反射中衰減很大,有時不易區(qū)分是來自故障點還是其他節(jié)點的反射波。B型行波測距只利用第一個波頭,信號幅度大,容易識別,計算處理簡單;但線路兩端都需要檢測裝置,且需要通訊設(shè)備來實現(xiàn)時間同步,投資比較大。由于故障發(fā)生是隨機的,當在線路電壓過零點發(fā)生接地故障時,產(chǎn)生的行波信號很微弱,難以識別,此時A、B型行波定位就會失效,而E型行波法可以彌補這種缺陷。C型行波法是離線測距,不受信號故障時刻行波信號強弱的影響,在進行故障測距時可以重復進行判斷。當一次接收到的信號不能清楚分析故障點位置時,可以重新發(fā)一個行波信號進行再次測距。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,接地點的反射信號很弱甚至不產(chǎn)生反射信號,此時需要高壓脈沖發(fā)生器產(chǎn)生高壓脈沖信號擊穿故障點絕緣,這對信號發(fā)生裝置提出了更高的要求。四、高壓脈沖信號利用C型行波法對帶分支線路進行測距,通過ATP軟件進行仿真,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。信號源采用幅值為10kV,寬度為2微秒的高壓脈沖信號。其中,線路波阻抗為460Ω,MN=15km,AD=3km,MA=5km,MB=9km,BE=2km,BC=3km,CG=1km。在檢測點采用100MHZ的采樣率進行采樣,得到的正常線路波形如圖5所示,當F點發(fā)生單相接地故障時,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,其中第一個波形畸變點是來自故障點的反射波。對圖7的波形差信號用matlab小波包分解和重構(gòu),得到故障時20刻t=66.70μs,根據(jù)公式(3),取v=300m/μs,則:與實際距離相差5m,測距精度滿足實際要求。五、行波測距法檢測行波法不受系統(tǒng)參數(shù)、運行方式、線路不對稱及互感器變換誤差等因素的影響,構(gòu)成簡單、容易實現(xiàn)。故障行波信號在傳播途中會夾雜著一些混合信號,使得行波信號在傳播過程中發(fā)生畸變,檢測起來困難。所以,行波測距法的關(guān)鍵是要能