畢業(yè)論文 電網(wǎng)故障行波定位網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

電網(wǎng)故障行波定位網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)電網(wǎng)故障行波設(shè)計(jì)定位網(wǎng)絡(luò)摘要隨著電力系統(tǒng)規(guī)模日益擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜，傳統(tǒng)故障行波定位方法將無法滿足系統(tǒng)故障定位穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性的要求。因此，高壓輸電線路故障點(diǎn)的快速、精確定位新技術(shù)與新方法研究已成為國內(nèi)外科技工作者廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)較為合理的行波故障定位的網(wǎng)絡(luò),并完成了軟件的初步設(shè)計(jì),并驗(yàn)證了其可靠性和實(shí)用性。文章的主要內(nèi)容也是關(guān)鍵技術(shù)部分就是故障行波定位的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及其軟件設(shè)計(jì)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是在株洲電網(wǎng)現(xiàn)有的網(wǎng)架上著手的，故對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了較為合理的分析和故障定位網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，并通過ATP/EMTP進(jìn)行了仿真分析和驗(yàn)證；基于網(wǎng)絡(luò)的故障定位軟件設(shè)計(jì)，主要是在確定系統(tǒng)故障后,行波定位裝置將故障記錄單元和GPS時(shí)鐘單元記錄的行波數(shù)據(jù)及時(shí)間信息通過通用分組無線電業(yè)務(wù)(GPRS)網(wǎng)絡(luò)上傳到故障定位主機(jī),故障定位主機(jī)進(jìn)行故障點(diǎn)計(jì)算、數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)和查詢以及故障信息的發(fā)布等，真正實(shí)現(xiàn)了當(dāng)任意一臺(tái)裝置發(fā)生故障或啟動(dòng)失靈，都可以根據(jù)其他變電站的記錄數(shù)據(jù)可靠定位，有效的提高了定位結(jié)果的精度和可靠性。關(guān)鍵詞：故障測(cè)距；GPS時(shí)鐘；GPRS；網(wǎng)絡(luò)定位；ATP/EMTP仿真分析TRAVELINGWAVEFAULTLOCATIONNETWORKDESIGNABSTRACTWiththeincreasingsizeofpowersystems,powerstructuresbecomemorecomplex,thetraditionalmethodofTravelingWaveFaultLocationFaultLocationSystemwillnotmeetthestabilityandeconomyrequirements.Therefore,thehighvoltagetransmissionlinefaultfastandprecisepositioningofnewtechnologiesandnewmethodsofforeigntechnologyworkershasbecomewidespreadattention.Thispaperdesignsamorereasonabletravelingwavefaultlocationofthenetwork,andcompletedthepreliminarydesignofthesoftwareandverifyitsreliabilityandpracticability.CorepartofthearticleisalsopartofkeytechnologiesTravelingWaveFaultLocationandnetworkdesignsoftwaredesign.Zhuzhoupowernetworkdesignistoproceedontheexistinggrid,andthereforethewholesystemwasamorereasonableanalysisandfaultlocationnetworkdesign,andthroughtheATP/EMTPsimulationanalysisandverification;Basedonnetworkoffaultpositioningsoftwaredesign,mainisindeterminesystemfaultHou,linewavepositioningdevicewillfaultrecordsunitandGPSclockunitrecordsoflinewavedataandthetimeinformationbyGeneralgroupradiobusiness(GPRS)networkShangtofaultpositioninghost,faultpositioninghostforfaultpointscalculation,anddatabaseofstorageandqueryandfaultinformationofpublishing,,realimplementationhasDanganyaTaiwandeviceoccursfaultorstartedfailure,arecanunderothersubstationofrecordsdatareliablepositioning,effectiveofimprovehaspositioningresultsofprecisionandreliability.Keywords:Faultlocation；GPSClock；GPRS；Networklocation；EMTPsimulation目錄1緒論 11.1選題的背景和意義 11.2輸電網(wǎng)故障行波定位原理概述 21.3國內(nèi)外故障行波定位的應(yīng)用及研究 51.4本文所作的主要工作 72 行波故障定位理論及關(guān)鍵技術(shù)的研究 82.1行波理論詳述 82.2GPS時(shí)鐘的研究分析 122.2.1同步時(shí)鐘的簡(jiǎn)介 122.2.2GPS衛(wèi)星同步時(shí)鐘的應(yīng)用 133基于株洲電網(wǎng)行波故障網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 163.1株洲電網(wǎng)220Kv電力系統(tǒng)分析 163.1.1株洲電網(wǎng)故障行波定位網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 163.1.2故障定位方案仿真分析 183.2考慮110Kv電網(wǎng)時(shí)分析 223.3小結(jié) 294故障定位的軟件設(shè)計(jì) 304.1軟件設(shè)計(jì) 304.1.1軟件的整體設(shè)計(jì) 304.1.2故障計(jì)算單元 314.1.3GPRS無線通信單元 334.1.3數(shù)據(jù)庫管理單元 334.1.4故障信息發(fā)布單元 344.2軟件測(cè)試 344.3結(jié)論 375全文總結(jié) 38參考文獻(xiàn) 39致謝 41第8頁共41頁1緒論1.1選題的背景和意義在“發(fā)展經(jīng)濟(jì)，電力先行”宗旨的指引下，中國的電力事業(yè)蓬勃發(fā)展，電力系統(tǒng)容量的不斷擴(kuò)大、電壓等級(jí)的不斷升高、新的輸配電架空線路不斷建成致使電網(wǎng)日益復(fù)雜，電力系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)故障的檢測(cè)和繼電保護(hù)的速動(dòng)性提出了更高的要求。輸電線路是電網(wǎng)的重要組成部分，對(duì)輸電線路的準(zhǔn)確定位的作用主要包括以下幾個(gè)方面：(1)幫助快速查找故障，節(jié)省故障巡線所耗費(fèi)的大量人力、物力及財(cái)力；(2)幫助及時(shí)修復(fù)故障，提高供電可靠性和連續(xù)性，減少停電損失；(3)幫助分析故障發(fā)生的原因，并采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措旌；(4)對(duì)于瞬時(shí)性故障，可以提醒線路維護(hù)人員注意絕緣薄弱點(diǎn)，并適時(shí)清理或更換存在隱患的絕緣子，從而避免形成永久故障，而且可以大大節(jié)省檢修時(shí)間和費(fèi)用。然而，高壓輸電線路輸送距離長，暴露在曠野，且多行線于山區(qū)丘陵地形，易發(fā)生故障。故障點(diǎn)的快速、精確定位，一直是電力部門尚未解決的難題，不能快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)的定位，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行構(gòu)成較大威脅，也給線路運(yùn)行維護(hù)人員帶來了繁重的負(fù)擔(dān)。隨著系統(tǒng)容量迅速增加，超高壓輸變電線路日益增多，為確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，要求輸電線路主保護(hù)能夠可靠、快速的切除線路首次發(fā)生的故障?？焖偾谐收希粌H能保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，還能提高系統(tǒng)的輸電效率。因此，快速切除故障是提高整個(gè)系統(tǒng)安全與運(yùn)行可靠性及供電質(zhì)量最直接而又簡(jiǎn)單的方法。高壓輸電線路特別是超高壓輸電線路保護(hù)直接影響電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。探索新的保護(hù)原理和方法以提高輸電線路保護(hù)的性能是繼電保護(hù)研究領(lǐng)域中的一個(gè)重要課題。而行波保護(hù)的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：(1)具有快速動(dòng)作性能。繼電保護(hù)的快速動(dòng)作性能是增大輸電線路傳輸容量、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性簡(jiǎn)單而有效的措施。