基于行波技术的电力线路在线故障测距

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1、基于行波技术的电力线路 在线故障测距 2内 容n电力线路故障测距技术发展概况n电力线路行波基本概念n电力线路暂态行波的产生机理n现代行波故障测距基本原理n现代行波故障测距关键技术nXC系列行波故障测距系统及其典型应用n现代行波故障测距组网方案n新一代行波故障分析主站（TAS2200） 31. 电力线路故障测距技术发展概况（1）早期行波故障测距技术l20世纪（5060）年代l基本原理利用电压行波在故障点与母线之间的传播时间计算故障距离。l实现方法利用电子计数器或者阴极射线示波器测量暂态行波的到达时刻和 传播时间。分为A、B、C、D等4种基本型式。l存在问题1）对行波现象的认识不充分；2）采用专用

2、高频信号耦合设备，价格昂贵；3）信号记录与处理手段有限； 4）装置构成复杂，可靠性差。4（2）利用工频相量的故障测距技术l20世纪70年代l基本原理利用测量点电压和电流之间的相量关系估 算故障距离，具体分为单端相量法和双端相量 法两大类。l应用：微机保护装置、故障录波装置。1. 电力线路故障测距技术发展概况5（2）利用工频相量的故障测距技术l存在问题： 1）受过渡电阻（单端法）、非周期分量、互感 器变换误差、三相不对称等因素的影响，测距 误差较大； 2）不适合直流线路、串补线路、T接线路、架 空线电缆混合线路等特殊线路。1. 电力线路故障测距技术发展概况61. 电力线路故障测距技术发展概况（3

3、）现代行波故障测距技术l20世纪80年代，采用现代微电子技术、现代数字信号处理技术和现代通信技 术测量暂态行波的到达时刻和传播时间。l经历了三个发展阶段。1） 20世纪80年代：理论研究。提出基于A型原理的行波相关法、求导数法（行波距 离保护）。2） 20世纪90年代：应用研究。装置研制和小批量推广应用。实现了A、D、E型原 理，并提出匹配滤波器、第2个反向行波浪涌识别、最大似然估计和小波变换模 极大值等测距算法。3）2000年：大批量推广应用。实现了A、D、F、E型原理；提出了测距式行波距离保护原理，从而将A型行波测距与超高速继电保护融为 一体。行波测距系统组网71. 电力线路故障测距技术发

4、展概况（3）现代行波故障测距技术l几种典型的现代行波故障测距系统 Hathaway行波测距系统。电流耦合方式，1992年投运，A 、D 、E三种原理。 B. C. Hydro行波测距系统。电压耦合方式，1993年投运。D型 原理，无波形记录功能。 山东科汇行波测距系统。电流耦合方式，1995年投运XC-11，A 、D、E三种原理。2000年投运XC-2000，A 、D、F、E四种原理 。 中国电科院行波测距系统。电流耦合方式，2000年投运，D型 原理。81. 电力线路故障测距技术发展概况（3）现代行波故障测距技术l山东科汇公司行波测距装置经历了三代。第1代：199591. 电力线路故障测距技

5、术发展概况（3）现代行波故障测距技术l山东科汇公司行波测距装置经历了三代。第2代：2000101. 电力线路故障测距技术发展概况（3）现代行波故障测距技术l山东科汇公司行波测距装置经历了三代。第3代：20081）不间断采集； 2）参数在线设置：采样频率采样时间长度采样通道数触发方式11内 容n电力线路故障测距技术发展概况n电力线路行波基本概念n电力线路暂态行波的产生机理n现代行波故障测距基本原理n现代行波故障测距关键技术nXC系列行波故障测距系统及其典型应用n现代行波故障测距组网方案n新一代行波故障分析主站（TAS2200） 122. 电力线路行波基本概念l波在介质中传播时不断向前推进，故称行

