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1、输电线路故障行波测距技术 科汇电气有限公司 故障测距的作用 缩短故障修复时间，提高供电可靠性， 减少停电损失。 减轻人工巡线工作量 发现造成线路瞬时故障的绝缘薄弱点、 线路走廊下的树支等事故隐患，及时处 理，防止故障的再一次发生。 概述 故障分析法：根据故障时电压、电流录 波图估算故障距离。 阻抗法：通过测量阻抗来计算故障距离 。 行波法：通过测量电压、电流行波在线 路上传播的时间，计算故障距离。 故障测距方法 概述（续 ） 阻抗测距原理 根据在母线处测量到的阻抗（电 抗）值计算故障距离 Zm = Vm/Im = Rm + jLm = x.R0 + x.L0 x-故障距离 R0,L0-单位长度
2、电阻、电抗 值 Zm Vm Im 阻抗法 测距误差大，受多种因素影响，包括： 故障点弧光电阻 电源阻抗 电压、电流互感器变换误差 线路不对称（换位）影响 长线分布电容 线路走廊地形变化，引起零序参数变化。 阻抗法测距误差大 阻抗法（续 ） 不宜用于以下线路： 直流输电线路 带串补电容线路 T接线 部分同杆架设双回线 阻抗法适用性差 阻抗法（续 ） 变电站 测量行波在母线与故障点之间的传播时间来测定线路故障距离（时间X 速度），测距精度高，适用范围广。 最早提出的电压行波测距法原理上有缺陷，且没有解决好行波信号的 测量、超高速记录、分析等问题。 直到二十世纪九十年代，行波测距技术一直没有获得实际
3、的推广应用。 行波法 现代微电子技术技术的发展为研究新的行波测距方法与 设备创造了条件 科汇公司于1995年开发出利用 电流行波的输电线路故障测距 系统，投入试运行。 行波法（续 ） Ts1Ts2 t SR 单端电气量（A）测距法 行波测距原理 故障点距S变电站距离： V - 波速度 行波法（续 ） Ts TR SR 双端电气量（A）测距法 故障点距S变电站距离： 故障点距R变电站距离： L - 线路全长 行波法（续 ） 利用重合闸的（E）型测距原理 通过测量重合闸脉冲 在故障点的反射到达 时间测距： RSF t 合闸脉冲 故障点反射脉 冲 行波法（续 ） 单端法优点：只需要在线路一端安装装置
4、，投 资少；缺点：波形分析困难，可靠性差 双端法优点：可靠性高，测距准确；缺点：需 要在线路两端安装装置及通信配合。 利用重合闸信号的方法适用于测量永久短路及 断线故障 实际应用中，三种方法配合使用，确保测距可 靠性及精度。 行波法（续 ） 行波信号的测量 保护与测距利用信号的带宽 常规电流、阻抗等保护： 0-1KHz （50Hz） 阻抗测距装置：0-1KHz（50Hz） 行波保护： 0-2KHz 行波测距：0-300KHz，距离分辨率500m 电容式电压互感器（CVT）不能传变电压行波，早期行 波测距使用电容分压（耦合器）测量电压行波，安装 复杂，需要额外投资。 光PT、CT离商业化应用有距
5、离。 核心技术 利用普通的电流互感器测量电流行波 科汇在世界上首次提出利用普通的电流互感器 测量电流行波，并通过数字仿真分析及对实际 CT的测试证明之。 利用CT测量电流行波优点 象常规的保护录波装置一样接入，具有简单、易于 实现的优点。 不需要额外投资 由于母线有较大的分布电容，母线处感受到电压行 波波头幅值较小且上升速度慢，而电流行波波头却 有较大的幅值且上升速度很快，利用故障电流行波 检测灵敏度高。 核心技术（续 ） 电压行波 电流行波 电压行波 电流行波比电压行波上升速度快 核心技术（续 ） 直流输电线路行波测量方法 线路电压行波会在载波 耦合电容上产生脉冲电 流 C 平波设备 直流输