(2)行波保護(hù)可以從原理上解決傳統(tǒng)的工頻量保護(hù)所不能解決的理論和技術(shù)問題。除了快速性以外，行波保護(hù)還有以下優(yōu)點(diǎn)：不易受故障點(diǎn)的過渡電阻、電力系統(tǒng)振蕩、短路電流的大小、電壓、電流互感器的誤差等因素的影響。總之，行波定位和行波保護(hù)對(duì)高壓輸電線路故障的準(zhǔn)確定位和快速切除對(duì)電力系統(tǒng)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有非常重要的意義。1.2輸電網(wǎng)故障行波定位原理概述行波法是根據(jù)行波理論實(shí)現(xiàn)的定位方法。當(dāng)輸電線路發(fā)生故障時(shí)，由故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波以接近光速的速度傳向整個(gè)電力系統(tǒng)，在傳輸過程中，在母線、設(shè)備等阻抗不連續(xù)的地方發(fā)生反射與折射，根據(jù)行波傳輸?shù)臅r(shí)間計(jì)算故障距離。行波定位由于受過渡電阻的影響小，可以達(dá)到較高的定位精度。故障行波定位方法多種多樣，特性各異，運(yùn)用于各種不同場(chǎng)合。按其工作原理可以分為以下幾種：1.單端行波定位對(duì)一般性故障，單端行波定位的關(guān)鍵是準(zhǔn)確求出行波第一次到達(dá)測(cè)量端與從故障點(diǎn)反射回測(cè)量端的時(shí)間差。單端行波定位依據(jù)的公式主要為：(1-1)式中，l為故障點(diǎn)距離；t1，t2分別為故障產(chǎn)生行波第一次到達(dá)測(cè)量端的時(shí)間與從故障點(diǎn)反射回測(cè)量端的時(shí)間；v為行波傳播速度。對(duì)高阻故障而言，故障點(diǎn)處反射系數(shù)較小，此時(shí)單端行波定位的關(guān)鍵是準(zhǔn)確求出行波第一次到達(dá)測(cè)量端與從對(duì)端母線反射回測(cè)量端的時(shí)間差，其定位依據(jù)的公式主要為：(1-2)式中L為線路長度；t3為故障產(chǎn)生行波從對(duì)端母線反射回測(cè)量端的時(shí)間。單端行波定位方法的缺點(diǎn)主要在于其原理上的缺陷。為了實(shí)現(xiàn)單端定位，在測(cè)量端必須準(zhǔn)確、可靠地檢測(cè)出故障引起的第一個(gè)正向行波浪涌在故障點(diǎn)的反射波，或者檢測(cè)出經(jīng)故障點(diǎn)透射過來的故障初始行波在對(duì)端母線的反射波。使用單端行波法實(shí)現(xiàn)可靠定位，需要結(jié)合阻抗法進(jìn)行綜合定位，在單端行波法失效的情況下，用阻抗法的定位結(jié)果作為補(bǔ)充，這樣才能彌補(bǔ)單端行波法和單端阻抗法各自的不足，實(shí)現(xiàn)可靠的故障定位。2.雙端行波定位雙端行波定位方法通過計(jì)算故障行波到達(dá)線路兩端的時(shí)間差來計(jì)算故障點(diǎn)位置，其定位精度基本不受線路故障位置、故障類型、線路長度、接地電阻等因素的影響。其依據(jù)的公式主要為：；(1-3) 式中，LM、LN為故障點(diǎn)距母線M端和N端的距離；L是故障線路長度。tM、tN為故障產(chǎn)生的初始行波到達(dá)兩側(cè)母線(M端和N端)所消耗的時(shí)間。雙端行波法的關(guān)鍵是準(zhǔn)確記錄電流或電壓行波到達(dá)線路兩端的時(shí)間，誤差應(yīng)在幾微秒以內(nèi)，以保證故障定位誤差在幾百米內(nèi)(行波在線路上的傳播速度近似為300m/μs，1μs時(shí)間誤差對(duì)應(yīng)約300m的定位誤差)。它需要配備專用的時(shí)間同步裝置，目前一般采用GPS作為雙端行波法的同步時(shí)間單元。雙端行波法的優(yōu)點(diǎn)主要是：(1)由于母線兩端都只檢測(cè)第一個(gè)故障波頭，線路過渡電阻的電弧特性、系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化(是否多分支線路等)、線路的分布電容以及負(fù)荷電流等對(duì)定位復(fù)雜性不會(huì)造成大的影響。因此，雙端行波法定位結(jié)果的可靠性要高于單端行波法。(2)雙端行波法的定位結(jié)果一般能夠滿足電力系統(tǒng)對(duì)精確故障定位的要求，定位誤差可以在500m以內(nèi)。(3)由于雙端行波法定位的準(zhǔn)確性，可以通過區(qū)外故障和區(qū)內(nèi)故障校核輸電線路實(shí)際長度，該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)施對(duì)繼電保護(hù)的整定計(jì)算和EMS高級(jí)應(yīng)用軟件的計(jì)算精度具有重要意義。3.網(wǎng)絡(luò)行波定位由于故障行波在產(chǎn)生后會(huì)沿線傳輸?shù)秸麄€(gè)輸電網(wǎng)中，因此，可以建立基于整個(gè)輸電網(wǎng)的故障行波定位系統(tǒng)，融合處理電網(wǎng)中各變電站記錄的初始行波到達(dá)時(shí)間計(jì)算故障點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)行波定位。該定位方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)有利于利用信息融合技術(shù)彌補(bǔ)單條輸電線路故障定位可能存在的不足，如一側(cè)裝置故障、局部干擾所造成的故障行波檢測(cè)錯(cuò)誤、誤起動(dòng)等?？梢越柚谄渌冸娬舅涗浀墓收铣跏夹胁ǖ竭_(dá)時(shí)間，估算故障初始行波到達(dá)故障線路兩側(cè)變電站的時(shí)間實(shí)現(xiàn)故障定位。(2)對(duì)于故障線路近距離故障，行波頻率高，不利于故障初始行波的可靠檢測(cè)，可以采用相鄰線路故障初始行波達(dá)到時(shí)間推算的方法得到故障初始行波到達(dá)故障線路兩端的時(shí)間。(3)建立基于整個(gè)輸電網(wǎng)的故障行波定位系統(tǒng)只需要在每個(gè)變電站母線裝設(shè)行波檢測(cè)裝置，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單，投資少，從整體上來說節(jié)約成本，而故障定位的魯棒性和可靠性卻增強(qiáng)了。(4)建立整個(gè)輸電網(wǎng)絡(luò)行波定位系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)線路的在線波速檢測(cè)或者非故障線路全長的計(jì)算。隨著微機(jī)保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，人們采用故障點(diǎn)到母線間的線路阻抗計(jì)算故障距離，使得阻抗法取代了早期的行波定位法。電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)計(jì)算理論和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展使故障行波定位法重新進(jìn)入研究人員的視野。其基本原理是通過構(gòu)造各種數(shù)字信號(hào)處理算法來檢測(cè)故障點(diǎn)反射過來的行波信號(hào)，從而得到故障行波在測(cè)量端與故障點(diǎn)之間往返一次的時(shí)問，通過這個(gè)時(shí)間來定位故障點(diǎn)位置。具體應(yīng)用中可分為相角差法、求導(dǎo)數(shù)法、行波相關(guān)法和波形畸變法等等。只是這幾種方法受對(duì)端母線反射波的影響較大，得出的結(jié)果并不使人滿意。20世紀(jì)90年代以后，故障行波定位法在暫態(tài)行波的提取，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的應(yīng)用以及定位原理和算法上的研究上都取得了許多重大突破，獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。暫態(tài)行波的提取20世紀(jì)90年代初，我國學(xué)者的研究表明，常規(guī)的電流互感器能夠傳變100kHz以上的電流暫態(tài)分量，完全能夠滿足行波定位的要求。進(jìn)一步發(fā)展了利用暫態(tài)電流行波進(jìn)行故障定位的思想，可以從故障線路和同母線上任一健全線路電流暫態(tài)分量中提取故障線路上的電流暫態(tài)行波。傳統(tǒng)上采用專門研制的行波傳感器提取電容式電壓互感器(CVT)地線上的電流暫態(tài)信號(hào)，從而間接反映線路電壓暫態(tài)信號(hào)。近年來，光學(xué)電流互感器(OCT)和光學(xué)電壓互感器(OVT)也逐漸應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，它們的廣泛應(yīng)用將使暫態(tài)行波信號(hào)的提取變得更加容易。相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)代微電子技術(shù)的發(fā)展、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)的民用化以及現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展對(duì)故障行波定位技術(shù)有著深遠(yuǎn)的影響?，F(xiàn)代微電子技術(shù)的發(fā)展使得對(duì)于電壓和電流皙態(tài)信號(hào)的高速采集和存儲(chǔ)成為現(xiàn)實(shí)，對(duì)故障行波定位(尤其是單端定位技術(shù))的實(shí)現(xiàn)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。20世紀(jì)90年代，隨著全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)的民用化，線路兩端高精度同步時(shí)鐘信號(hào)的獲取不再是一個(gè)難題，D型原理的實(shí)現(xiàn)成為可能?，F(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展為故障行波定位提供了方便、快捷、可靠的通信通道。故障定位原理和算法的發(fā)展目前，比較受研究人員關(guān)注的故障行波定位算法基本上分為A、D、E、F四種類型。A、E、F為單端定位，D為雙端定位。A型、D型都是在以前A型、D型的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，基本思想沒有太大的變化。E型原理利用斷路器重合閘時(shí)產(chǎn)生的暫態(tài)行波在測(cè)量點(diǎn)與永久性故障點(diǎn)之間往返一次的時(shí)間計(jì)算故障點(diǎn)位置。F型原理則利用斷路器分閘時(shí)產(chǎn)生的暫態(tài)行波在測(cè)量點(diǎn)與故障點(diǎn)之間往返一次的傳播時(shí)間計(jì)算故障點(diǎn)位置。目前，在實(shí)踐中，A型、E型，F(xiàn)型原理都無法通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)區(qū)別故障點(diǎn)反射波與對(duì)端母線反射波的到達(dá)時(shí)間，只用通過人工分析暫態(tài)波形來識(shí)別以上兩種反射波，取得可靠的定位結(jié)果，因而這三種原理無法單獨(dú)使用，只能與D型原理結(jié)合應(yīng)用于故障行波定位裝置中，做為對(duì)D型原理定位結(jié)果的校正。新的現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理算法一一小波變換的出現(xiàn)，促進(jìn)了故障行波定位理論的進(jìn)一步發(fā)展。經(jīng)小波變換后，信號(hào)的模極大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)原信號(hào)的奇異點(diǎn)(不連續(xù)點(diǎn)和不可導(dǎo)點(diǎn))；而隨機(jī)噪聲產(chǎn)生的奇異點(diǎn)雖然也是小波變換后的模極大值點(diǎn)，但它不能沿小波變換尺度傳遞，因此，小波變換是一種分析非平穩(wěn)信號(hào)奇異點(diǎn)性質(zhì)的有效途徑。線路故障產(chǎn)生的暫態(tài)電壓和電流信號(hào)是一種非平穩(wěn)信號(hào)，而故障初始行波浪涌和來自波阻抗不連續(xù)點(diǎn)的反射波都會(huì)成為一次側(cè)電壓和電流暫態(tài)分量中的奇異點(diǎn)。從原理上來看，分析暫態(tài)行波分量的奇異性，可以獲取初始行波浪涌和故障點(diǎn)反射波到達(dá)測(cè)量端母線的時(shí)間差，實(shí)現(xiàn)故障定位。1.3國內(nèi)外故障行波定位的應(yīng)用及研究對(duì)于單端故障行波定位來說，故障點(diǎn)反射行波的檢測(cè)是關(guān)鍵問題之一，常用的行波單端故障定位算法有求導(dǎo)數(shù)法、相關(guān)法、匹配濾波器法和主頻率法。求導(dǎo)數(shù)法是根據(jù)在檢測(cè)點(diǎn)測(cè)到的行波的一階或二階導(dǎo)數(shù)是否超過設(shè)定的閾值來判斷行波是否到達(dá)母線的一種時(shí)域方法，當(dāng)行波中含有高頻分量時(shí)用它的效果好些(近距離故障)，但該法對(duì)噪聲比較敏感，測(cè)距精度不高們。相關(guān)法是利用相關(guān)函數(shù)求出到達(dá)母線行波及其從故障點(diǎn)反射回母線的時(shí)間差，進(jìn)而求出故障位置的方法，由于受多種因素影響，實(shí)際應(yīng)用起來有一定的困難。葛洲壩一上海南橋直流輸電線所用故障測(cè)距儀也是通過計(jì)算互相關(guān)函數(shù)的最大值來判斷兩次行波的到達(dá)時(shí)間差，其測(cè)距死區(qū)達(dá)30km且運(yùn)行中誤動(dòng)頻繁。匹配濾波器法是建立在相關(guān)法基礎(chǔ)之上的方法，它可通過使用高通濾波器來反映行波波頭分量以提高定位可靠性，并已在實(shí)際中應(yīng)用但其定位結(jié)果受母線端所連輸電線數(shù)目等因素的影響。主頻率法的核心是由行波中頻譜最強(qiáng)分量決定故障距離，其思路主要是從較長時(shí)間段來考察行波頻率范圍，該方法將導(dǎo)致所求行波主頻較低而且測(cè)距精度將受到影響。綜上所述，單端故障行波定位算法在使用時(shí)都受到一定條件限制，且由于行波在特征阻抗變化處的折反射情況比較復(fù)雜，使得行波信號(hào)分析與精確故障定位的實(shí)現(xiàn)存在一定困難。雙端行波定位的關(guān)鍵是準(zhǔn)確記錄電流或電壓行波到達(dá)線路兩端的時(shí)間，需要配備專用的時(shí)間同步單元。隨著全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)的廣泛應(yīng)用，利用GPS衛(wèi)星信號(hào)可以獲取精度在1μs以內(nèi)的時(shí)間脈沖，因此GPS可作為雙端行波定位的時(shí)間同步單元。由于GPS授時(shí)的連續(xù)性、可用性和抗干擾性對(duì)于電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制而言仍顯得比較薄弱，采用高精度恒溫晶振對(duì)GPS時(shí)鐘進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并給出了GPS時(shí)鐘誤差的在線修正方法，研制出了具有較高性能價(jià)格比的高精度時(shí)鐘發(fā)生裝置，并成功地應(yīng)用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與控制。近年來，由于美國關(guān)于“局部屏蔽GPS信號(hào)”的技術(shù)試驗(yàn)獲得成功，即在需要的時(shí)候可以局部關(guān)閉GPS信號(hào)，由此將導(dǎo)致GPS的時(shí)鐘突然不能工作或者誤動(dòng)作，造成不良后果。為了保障我國電網(wǎng)的安全運(yùn)行，應(yīng)該基于我國研制的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)來開發(fā)精確的時(shí)間同步裝置。我國自2000年開始，先后成功發(fā)射八顆定位于赤道上空的同步衛(wèi)星，形成北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)是繼美國GPS和俄羅斯GLONASS之后第三個(gè)投入運(yùn)行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是世界上第一個(gè)區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其信號(hào)覆蓋范圍包括我國大陸和臺(tái)灣等島嶼、海域，以及我國周邊部分國家和地區(qū)，信號(hào)不易被接收機(jī)附近的高大物體遮蔽，適合于向我國一些高山地區(qū)的變電站同步授時(shí)，其可用性、可依賴性和安全性更有保障。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)自從投運(yùn)以來，一直工作穩(wěn)定可靠，在航空、航天、航海、鐵路、交通、海洋等領(lǐng)域都有成功的應(yīng)用范例。文獻(xiàn)的試驗(yàn)指出北斗與GPS的秒脈沖時(shí)間誤差主要分布在0．5us的范圍內(nèi)，因此北斗衛(wèi)星時(shí)鐘與GPS時(shí)鐘配合使用時(shí)，時(shí)鐘定位的測(cè)距誤差將可以控制在100m以內(nèi)。北斗衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用于電力系統(tǒng)同步相量測(cè)量技術(shù)中，有效解決了該技術(shù)在廣域監(jiān)測(cè)的時(shí)鐘源可靠性問題。無論是單端行波定位還是雙端行波定位，行波的波速對(duì)定位的精度具有重要的影響。行波的傳輸具有色散特性，依照線路參數(shù)的頻率變化，不同頻率的行波分量在輸電線路上傳輸時(shí)存在不同的傳播速度和衰減系數(shù)口。而已有的大部分行波定位算法，波速是采用光速或是接近于光速的某一定值，行波波速的不確定勢(shì)必給故障定位結(jié)果帶來一定的誤差。為此，有人提出利用小波分析提取行波波頭一定頻帶的行波分量，進(jìn)而計(jì)算對(duì)應(yīng)頻率的波速，但沒有說明如何選取用于故障定位的具體行波頻帶，沒有提出與其頻帶相對(duì)應(yīng)的行波波速測(cè)量方法，無法應(yīng)用于故障定位裝置。上面兩種方法理論上能有效地提高故障定位精度，但很難實(shí)現(xiàn)于實(shí)際行波定位裝置，難以推廣應(yīng)用。在提出利用區(qū)外故障確定行波波速，利用故障后外部線路兩端行波故障定位裝置記錄的行波到達(dá)時(shí)刻與線路長度在線計(jì)算行波速度，該方法計(jì)算的行波波速比較接近實(shí)際波速，不受線路參數(shù)頻變的影響，但受外部故障距離影響較大。1.4本文所作的主要工作本文主要工作包括如下：首先對(duì)行波故障原理概述，及國內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行分析。對(duì)行波故障測(cè)距方法進(jìn)行詳細(xì)分析,并對(duì)相關(guān)技術(shù)如GPS時(shí)鐘等的研究。設(shè)計(jì)基于株洲電網(wǎng)的行波故障定位網(wǎng)絡(luò)，首先對(duì)220Kv網(wǎng)進(jìn)行分析，并設(shè)計(jì)其定位網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上加上110Kv網(wǎng)絡(luò)，形成一個(gè)構(gòu)架比較完整的，定位比較精確，運(yùn)行比較可靠，安全的定位網(wǎng)絡(luò)，并通過EMTP進(jìn)行仿真分析。設(shè)計(jì)一種基于網(wǎng)絡(luò)的故障行波定位的軟件，能真正實(shí)現(xiàn)了當(dāng)任意一臺(tái)裝置發(fā)生故障或啟動(dòng)失靈，都可以根據(jù)其他變電站的記錄數(shù)據(jù)可靠定位，有效的提高了定位結(jié)果的精度和可靠性。。行波故障定位理論及關(guān)鍵技術(shù)的研究2.1行波理論詳述早期行波法故障定位誕生于20世紀(jì)40年代末，由于暫態(tài)行波的傳播速度比較穩(wěn)定(接近光速)，人們認(rèn)識(shí)到檢測(cè)故障線路上暫態(tài)行波在母線與故障點(diǎn)之間的傳播時(shí)間可以測(cè)量故障距離。在傳播時(shí)間的測(cè)定方面，早期行波故障定位利用電子計(jì)數(shù)器或者陰極射線示波器來測(cè)量暫態(tài)行波的到達(dá)時(shí)刻和傳播時(shí)間，現(xiàn)在的行波故障定位則利用各種數(shù)字信號(hào)處理算法來測(cè)量暫態(tài)行波的到達(dá)時(shí)刻和傳播時(shí)間。