6、电线路 直流系统电压、电流互感器不满足测量线路行波的要求 使用一个小型电流互感器，可以 间接直流输电线路故障行波。 核心技术（续 ） 超高速行波数据采集技术 徐丙垠: u 普通的计算机（CPU）控制的数据采集技术不能满 足记录高频行波(250KHz)信号的要求 CPU u 设计了专用硬件超高速数据采 集电路，记录故障行波数据。 超高速 数据采 集电路 u 采用双RAM切换技术，实现暂态 行波信号的“无死区”记录， 避免因连续雷电干扰漏记故障 行波，造成测距失败。 双RAM 切换控 制电路 核心技术（续 ） Ts TR SR 双端法要求两侧装置实现1us时间精确同步，使测距分辨率达到150米。
7、GPS时间精确同步技术 装置接受全球定位系统（GPS）信号，给内部时钟精确 对时，使装置记录电流行波到达时间的精度在1us以内 。 核心技术（续 ） 行波脉冲的常规越限检测方法， 抗干扰能力差、时间精度低。 行波脉冲的小波检测技术 将行波信号进行二进制小波变换 后，得到模极大值信号图。将模 极大值出现的时间确定为信号突 变出现时间。 根据不同频带下模极大值的大小与极性判断检 测到的信号突变是否是来自故障点的行波脉冲 核心技术（续 ） SR 远程通信技术 电话网/广域网 PC 主 站 核心技术（续 ） 测距设备构成及各部分分工 XC行波测距装置 主要由T-GPS、XC-21、当地机(含XC-20
8、00软 件)、MODEM等构成。 GPS：主要任务是给XC-21对时； XC-21：接受GPS卫星对时信号，捕捉行波信 号并缓存，然后传给当地工控机； 当地机及XC-2000软件：接收XC21送来的行波 数据并保存，提供当地分析功能、数据远传功 能。 中 心 处 理 单 元 GPS 单 元 人机 界面 RS-232 高速 数据 采集 装置构成电原理框图 XC行波测距装置（续 ） 装置运行中的注意事项 GPS：天线安装位置合适，保证GPS不失步运 行。（失步时有指示灯闪烁;同时,XC-21提示 ERROR 3错误） XC-21：主要不应提示 ERROR 2,3,21错误。 ERROR 2:收不到
9、GPS串口信号； ERROR 3： GPS失步； ERROR 21：不能与后台机通讯 当地机及软件：停止运行时，20分钟后XC-21 会提示ERROR 21错误（以提示停止与XC21通 讯）。同时，远程通讯功能丧失，MODEM不 能应答（只有33.6k灯亮， MODEM不能应答； 能应答时，33.6K灯、TR灯同时亮）。 XC行波测距装置（续 ） 主要技术指标与特点 测距精度小于500m 最多监视8条线路 装置本身存储96次故障记录，后台机存 1000次 使用一台工业PC机作为后台分析机，读 取、分析、长期保存故障记录 与有关变电站的装置通信，交换故障行 波到达时间，计算故障距离。 XC行波测
10、距装置（续 ） 同类研究、技术比较 XC行波测距装置（续 ） 美国HATHAWAY公司与科汇合作研制成功适应国外市场 的同类测距装置在美国、英国、加拿大、巴西、香港 等国家与地区安装数百套，运行效果良好。 国际合作 XC行波测距装置（续 ） 使用后台分析机分析、保存故障数据。 使用电话人工交换数据，实现双端测距 。 XC-21XC-21 SR F PCPC 在现场，行波测距系统的构成 现场应用 线路两端装置使用公共电话 网交换数据，实现双端测距 。 XC-21XC-21 SR F PCPC MODEMMODEM电话网 现场应用（续 ） 在现场，行波测距系统的构成（续） 使用 PC机 分析 主站
11、 XC-21XC-21 SR F PCPC MODEM MODEM PC主站 电话网 MODEM 现场应用（续 ） 在现场，行波测距系统的构成（续） XC-21XC-21 M R S 装置安装位置的选择 检测线路SM、MR上的故障 现场应用（续 ） XC-21 XC-21 SR XC-21 T 装置安装位置的选择（续） 装设三端装置，检测T接线路上故障 。 现场应用（续 ） 葛上直流输电线路故障行波测距系统图 XC-21XC-21 葛 洲 坝 F PC PC MODEM PC主站 电话网 MODEM MODEM XC-21 PC MODEM 南 桥麦元 现场应用（续 ） 得到线路对端装置的启动