迄今為止，行波故障定位可分為A、B、C、D、E和F型，共6種原理，其中A、C型為單端原理，而B、D型為雙端原理。現(xiàn)分別簡(jiǎn)介如下：(1)A型原理在線路一端測(cè)量點(diǎn)感受到故障初始行波浪涌時(shí)啟動(dòng)一電子計(jì)數(shù)器，而當(dāng)該行波浪涌在故障點(diǎn)的反射波返回測(cè)量點(diǎn)時(shí)停止計(jì)數(shù)，由此可以得到行波在測(cè)量點(diǎn)與故障點(diǎn)之間往返一次的傳播時(shí)間，對(duì)應(yīng)于測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)距離的2倍。這種原理的主要缺點(diǎn)是不能區(qū)分來自故障點(diǎn)的反射波和系統(tǒng)中其它波阻抗不連續(xù)點(diǎn)的反射波，因而可靠性較差。圖2.1基于A型的測(cè)距算法即利用單端數(shù)據(jù)算法目前主要有以下三種：算法一：利用故障點(diǎn)行波的反射渡進(jìn)行測(cè)距。該方法利用在檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)到的兩個(gè)相鄰線模波頭之間的時(shí)間差進(jìn)行故障定位。如圖2所示簡(jiǎn)單系統(tǒng)，在f點(diǎn)發(fā)生故障后，暫態(tài)行波分別向M,N運(yùn)動(dòng)，到達(dá)M,N后，暫態(tài)行波將發(fā)生反射，反射波經(jīng)故障點(diǎn)再到M,N，所以在M,N點(diǎn)將檢測(cè)到2個(gè)波頭，設(shè)在M點(diǎn)測(cè)到2個(gè)波頭之間的時(shí)間差為△t1速度v1，由此可以M點(diǎn)到故障點(diǎn)之間的距離。（2-1）但是，在這種方法中，在單相接地故障的情況下，行波的第2個(gè)波頭很難測(cè)到，原因是線路上的電阻使行波衰減，第2個(gè)波頭在故障點(diǎn)和檢測(cè)點(diǎn)之間來回2趟，衰減更厲害。算法二：電力系統(tǒng)故障(接地故障)后，線模和零模將以不同的速度向檢測(cè)點(diǎn)傳播，而理論分析證明，線模波速和零模波速可以用線路的正序參數(shù)和零序參數(shù)計(jì)算所以，只要準(zhǔn)確找出到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)的線模和零模波頭之間的時(shí)間差就可以算出故障位置。仍以圖2-1為例，設(shè)v1為線模速度，v2為零模速度，線模分量到達(dá)M點(diǎn)的時(shí)刻為tM1，到達(dá)N點(diǎn)的時(shí)刻為零模分量tN1，到達(dá)M點(diǎn)的時(shí)刻為tM2，到達(dá)N點(diǎn)的時(shí)刻為tN2，故障時(shí)刻為t。則在M點(diǎn)對(duì)于線模分量有：（2-2）在M點(diǎn)對(duì)于零模分量有：（2-3）其中：f和x是未知量，消去t得：（2-4）此算法利用第一次到達(dá)檢測(cè)端的零模分量計(jì)算，波頭衰減少，易于檢測(cè)，結(jié)果誤差小。算法三：t1為故障初始行波到達(dá)M端的時(shí)刻，t2為故障點(diǎn)反射波到達(dá)M端的時(shí)間，t3為對(duì)端母線反射波到達(dá)M端的時(shí)刻，t0為故障發(fā)生的絕對(duì)時(shí)刻，考慮聯(lián)立方程：（2-5）（2-6）（2-7）式中：v,t0,x是未知參數(shù)，可聯(lián)立求解得到：（2-8）（2-9）這種算法可以消除波速的影響，理論上計(jì)算精度高，但存在各波頭到達(dá)時(shí)間準(zhǔn)確檢測(cè)問題。(2)B型原理在線路一端(收信端)測(cè)量點(diǎn)感受到故障初始行波浪涌時(shí)啟動(dòng)一電子計(jì)數(shù)器，而線路另一端(發(fā)信端)測(cè)量點(diǎn)感受到故障初始行波浪涌時(shí)啟動(dòng)一發(fā)信機(jī)并向收信端發(fā)信。當(dāng)收信端測(cè)量點(diǎn)的收信機(jī)接收到來自發(fā)信端的信號(hào)時(shí)即停止計(jì)數(shù)，從而在本端可以獲得行波在故障點(diǎn)與發(fā)信端測(cè)量點(diǎn)之間往返一次的傳播時(shí)間，對(duì)應(yīng)于故障點(diǎn)到發(fā)信端距離的2倍。B型法最大的優(yōu)點(diǎn)是不受來自系統(tǒng)中波阻抗不連續(xù)點(diǎn)反射波的影響，但它需要實(shí)時(shí)通道，因而其可靠性和測(cè)距精度直接受通道的影響。圖2.2B型行波測(cè)距原理示意圖基于B型原理的測(cè)距算法主要有以下兩種：算法一：在線路發(fā)生故障后，不管線路的結(jié)構(gòu)、衰減及畸變?nèi)绾危竭_(dá)母線處的第一個(gè)行波波頭都是最強(qiáng)烈和最明顯的，因此很容易準(zhǔn)確定位。仍以圖2為例，在N點(diǎn)對(duì)于線模分量有：（2-10）（2-11）可得：（2-12）算法二：利用波速的測(cè)距算法的基礎(chǔ)是線模波速受各種因素的影響很小，或者說線模波速的波動(dòng)在工程誤差的范圍之內(nèi)。研究認(rèn)為：無論哪種模波，在線路上傳播的速度是不確定的，各模量的波速度受氣候和線路的運(yùn)行條件影響很大口1。基于此，提出了消去波速的測(cè)距算法,設(shè),,.fRl。由雙端測(cè)距公式得：（2-13）（2-14）（2-15）得測(cè)距公式：（2-16）這種方法的優(yōu)點(diǎn)是完全消除了波速變化對(duì)測(cè)距的影響，但是仍然使用了零模的第1個(gè)波頭，仍然存在零模衰減的問題，而且也需要雙端數(shù)據(jù)交換通道和同步對(duì)時(shí)設(shè)備。(3)C型原理在線路故障時(shí)將一高壓高頻脈沖或高壓直流脈沖注入到故障線路一端的測(cè)量點(diǎn)，進(jìn)而利用電子計(jì)數(shù)器測(cè)量該信號(hào)在測(cè)量點(diǎn)與故障點(diǎn)之間往返一次的傳播時(shí)間，對(duì)應(yīng)于測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)距離的2倍。C型原理與雷達(dá)的工作原理類似，故又稱為脈沖雷達(dá)法。我國學(xué)者在20世紀(jì)70年代對(duì)C型原理進(jìn)行了深入研究，并研制出相應(yīng)的故障探測(cè)裝置。這種原理存在的主要問題是受故障本身產(chǎn)生暫態(tài)行波以及線路上其它各種干擾的影響，而且還需要價(jià)格昂貴的高壓脈沖信號(hào)發(fā)生器。圖2.3（4）D型原理通過載波同步方式實(shí)現(xiàn)兩端測(cè)距裝置的同步計(jì)時(shí)，并在此基礎(chǔ)上測(cè)量故障初始行波浪涌由故障點(diǎn)到達(dá)故障線路兩端測(cè)量點(diǎn)的絕對(duì)時(shí)刻，二者之間的差值可以用來計(jì)算故障點(diǎn)到線路兩端測(cè)量點(diǎn)的距離。與B型原理一樣，D型原理最大的優(yōu)點(diǎn)是不受來自系統(tǒng)中波阻抗不連續(xù)點(diǎn)反射波的影響，但它需要建立時(shí)鐘同步機(jī)制，因而其可靠性和測(cè)距精度直接受時(shí)鐘同步方式的影響。另外，D型原理還需要通道，以實(shí)現(xiàn)兩端故障信息(即故障觸發(fā)時(shí)刻)的交換。圖2.4D型行波測(cè)距原理示意圖(5)E型原理利用故障線路重合閘暫態(tài)行波的單端測(cè)距原理。對(duì)于永久性故障，E型行波故障測(cè)距原理可以分為標(biāo)準(zhǔn)模式、擴(kuò)展模式1、擴(kuò)展模式2和綜合模式等4種運(yùn)行模式，各測(cè)距模式與F型行波故障測(cè)距原理中相應(yīng)測(cè)距模式具有類似的工作原理。：圖2.5E型行波測(cè)距原理示意圖(6)F型原理利用故障線路分閘暫態(tài)行波的單端測(cè)距原理。根據(jù)所檢測(cè)反射波性質(zhì)的不同，可以將其分為4種運(yùn)行模式，即標(biāo)準(zhǔn)模式、擴(kuò)展模式l、擴(kuò)展模式2和綜合模式。在標(biāo)準(zhǔn)模式和擴(kuò)展模式1下需要檢測(cè)故障點(diǎn)反射波，在擴(kuò)展模式2下需要檢測(cè)對(duì)端斷路器主觸頭反射波，而在綜合模式下則需要檢測(cè)繼第1個(gè)正向行波浪涌之后最先到來的反向行波浪涌。圖2.62.2GPS時(shí)鐘的研究分析GPS(GlobalPositioningSystem)美國國防部發(fā)射,有24顆環(huán)繞地球的衛(wèi)星系統(tǒng)。向全球發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)授時(shí)信號(hào),只要有接受裝置就可以。目前電力市場(chǎng)上所采用的GPS時(shí)鐘設(shè)備品種較多,大同小異,通過搜索鎖定4-6顆衛(wèi)星,計(jì)算出精格林威治時(shí)間,并發(fā)出校時(shí)信號(hào)。GPS時(shí)鐘組成一括天線、GPS接收器、守時(shí)鐘等部件。當(dāng)前采用較多地對(duì)時(shí)方式有無線電廣播、電視TV鐘、天文臺(tái)無線電對(duì)時(shí)系統(tǒng)、OMEGA時(shí)鐘系統(tǒng),每種方式雖各有優(yōu)劣,但對(duì)時(shí)精度、覆蓋范圍及可靠性方面均不能與GPS相比,因此GPS時(shí)鐘作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)在我國電網(wǎng)已取得了廣泛的應(yīng)用,因此電力系統(tǒng)內(nèi)推薦選用GPS對(duì)時(shí)設(shè)備。2.2.1同步時(shí)鐘的簡(jiǎn)介目前,基于微機(jī)型的故障錄波裝置、事件記錄裝置、安全自動(dòng)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置等在電網(wǎng)中已經(jīng)得到了越來越多的運(yùn)用。對(duì)于時(shí)鐘的同步也提出了嚴(yán)格的要求,希望能夠達(dá)到1ms甚至μs級(jí)的精度。GPS系統(tǒng)的出現(xiàn)正好滿足了這一要求。GPS接收器能夠送出非常精確的時(shí)間信息,但該信息是固定不變的。它必須經(jīng)過轉(zhuǎn)換后才能滿足系統(tǒng)內(nèi)已經(jīng)使用或?qū)⒁褂玫母鞣N裝置對(duì)同步源的要求。各個(gè)制造廠商以及用戶對(duì)同步的要求是各不相同的,有些使用不同幅值、不同頻率、不同時(shí)延的脈沖同步方式,而有些使用標(biāo)準(zhǔn)的串行編碼方式,比如MSF格式或IRIG-B格式,用戶大多喜歡使用當(dāng)?shù)貢r(shí)鐘格式(比如北京時(shí)間)而不喜歡使用UTC時(shí)鐘格式。于是就必然地出現(xiàn)了一種規(guī)約轉(zhuǎn)換器。將GPS接收器送出的固定信息轉(zhuǎn)換成各種不同的格式輸出,以滿足各種裝置及用戶的要求。該規(guī)約轉(zhuǎn)換器就俗稱為GPS同步時(shí)鐘,其原理框圖如圖2.7所示。(1)GPS信號(hào)接收器:用于接收GPS衛(wèi)星信號(hào),輸出時(shí)間精度為1μs的1PPS脈沖,并經(jīng)RS-232口輸出UTC標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間、日期及接收器所處位置等信息,接收器天線裝在1個(gè)直經(jīng)約3cm、高約8cm的塑料圓棒內(nèi),天線一般應(yīng)安裝在房頂上,以便有開闊的視野;(2)脈沖電路:輸出秒(1PPS)、分(1PPM)、時(shí)(1PPH)同步脈沖信號(hào)輸出格式可以是電平輸基于株洲電網(wǎng)故障定位的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及仿真分析出或靜態(tài)空接點(diǎn)輸出;(3)中央處理單元:將來自GPS的UTC標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息換算成當(dāng)?shù)貢r(shí)間,送液晶顯示器顯示,并按照一定的格式經(jīng)串行口輸出;(4)RS-232/485接口:輸出每秒一次的當(dāng)?shù)貢r(shí)間、日期等信息、波特率可選;(5)MSF、IRIG-B、BCD接口:按照各自的標(biāo)準(zhǔn)格式輸出時(shí)間、日期碼。圖2.7GPS同步時(shí)鐘的原理框圖2.2.2GPS衛(wèi)星同步時(shí)鐘的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)鐘同步源利用同1個(gè)信號(hào)對(duì)電網(wǎng)內(nèi)的所有時(shí)鐘進(jìn)行實(shí)時(shí)或定期同步對(duì)時(shí),可以達(dá)到統(tǒng)一時(shí)鐘的目的。目前大致有3種對(duì)時(shí)方式:(1)電網(wǎng)中心調(diào)度所通過通訊通道同步系統(tǒng)中各時(shí)鐘;(2)利用廣播電臺(tái)、電視臺(tái)、天文臺(tái)的無線報(bào)時(shí)信號(hào);(3)利用GPS全球定位系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)。第一種同步方式是目前遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)普遍采用的方式,該同步方式需要占用通道時(shí)間。由于信號(hào)通過通道傳送到不同廠,站的延時(shí)不相同,所以只能保證時(shí)間的誤差在ms級(jí)以上的水平,并且對(duì)通道的要求高。第二種同步方式受氣候影響比較大,與廠、站所在地理位置也有很大關(guān)系,并且容易受到電磁波的干擾,丟失信號(hào)。第三種同步方式是目前最理想的同步方式,即GPS時(shí)鐘同步方式。GPS系統(tǒng)每秒發(fā)送一次信號(hào),其時(shí)間精度在1μs以內(nèi),在全球任何位置均能可靠接收到信號(hào),是理想的同步時(shí)鐘源。GPS衛(wèi)星同步時(shí)鐘有多種接口輸出方式,如脈沖同步方式、串行口同步方式、編碼同步方式等,完全可以滿足各類裝置的同步要求。目前在華東電網(wǎng)中,已對(duì)微機(jī)型故障錄波器(HATHWAY公司的DFR16/32、ABB公司的INDACTIC650、METHA公司的THRANSCAN),微機(jī)型線路保護(hù)裝置(LFP-900系列、WXB-11系列)等設(shè)備進(jìn)行了同步對(duì)時(shí),運(yùn)行情況良好。相位測(cè)量為了保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,需要控制系統(tǒng)中關(guān)鍵點(diǎn)位間的電壓相位差。在系統(tǒng)的時(shí)鐘統(tǒng)一后,就可以做到輸入信號(hào)的采樣脈沖同步,通過軟件方法就可以很容易地測(cè)出各電站間電壓的相位關(guān)系。要保證相位測(cè)量的準(zhǔn)確性,采樣脈沖的同步誤差就要求非常小,必須嚴(yán)格控制在幾個(gè)μs之內(nèi)。對(duì)50Hz系統(tǒng)來說1度對(duì)應(yīng)于55μs。而利用廣播電臺(tái)或類似手段的對(duì)時(shí)方式顯然是不適合的,它們的對(duì)時(shí)誤差是毫秒級(jí)的,而1ms對(duì)于50Hz系統(tǒng)來說就是18度的相位差,是絕對(duì)不能接受的。唯有GPS衛(wèi)星時(shí)鐘才能滿足這一要求,利用GPS衛(wèi)星時(shí)種的1PPS脈沖同步方式,可以使整個(gè)系統(tǒng)的采樣脈沖時(shí)間誤差保持在幾個(gè)μs以內(nèi),對(duì)應(yīng)的相角測(cè)量誤差也就不大于0.5度,完全滿足了系統(tǒng)的要求。故障測(cè)距GPS衛(wèi)星時(shí)鐘的出現(xiàn),給研制雙端行波測(cè)距原理的裝置創(chuàng)造了有利條件。線路故障后,正常的負(fù)荷電流躍變?yōu)槎搪冯娏?。由此產(chǎn)生由故障點(diǎn)向線路兩端運(yùn)動(dòng)的電流行波浪涌,假設(shè)線路全長為L,行波的傳播速度為V,故障后在線路兩端M、N接收到故障初始行波浪涌的時(shí)間分別為Tm、Tn。線路兩側(cè)通過通訊網(wǎng)絡(luò)交換信息后,就可以計(jì)算出故障點(diǎn)到M、N兩端的距離分別為:（2-17）（2-18）行波測(cè)距原理的關(guān)鍵是準(zhǔn)確地記錄下故障初始行波到達(dá)線路兩端的時(shí)間,誤差應(yīng)嚴(yán)格控制在幾個(gè)μs以內(nèi)。因?yàn)閷?duì)架空線而言,1個(gè)μs的時(shí)間誤差對(duì)應(yīng)于約150m的測(cè)距誤差。對(duì)電力電纜而言,1個(gè)ms的時(shí)間誤差對(duì)應(yīng)于約70~100m的測(cè)距誤差。利用GPS衛(wèi)星時(shí)鐘的1PPS秒脈沖與串行口時(shí)間信息,就可以很容易地滿足誤差要求?；谠撛淼男胁y(cè)距裝置已在株洲電網(wǎng)中試運(yùn)行。3基于株洲電網(wǎng)行波故障網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)3.1株洲電網(wǎng)220Kv電力系統(tǒng)分析3.1.1株洲電網(wǎng)故障行波定位網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)現(xiàn)對(duì)基于行波的電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)的湖南株洲電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，其要求能夠?qū)θ貐^(qū)的220Kv電網(wǎng)進(jìn)行故障定位。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)概況如圖3.1所示：圖3.1株洲地區(qū)220Kv電網(wǎng)結(jié)構(gòu)概況圖從圖3.1可以看出株洲地區(qū)的220Kv輸電網(wǎng)包括:8個(gè)變電站：云田、白馬攏、團(tuán)山、滴水井、桂花、株冶、大塘沖、葉子沖14條線路：云田Ⅰ(15.01km)、云田Ⅱ(14.23km)、云滴(61.57km)、云團(tuán)(33.57km)、云桂(14.96km)、葉白Ⅰ(10.16km)、葉白Ⅱ(9.61km)、白冶(4.81km)、桂冶(15.7km)、團(tuán)大(89.56km)、團(tuán)滴(37.33km)、株桂Ⅰ(6.70km)、株桂Ⅱ(6.77km)、團(tuán)葉(30km)。其中桂冶線的桂冶604斷開，處于熱備用狀態(tài)。在互連的電力系統(tǒng)中，只需在每個(gè)變電站安裝一套故障行波定位裝置，記錄任一輸電線路故障產(chǎn)生的行波到達(dá)每個(gè)變電站的精確時(shí)間，由故障線路兩端各任一變電站所記錄的精確時(shí)間就可以實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)位置的精確計(jì)算，完成整個(gè)電網(wǎng)故障行波定位。但從投資方考慮，每個(gè)變電站都安裝行波定位裝置是不實(shí)際的。對(duì)定位系統(tǒng)的要求是必須實(shí)用、安全、可靠、準(zhǔn)確；覆蓋盡可能多的線路，尤其是長度比較長的幾條線路，如：團(tuán)大、團(tuán)滴、云團(tuán)、云滴、團(tuán)葉等；考慮輸電網(wǎng)迅速擴(kuò)充的情況；適當(dāng)?shù)目紤]投資因素。根據(jù)前面的基本前提與要求，分析可得：（1）大塘沖變是終端變，而團(tuán)大線又是最長的線路。因此，為確保團(tuán)大線的故障定位，大塘沖變必須安裝故障行波定位裝置。（2）株冶變不是終端變，但由于株冶廠的負(fù)荷大而且重要，由白馬攏變和桂花變雙電源供給，而正常情況下，桂冶斷開處于熱備用狀態(tài)。因此，株冶變起了事實(shí)上的終端變作用。株冶變必須安裝故障行波定位裝置。并且白冶線端命名為株冶1，桂冶線端命名為株冶2。（3）滴水井變不是終端變，但云滴線和團(tuán)滴線之和達(dá)98.90km，比云團(tuán)線(33.57km)長得多。因此，為確保云滴線和團(tuán)滴線兩條較長線路的定位，滴水井變必須安裝故障行波定位裝置。（4）與滴水井變相同的理由，為確保云滴線和云團(tuán)線的故障定位，云田變宜安裝故障行波定位裝置。如果在八個(gè)220Kv站均安裝行波定位系統(tǒng)，則每一條輸電線路兩端均裝有故障行波定位裝置，故障定位最簡(jiǎn)捷和準(zhǔn)確。