12、时间和线路本端的启 动时间。 用软件或人工用公式直接计算故障距离。 双端测距分析 故障点距S变电站距离： 故障点距R变电站距离： L - 线路全长 现场应用（续 ） 通过识别故障点反射波到达时刻计算故障距离 。 需要考虑故障点透射及其他健康线路对端反射 的影响 单端波形分析 现场应用（续 ） 故障点在线路中点以内，第二个行 波脉冲是故障点反射波。 t i(t) 故障初始行波 故障点反射波 TS1TS2TS3 F 现场应用（续 ） 单端波形分析（续） RSF t 故障初始行波 故障点反射波 TS1 TS2 TS3 对端反射 波 故障点在线路中点以外且存在透射时，第二个行波脉 冲是对端反射波在故障
13、点的透射。故障点反射波与一 般对端母线反射波极性相反。 现场应用（续 ） 单端波形分析（续） 识别出故障点反射波计算故障点到本端 母线的距离； 识别出对端母线反射波计算故障点到对 端母线距离； 两种方法得到的结果相加是线路全长， 据此可以验算测距结果。 现场应用（续 ） 单端波形分析（续） 故障行波穿过母线透射到其他健全线路上，行 波在健康线路对端被反射回来，影响故障点反 射脉冲的识别。 当母线上运行的线路较多时（如4条线路时） ，母线行波阻抗接近零，故障行波在其他健全 线路上的透射很小，可以认为母线呈短路状态 ，可以不考虑其他线路的影响。 现场应用（续 ） 单端波形分析（续） 健康线路 健康
14、线路故障线路 健康线路 健康线路 故障线路 比较故障线路及健全线路脉冲极性可以区 分来自故障线路及健全线路的行波。 现场应用（续 ） 单端波形分析（续） 行波测距方法的配合 双端测距：简单、可靠。需装设两端装置 单端测距：投资小，波形复杂，不易识别。 利用重合闸产生的行波测距：测量永久短路、 断线故障 实际使用中，三种方法应配合使用，互相校对 。 现场应用（续 ） 电压过零问题 在电压相角过零或接近零时发生故障，产生的 电压、电流行波比较微弱，会造成保护或测距 装置失败。 实际上，绝大部分线路故障是绝缘击穿故障， 电压过零或接近零故障的几率相当小。 电压过零时，故障点一般呈永久金属性短路性 质
15、，利用重合闸脉冲在故障点的反射仍然可以 测出故障距离。 现场应用（续 ） 母线上无其他线路的问题 没有其他健康线路，在故障行波到达母线后， 线路上只能测量到由母线分布电容产生的持续 时间比较短、幅值较小的电流脉冲信号，影响 测量电流行波的测距方法应用效果。 通过降低行波脉冲检测门槛值来提高检测灵敏 度，这样做的同时也牺牲了装置的抗干扰能力 ； 另外一种方案是加装电压行波传感器，测量 电压行波脉冲。 现场应用（续 ） 可以检测流过电容式电压互感器（CTV）电 容分压器的电流，来间接测量故障行波。 接电压互感器 C1 C2 i v 现场应用（续 ） 雷电波的影响 雷电波波头在几十致数百微秒之间，雷击在线路上产 生电流行波，会造成行波测距装置启动。 在行波装置两次启动之间要有一段等待（死区）时间 ，如在雷击后造成装置一次启动记录后，紧接着又发 生一次故障，会出现漏记故障行波现象。 科汇系统采用“无死区”记录技术，避免雷击干扰造 成漏记故障行波现象。 现场应用（续 ） 不要简单地将雷电记录作为“废物”丢掉，对于线路防 雷研究是十分有意义的。 如果雷电波引起两端装置启动，可以利用双端故障测 距原理，定位雷击点。 从波形上可以分辨所记录的是故障电流行波还是雷击 线路引起的电流行波。雷击线路引起的三相电流幅值