而且定位數(shù)據(jù)有很好的冗余度，以團(tuán)山與滴水井間發(fā)生故障為例，則最簡(jiǎn)單的定位方法為由團(tuán)山和滴水井兩站檢測(cè)到的行波波頭進(jìn)行故障定位，若滴水井變電站的行波定位裝置不能正常工作，則也可由團(tuán)山云田兩站來完成故障定位。但對(duì)于投資來說,可能有些過大。且有些變電站可通過其他站的定位系統(tǒng)來定位，如當(dāng)葉子沖變不安裝定位系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)葉白線上或葉團(tuán)線發(fā)生故障時(shí)，可通過云田或者株冶和團(tuán)山變檢測(cè)到波頭的時(shí)間來達(dá)到精確定位。對(duì)于白馬垅基于同樣的考慮也可不安裝定位系統(tǒng)。而對(duì)于桂花變，由于涉及到株洲電廠的兩回線，而安裝的話僅能對(duì)桂云有效，所以，投資方選擇放棄桂云線。當(dāng)每個(gè)變電站都安裝行波定位系統(tǒng)時(shí)，投資比較大，而有些變電站可以由其他變電站的行波定位系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的故障定位，所以，從經(jīng)濟(jì)上考慮，由以上分析得出選擇安裝在5個(gè)變電站：云田變、滴水井變、大塘沖變、株冶變、團(tuán)山變安裝故障行波定位裝置。側(cè)重點(diǎn)考慮長線路：團(tuán)大線、團(tuán)滴線、云團(tuán)線的準(zhǔn)確定位。而且，定位數(shù)據(jù)有較好的冗余度，5個(gè)站故障行波定位裝置除了以上描述的3個(gè)站：大塘沖變、株冶變、滴水井變的定位裝置不可缺少外，其余2個(gè)站：云田變、團(tuán)山變的定位裝置也可實(shí)施N-1=1的原則運(yùn)行。但是會(huì)依次使團(tuán)大線、團(tuán)滴線、云團(tuán)線、葉團(tuán)線、云白線等的定位精度有所降低。但我們也應(yīng)看到由于株洲地區(qū)電網(wǎng)接線較復(fù)雜，可能對(duì)行波波頭的檢測(cè)檢測(cè)要求較高。如當(dāng)?shù)嗡妇€近側(cè)發(fā)生故障時(shí)，由云滴(61.57km)傳輸?shù)男胁ú^與從團(tuán)滴(37.33km)和團(tuán)云（33.353Km）線傳輸?shù)男胁ú^到達(dá)時(shí)刻相差不大，就要求行波檢測(cè)回路能準(zhǔn)確檢測(cè)到第一個(gè)波頭。定位主站設(shè)在株洲電業(yè)局調(diào)度所，上述變電站安裝的故障行波定位裝置的I/O數(shù)據(jù)通過光纖網(wǎng)送至定位主站。方案如圖3.2：圖3.2株洲地區(qū)故障定位方案對(duì)定位系統(tǒng)的要求是必須實(shí)用、安全、可靠、準(zhǔn)確；覆蓋盡可能多的線路，尤其是長度比較長的幾條線路，如：團(tuán)大、團(tuán)滴、云團(tuán)、云滴、團(tuán)葉等；考慮輸電網(wǎng)迅速擴(kuò)充的情況；適當(dāng)?shù)目紤]投資因素。3.1.2故障定位方案仿真分析EMTP(ElectronicmaganeticTransientsProgram)即電磁暫態(tài)分析程序。最初是由加拿大大不列顛哥倫比亞大學(xué)（UBC）的H.W.Dommel教授創(chuàng)立的，而后又經(jīng)過很多專家共同努力而日臻完善。該程序主要用于計(jì)算機(jī)模擬電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)過程，程序可以求解包括集中參數(shù)的線性和非線性電阻、電感、電容電路，多相π型電路，多相分布參數(shù)電路，各種類型的開關(guān)、變壓器、電源以及控制系統(tǒng)等組成的大型電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)或暫態(tài)過程?？梢杂秒娐穪砟M的其他系統(tǒng)，如機(jī)械系統(tǒng)等的穩(wěn)態(tài)或暫態(tài)過程均可以用此程序來計(jì)算。EMTP程序具有規(guī)模大、功能強(qiáng)、模擬真實(shí)等優(yōu)點(diǎn)，目前在我國高等學(xué)校、科研、設(shè)計(jì)和制造等部門都得到了廣泛的應(yīng)用，并在一些國家級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目的研究中都已使用EMTP程序。本章采用EMTP仿真分析，仿真模型如圖3.3，穿芯式行波傳感器是測(cè)量電容性設(shè)備（電容式CT、變壓器套管、穿墻套管等）地線上的電流突變信號(hào),本仿真檢測(cè)變壓器套管地線上的電流信號(hào)。電流、電壓互感器都能實(shí)時(shí)傳變行波暫態(tài)信號(hào)的特點(diǎn)，通過測(cè)量母線上的零序電流信號(hào)來模擬電壓互感器開口三角側(cè)的電壓突變信號(hào)。圖3.3株洲地區(qū)220Kv電網(wǎng)EMTP仿真接線圖仿真模型考慮線路的實(shí)際結(jié)構(gòu)，阻波器的影響，變電站設(shè)備分布電容的影響，采用前述的行波故障定位方法進(jìn)行仿真分析。本文研究中使用的電磁暫態(tài)程序(EMTP)進(jìn)行仿真，線路模型全部采用考慮頻變影響的分布參數(shù)模型(J.Marti模型)，該模型中使用了特征線法并輔以改進(jìn)的傅氏變換法，同時(shí)計(jì)及線路參數(shù)的依頻變化。仿真分析考慮了變電站對(duì)地電容，線路阻波器，CVT等的影響，力爭(zhēng)仿真模型接近株洲地區(qū)電網(wǎng)實(shí)際的系統(tǒng)。本文以單相接地故障為例對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真，對(duì)變壓器套管地線上電流行波信號(hào)（圖1）和母線零序電流（圖2）進(jìn)行檢測(cè)。假設(shè)在大塘沖與團(tuán)山間距大塘沖10Km發(fā)生單相接地。單相接地時(shí)，檢測(cè)故障相的行波信號(hào)。則各變電站檢測(cè)到的變壓器套管地線上的電流行波信號(hào)即是穿芯式行波傳感器的輸入信號(hào)和母線零序電流信號(hào)即表示為CVT開口三角形的行波信號(hào)如下：圖3.4大塘沖變檢測(cè)到的信號(hào)波形圖3.5團(tuán)山變檢測(cè)到的信號(hào)波形圖3.6葉子沖變檢測(cè)到的信號(hào)波形圖3.7云田變檢測(cè)到的信號(hào)波形圖3.8滴水井變檢測(cè)到的信號(hào)波形圖3.9白馬垅變檢測(cè)到的信號(hào)波形圖3.10株冶變檢測(cè)到的信號(hào)波形圖3.11桂花變檢測(cè)到的信號(hào)波形表3-1為各變電站的行波信號(hào)的波頭到達(dá)時(shí)刻和幅值表站名第一個(gè)非零值到達(dá)時(shí)刻(μs)幅值(A)站名第一個(gè)非零值到達(dá)時(shí)刻(μs)幅值(A)站名第一個(gè)非零值到達(dá)時(shí)刻(μs)幅值(A)大塘沖33.513.8云田379.80.266株冶416.60.215團(tuán)山266.71.26滴水井390.00.435桂花變432.50.099葉子沖367.20.35白馬垅396.60.175從以上圖和表可以看出：（1）當(dāng)發(fā)生故障時(shí),安裝在變壓器套管地線上的穿芯式行波傳感器和CVT開口三角形上都能檢測(cè)到故障行波信號(hào)。（2）行波信號(hào)的幅值一般隨著與故障點(diǎn)的距離變大而變小，但也與檢測(cè)站的出線數(shù)目有關(guān)，出線越多，反射越多，幅值越小。如滴水井比云田與故障點(diǎn)的距離遠(yuǎn)，但滴水井變是終端變，而云田變有4條出線，所以，在云田檢測(cè)到的行波信號(hào)比在滴水井的信號(hào)幅值要小。（3）行波傳輸存在色散現(xiàn)象。如在大塘沖檢測(cè)到的行波波速為2.985*108m/s而在桂花變檢測(cè)到的行波波速為2.963*（4）由于零序的行波色散現(xiàn)象比其他的要嚴(yán)重，所以，CVT開口三角形上檢測(cè)到的信號(hào)要比變壓器套管地線上檢測(cè)到的信號(hào)的波頭幅值要小。在實(shí)際中應(yīng)用時(shí)主要以安裝在變壓器套管地線上的穿芯式行波傳感器為主。3.2考慮110Kv電網(wǎng)時(shí)分析如要考慮株洲地區(qū)110Kv電網(wǎng)結(jié)構(gòu)時(shí),其220Kv與110Kv電網(wǎng)結(jié)構(gòu)概況圖如下:圖3.12株洲地區(qū)220Kv和110Kv電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖如考慮110Kv電網(wǎng),則株洲地區(qū)有110Kv線路16條，故障定位方案要能夠盡可能多地定位線路，而且又要考慮株洲電網(wǎng)的發(fā)展和考慮投資等方面的因素。由以上要求提出定位方案如下圖所示：圖3.13考慮110Kv和220Kv時(shí)的故障定位方案定位方案為在10個(gè)站安裝行波定位裝置，即云田、白馬垅、桂花、葉子沖、團(tuán)山、烈士塔、滴水井、網(wǎng)嶺、大塘沖和空洲變電站。不可定位的線路為：葉子沖到蓮花線，團(tuán)山到南華線其線路不長，影響不大。還有蓮花到株西和株西到南華線，因其還沒建成，可考慮在建成后在株西變加裝行波定位裝置。用EMTP對(duì)株洲電網(wǎng)的110Kv線路進(jìn)行仿真，其仿真圖如圖3.14：圖3.14110Kv電網(wǎng)仿真結(jié)構(gòu)圖假設(shè)在白馬垅與桂花間距桂花5Km發(fā)生故障發(fā)生單相接地。單相接地時(shí)，檢測(cè)故障相的行波信號(hào)。則各變電站檢測(cè)到的變壓器套管地線上的電流行波信號(hào)和母線零序電流信號(hào)如下：圖3.15桂花變檢測(cè)到的信號(hào)波形圖3.16白馬垅變檢測(cè)到的信號(hào)波形圖3.17葉子沖變檢測(cè)到的行波信號(hào)圖3.18云田變檢測(cè)到的行波信號(hào)圖3.19蓮花變檢測(cè)到的行波信號(hào)圖3.20團(tuán)山變檢測(cè)到的行波信號(hào)圖3.21南華變檢測(cè)到的行波信號(hào)圖3.22株西變檢測(cè)到的行波信號(hào)圖3.23月形山變檢測(cè)到的行波信號(hào)圖3.24株電檢測(cè)到的行波信號(hào)圖3.25石子嶺變檢測(cè)到的行波信號(hào)圖3.26烈士塔變檢測(cè)到的行波信號(hào)圖3.27滴水井變檢測(cè)到的行波信號(hào)圖3.28網(wǎng)嶺變檢測(cè)到的行波信號(hào)圖3.29大塘沖變檢測(cè)到的行波信號(hào)表3-2為各變電站的行波信號(hào)的波頭到達(dá)時(shí)刻和幅值表站名第一個(gè)非零值到達(dá)時(shí)刻(μs)幅值(A)站名第一個(gè)非零值到達(dá)時(shí)刻(μs)幅值(A)站名第一個(gè)非零值到達(dá)時(shí)刻(μs)幅值(A)桂花16.53.37團(tuán)山86.80.67石子嶺198.50.28白馬垅25.59.00南華98.50.59烈士塔214.50.24葉子沖49.12.51株西104.91.11滴水井232.60.12云田67.33.11月形山121.90.46網(wǎng)嶺402.30.11蓮花69.41.92株電150.20.75大塘沖461.20.10從以上分析可以看出，當(dāng)把110Kv電網(wǎng)考慮到故障定位系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)在110Kv系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，在110Kv變電站都能檢測(cè)到故障行波信息。所以，只要在一些終端110Kv站和重要的樞紐站安裝行波定位裝置就可達(dá)到對(duì)整個(gè)220Kv和110Kv站進(jìn)行故障定位。3.3小結(jié)本章對(duì)株洲地區(qū)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并針對(duì)株洲電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)提出了故障行波定位方案網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。按照定位系統(tǒng)的要求：必須實(shí)用、安全、可靠、準(zhǔn)確；覆蓋盡可能多的線路，尤其是長度比較長的幾條線路；適當(dāng)?shù)目紤]投資因素。僅考慮220Kv電網(wǎng)時(shí)，故障行波定位裝置安裝在五個(gè)變電站，當(dāng)考慮220Kv和110Kv電網(wǎng)時(shí)，故障行波定位裝置安裝10個(gè)變電站就可對(duì)株洲電網(wǎng)的110Kv和220Kv輸電網(wǎng)進(jìn)行故障定位。定位主站設(shè)在株洲電業(yè)局調(diào)度所，變電站安裝的故障行波定位裝置的I/O數(shù)據(jù)通過光纖網(wǎng)送至定位主站，這樣就組成一個(gè)可協(xié)同定位，具有一定定位冗余度的故障定位網(wǎng)絡(luò)。并對(duì)各個(gè)不同時(shí)期的株洲電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，對(duì)其進(jìn)行分析。4故障定位的軟件設(shè)計(jì)基于整個(gè)輸電網(wǎng)的故障行波定位系統(tǒng)如圖4.1所示,包括專用的行波傳感器、故障定位裝置、故障定位主機(jī)等,綜合網(wǎng)絡(luò)中各變電站測(cè)量到的故障行波到達(dá)時(shí)刻計(jì)算故障點(diǎn)位置，能有效提高定位結(jié)果的精度和可靠性。故障記錄單元接收行波傳感器輸出的故障行波信號(hào),硬件檢測(cè)行波到達(dá)的初始波頭,啟動(dòng)全球定位系統(tǒng)(GPS)時(shí)鐘單元記錄初始波頭到達(dá)時(shí)刻。確定系統(tǒng)故障后,行波定位裝置將故障記錄單元和GPS時(shí)鐘單元記錄的行波數(shù)據(jù)及時(shí)間信息通過通用分組無線電業(yè)務(wù)(GPRS)網(wǎng)絡(luò)上傳到故障定位主機(jī),故障定位主機(jī)進(jìn)行故障點(diǎn)計(jì)算、數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)和查詢以及故障信息的發(fā)布等工作。正由于此方法精確可靠，本章設(shè)計(jì)基于網(wǎng)絡(luò)的故障行波定位軟件。圖4.1GPS故障行波定位系統(tǒng)4.1軟件設(shè)計(jì)4.1.1軟件的整體設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件包括上層管理系統(tǒng)、故障計(jì)算單元、GPRS無線通信單元、數(shù)據(jù)庫管理單元以及故障信息發(fā)布單元。軟件的總體功能框圖如圖4.2所示。圖4.2軟件總體功能框上層管理系統(tǒng)主要完成各功能單元的管理和程序運(yùn)行的調(diào)度。故障計(jì)算單元根據(jù)電網(wǎng)中變電站行波定位裝置記錄到的初始行波到達(dá)時(shí)刻，按基于網(wǎng)絡(luò)的行波故障定位算法準(zhǔn)確計(jì)算故障點(diǎn)位置。GPRS無線通信單元實(shí)現(xiàn)行波定位主機(jī)與電網(wǎng)中分散分布的行波定位裝置的無線通信，與EMS及變電站綜合自動(dòng)化的通信。數(shù)據(jù)庫管理單元主要完成系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，故障信息的存儲(chǔ)與查詢?；赪eb服務(wù)器故障信息發(fā)布單元采用B/S(Browser/Server)模式設(shè)計(jì)，用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)方便地獲取整個(gè)電網(wǎng)的故障數(shù)據(jù)。上位機(jī)軟件通過.NET平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，以SQLServer2000為數(shù)據(jù)庫平臺(tái)。4.1.2故障計(jì)算單元故障發(fā)生后，所有行波故障裝置都向故障定位主機(jī)上傳故障時(shí)間信息和開關(guān)量數(shù)據(jù)，主機(jī)在進(jìn)行定位計(jì)算之前，需要先將這些數(shù)據(jù)按電壓等級(jí)和變電站進(jìn)行分組。另外，在實(shí)際電網(wǎng)中，不可避免地出現(xiàn)干擾數(shù)據(jù)，為了保證定位計(jì)算的正確，必須對(duì)數(shù)據(jù)過濾，剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)?？紤]到故障后開關(guān)量的跳變時(shí)刻、3U0和開口三角側(cè)電壓突變變化的時(shí)間和行波到達(dá)線路兩端的時(shí)間相差不大，因此可以根據(jù)此原理過濾各變電站上傳的時(shí)間數(shù)據(jù)。最后，為了識(shí)別多次故障，對(duì)一次上傳的故障數(shù)據(jù)按定位裝置識(shí)別連續(xù)故障的能力（一般為0.1S）分為多次事件，一次事件代表一次故障。對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行上述處理后，就可以根據(jù)基于網(wǎng)絡(luò)的行波定位算法準(zhǔn)確計(jì)算故障點(diǎn)位置。故障計(jì)算單元的工作流程如圖4.3所示。圖4.3基于整個(gè)電網(wǎng)的故障定位算法流程圖1)讀取一批故障數(shù)據(jù)，按電壓等級(jí)分成多次事件。2)讀取一次故障事件數(shù)據(jù)，包括各變電站行波定位裝置記錄的故障初始行波到達(dá)時(shí)刻和斷路器狀態(tài)，判斷是否需要計(jì)算。3)如果需要計(jì)算，按開關(guān)量前0.8秒，3U0前0.05秒，開口三角形波前后50us過濾數(shù)據(jù)，并按變電站分組。如果不需要計(jì)算，則轉(zhuǎn)步驟(5)。4)取所有變電站數(shù)據(jù)中時(shí)間最小的一組,根據(jù)基于網(wǎng)絡(luò)的行波故障定位算法計(jì)算故障點(diǎn)位置。5)判斷所有事件是否計(jì)算完畢。若沒有計(jì)算完，取下一次的事件數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算；若計(jì)算完畢，則退出程序。4.1.3GPRS無線通信單元行波定位主機(jī)與電網(wǎng)中分散分布的行波定位裝置、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)之間的通信通過GPRS模塊實(shí)現(xiàn)。GPRS模塊與行波定位主機(jī)之間通過TCP/UDP建立連接。主機(jī)服務(wù)器通過域名服務(wù)器(DNS)注冊(cè)服務(wù)器的動(dòng)態(tài)IP,并偵聽指定的端。GPRS模塊服務(wù)端的IP和PORT設(shè)置為主機(jī)服務(wù)器在DNS申請(qǐng)的域名和偵聽的端口。GPRS模塊上電后自動(dòng)撥號(hào),通過DNS查詢到與固定域名對(duì)應(yīng)的IP,自動(dòng)與服務(wù)器建立TCP連接。GPRS通信網(wǎng)絡(luò)如圖4.4所示。故障發(fā)生后,故障定位裝置通過GPRS模塊將故障行波數(shù)據(jù)發(fā)送至GPRS網(wǎng)絡(luò),然后由GPRS服務(wù)商轉(zhuǎn)接入Internet,服務(wù)器通過Internet接收每個(gè)GPRS模塊發(fā)出的故障行波數(shù)據(jù),進(jìn)行故障定位計(jì)算,建立故障信息數(shù)據(jù)庫。圖4.4GPRS通信網(wǎng)絡(luò)4.1.3數(shù)據(jù)庫管理單元數(shù)據(jù)庫采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫SQLServer2000，用來保存整個(gè)電網(wǎng)的地理信息和歷史故障數(shù)據(jù)。地理信息包括變電站名稱、編號(hào)，線路距離信息（考慮非直線距離）、名稱、編號(hào)、桿塔編號(hào)及地理位置等。故障信息數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)保存電網(wǎng)中各行波定位裝置上傳的故障數(shù)據(jù)，故障計(jì)算單元調(diào)用數(shù)據(jù)庫中故障數(shù)據(jù)計(jì)算得到故障距離，并將故障定位結(jié)果重新寫入數(shù)據(jù)庫，以便隨時(shí)查詢。數(shù)據(jù)庫的訪問是數(shù)據(jù)處理中的關(guān)鍵技術(shù)，應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫之間的連接通過ADO.NET來實(shí)現(xiàn)。通過ADO.NET可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于任何數(shù)據(jù)源的獨(dú)立訪問。圖4.5ADO.NET訪問數(shù)據(jù)庫ADO.NET是一種全新的數(shù)據(jù)訪問編程模式，它構(gòu)建于ADO(ActiveXDataObject)的基礎(chǔ)之上。對(duì)象DataSet包含多個(gè)DataTable對(duì)象的集合，對(duì)應(yīng)于SQLSERVER2000中的各個(gè)數(shù)據(jù)表，包括變電站屬性表、桿塔屬性表、線路屬性表、線路故障信息表等。與數(shù)據(jù)源的連接通過Connection對(duì)象來實(shí)現(xiàn)，對(duì)數(shù)據(jù)的發(fā)送、修改、運(yùn)行存儲(chǔ)以及返回和檢索操作則是由Command對(duì)象實(shí)現(xiàn)。總之，通過ADO.NET可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于任何數(shù)據(jù)源的獨(dú)立訪問。4.1.4故障信息發(fā)布單元故障信息發(fā)布單元基于Web服務(wù)器，采用B/S模式設(shè)計(jì)。用戶通過瀏覽器與整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行各種交互式操作，例如查詢數(shù)據(jù)庫、打印報(bào)表等等。Web服務(wù)使調(diào)度人員能夠在任何地點(diǎn)通過Web訪問主機(jī)服務(wù)器，來得到電網(wǎng)到目前為止的所有故障信息。Web服務(wù)的加入使定位軟件不再是一個(gè)孤立的系統(tǒng)，而成為整個(gè)電網(wǎng)信息化系統(tǒng)中的一個(gè)部分。故障信息的發(fā)布基于ASP技術(shù)支持，ASP是服務(wù)器端的腳本執(zhí)行環(huán)境，可用來產(chǎn)生和執(zhí)行動(dòng)態(tài)的高性能的WEB服務(wù)器程序。當(dāng)用戶使用瀏覽器向Web服務(wù)器請(qǐng)求故障信息查詢時(shí)，Web服務(wù)器響應(yīng)HTML請(qǐng)求，調(diào)用ASP引擎來執(zhí)行ASP文件，并解釋其中的腳本語言(JScript或VBScript)，通過ODBC連接數(shù)據(jù)庫，由數(shù)據(jù)庫訪問組件ADO.NET完成數(shù)據(jù)庫操作，最后ASP生成包含有數(shù)據(jù)查詢結(jié)果的HTML主頁返回用戶端顯示。用戶通過瀏覽器對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的變電站、線路的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、排序，了解電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)；還能對(duì)歷史故障通過線路或者時(shí)間為序進(jìn)行查詢，了解電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平。整個(gè)實(shí)現(xiàn)過程如圖4.6所示。圖4.6故障信息發(fā)布流程4.2軟件測(cè)試為了驗(yàn)證軟件的性能，提取株洲電網(wǎng)一次實(shí)測(cè)故障數(shù)據(jù)對(duì)軟件進(jìn)行測(cè)試，故障網(wǎng)絡(luò)如圖4.7所示。該次故障發(fā)生在滴水井-網(wǎng)嶺線路距離滴水井37.5km處。表4-1示出了網(wǎng)絡(luò)中220Kv變電站以故障發(fā)生時(shí)刻為起點(diǎn)記錄到的初始行波到達(dá)時(shí)刻（單位為μs），表中的時(shí)刻已經(jīng)考慮了干擾時(shí)刻的影響，故障發(fā)生時(shí)，網(wǎng)嶺變電站行波定位裝置由于故障而沒有記錄到行波到達(dá)時(shí)刻，軟件對(duì)網(wǎng)絡(luò)中其它行波定位裝置記錄的行波到達(dá)時(shí)刻進(jìn)行融合處理，準(zhǔn)確地計(jì)算出故障點(diǎn)位置，誤差僅為40m。圖4.7株洲電網(wǎng)故障測(cè)量網(wǎng)絡(luò)表4-1220Kv變電站記錄到的行波到達(dá)時(shí)刻注：因云田-團(tuán)山為220Kv線路，故云田記錄的行波到達(dá)時(shí)刻亦被包含進(jìn)來，其它110Kv變電站記錄的數(shù)據(jù)不參與故障定位計(jì)算。圖4.8為上位機(jī)軟件的主界面。主界面中間所示為株洲電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，顯示了定位系統(tǒng)覆蓋的電力系統(tǒng)的變電站和輸電線路的信息；右下角為GPS時(shí)間顯示區(qū)，顯示當(dāng)前的定位系統(tǒng)GPS同步的日期和時(shí)間；左側(cè)為最近一次的故障信息顯示區(qū)；右側(cè)為實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示區(qū)，顯示實(shí)時(shí)的子站裝置運(yùn)行、GPS和通信狀態(tài)，30秒鐘刷新一次；最下面為狀態(tài)欄，顯示當(dāng)前系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收情況和系統(tǒng)的相關(guān)信息；最上方為菜單欄。圖4.9顯示為通信監(jiān)視畫面，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)定位主機(jī)上傳的行波數(shù)據(jù)和開關(guān)量信息。畫面左邊為通信原始數(shù)據(jù)，各字節(jié)含義參見通信協(xié)議。右邊為經(jīng)過程序處理后的故障信息。圖4.8軟件主界面圖4.9通信監(jiān)視畫面圖4.10所示為故障計(jì)算單元根據(jù)本文所提出的網(wǎng)絡(luò)算法計(jì)算出來的故障定位結(jié)果，包括故障發(fā)生時(shí)刻、故障線路、故障距離、桿塔號(hào)等。圖4.11示出了由ASP生成的故障信息發(fā)布頁面，用戶通過瀏覽器可以隨時(shí)隨地對(duì)故障頁面進(jìn)行訪問。圖410故障定位結(jié)果圖4.11故障信息發(fā)布頁面4.3結(jié)論基于整個(gè)輸電網(wǎng)的行波故障定位系統(tǒng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)變電站行波定位裝置記錄的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行全網(wǎng)綜合定位，當(dāng)任意一臺(tái)裝置發(fā)生故障或啟動(dòng)失靈，都可以根據(jù)其他變電站的記錄數(shù)據(jù)可靠定位?；诰W(wǎng)絡(luò)的行波定位軟件實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)故障定位計(jì)算、分散分布的行波定位裝置與故障定位主機(jī)之間GPRS無線通信、全網(wǎng)故障信息數(shù)據(jù)的管理以及基于Web的故障信息發(fā)布等功能。該軟件已在株洲電網(wǎng)基礎(chǔ)上仿真運(yùn)行成功，運(yùn)行結(jié)果表明：故障定位主機(jī)能夠可靠、準(zhǔn)確地接收行波定位裝置上傳的故障數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫與應(yīng)用程序連接可靠，數(shù)據(jù)的修改、存儲(chǔ)和查詢操作簡(jiǎn)單；故障定位結(jié)果準(zhǔn)確，誤差始終不超過150m；故障信息發(fā)布單元實(shí)時(shí)接收站點(diǎn)的故障數(shù)據(jù)并顯示于客戶端，用戶可以隨時(shí)隨地訪問故障頁面，查詢故障信息。5全文總結(jié)隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電纜故障的影響范圍也越來越大，為了減小電纜故障所造成的損失，對(duì)電纜故障定位方法的準(zhǔn)確性和快速性的要求越來越高。在查閱了大量國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際情況,本文重點(diǎn)研究了定位故障行波定位的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，研究了行波傳播規(guī)律，探討了基于網(wǎng)絡(luò)的行波故障定位軟件設(shè)計(jì)，此外，還進(jìn)行了仿真分析得以驗(yàn)證。論文的主要工作和結(jié)論如下：（1）深入研究輸電線路故障行波的測(cè)距理論及其各個(gè)方法的優(yōu)劣,并提出采用GPS時(shí)鐘定位方法,特高運(yùn)行可靠性、定位精確性。（2）在株洲電力系統(tǒng)網(wǎng)架的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種比較切合實(shí)際，安全、可靠、穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)綜合定位，通過AIP/EMTP仿真進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明該網(wǎng)絡(luò)行波定位方法誤差小于100m，可靠性高、魯棒性強(qiáng)，較好的滿足了電網(wǎng)運(yùn)行要求。（3）根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的復(fù)雜性、偶然性，本文設(shè)計(jì)了基于網(wǎng)絡(luò)的行波故障定位的軟件，可以實(shí)現(xiàn)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)變電站行波定位裝置記錄的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行全網(wǎng)綜合定位，當(dāng)任意一臺(tái)裝置發(fā)生故障或啟動(dòng)失靈，都可以根據(jù)其他變電站的記錄數(shù)據(jù)可靠定位?；诰W(wǎng)絡(luò)的行波定位軟件實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)故障定位計(jì)算、分散分布的行波定位裝置與故障定位主機(jī)之間GPRS無線通信、全網(wǎng)故障信息數(shù)據(jù)的管理以及基于Web的故