6、波。 l电力线路上的行波是指沿线路传播的电压、电流波。沿参考方向 传播的行波称为正向行波（或前行波），沿参考方向的相反方向 传播的行波称为反向行波（反行波）。行波分为稳态行波和暂态 行波。l稳态行波是指系统正常运行时沿线路传播的行波，它是由系统的 电源产生的。电能的传输和交换是通过稳态行波的传播来实现的 。l暂态行波是指系统运行过程中突然出现，而后又逐渐消失的行波 ，它是由系统的扰动，如短路、断线、开关操作、雷击及雷电感 应等引起的。l为了分析电力线路行波现象，必须采用分布参数模型。132. 电力线路行波基本概念l分布参数概念线路长度远远小于线路上电信号的波长：特征：线路电压（电流）不仅随时间

7、变化，而且随距 离变化，即142. 电力线路行波基本概念L0，R0，C0和G0分别表示导线单位长度上的电感、电阻、对地电容和电导。 当不计R0和G0的影响时，称为无损导线。152. 电力线路行波基本概念l线路上任一点的电压和电流都由两部分构成，即正向 行波分量和反向行波分量。162. 电力线路行波基本概念l线路上任一点的正向电压行波分量和反向电压 行波分量可以表示为：172. 电力线路行波基本概念l行波具有运动属性182. 电力线路行波基本概念l行波具有运动属性线路首端和末端的前行波波形图192. 电力线路行波基本概念l 行波浪涌到达线路上波阻抗不连续点（如母 线、故障点等）时将同时产生反射和

8、透射现象 ，相应反射波和透射波的性质与该点的网络结 构有关。202. 电力线路行波基本概念l行波传播过程可以利用行波网格图来描述。212. 电力线路行波基本概念l三相线路各相之间存在着电磁耦合，每一相的行波传 播过程是不独立的。一般通过相模变换将三相行波分 解为线模和地模（零模）两种独立的行波模量来分析 。(a) 0模分量 (b)1 模分量 (c)2 模分量 222. 电力线路行波基本概念l地模行波分量在传播过程中将发生严重的衰减 和畸变，其传播速度也不稳定l线模行波分量在传播过程中的衰减和畸变程度 较小，其传播速度也比较稳定。23内 容n电力线路故障测距技术发展概况n电力线路行波基本概念n电

9、力线路暂态行波的产生机理n现代行波故障测距基本原理n现代行波故障测距关键技术nXC系列行波故障测距系统及其典型应用n现代行波故障测距组网方案n新一代行波故障分析主站（TAS2200） 243. 电力线路暂态行波的产生机理故障暂态行波的产生(a) 故障等效网络 (b) 正常负荷网络 (c) 故障附加网络253. 电力线路暂态行波的产生机理故障分闸暂态行波的产生263. 电力线路暂态行波的产生机理重合闸暂态行波的产生27内 容n电力线路故障测距技术发展概况n电力线路行波基本概念n电力线路暂态行波的产生机理n现代行波故障测距基本原理n现代行波故障测距关键技术nXC系列行波故障测距系统及其典型应用n现

10、代行波故障测距组网方案n新一代行波故障分析主站（TAS2200） 284. 现代行波故障测距基本原理l利用故障暂态行波的测距原理（D型、A型）l利用故障分闸暂态行波的测距原理（F型）l利用重合闸暂态行波的测距原理（E型）l各种行波测距原理的配合应用294.1 利用故障暂态行波的测距原理l故障暂态行波的传播过程304.1.1 D型双端行波原理l 原理分析314.1.1 D型双端行波原理l原理分析l评价（1）准确性能否获得准确的线路长度、波速度和故障初始行波浪涌到达 时刻，将直接影响测距准确性。故障初始行波浪涌的到达时刻就是其波头起始点所对应的时 刻，该时刻的测量误差取决于采样频率和授时系统的时间

11、误差。 现代行波故障测距系统的采样频率一般为1 MHz，且广泛采用全 球定位系统（GPS）作为授时系统，其标称误差一般不超过1 s 。 324.1.1 D型双端行波原理l原理分析l评价（1）准确性（2）可靠性由于不需要检测来自故障点和系统中其它波阻抗不连续点的 反射波，并且能够自动给出故障测距结果，因而具有很高的自动 测距可靠性。D型行波故障测距原理受卫星对时系统运行可靠性的影响很 大。334.1.2 A型单端行波原理l标准模式344.1.2 A型单端行波原理l扩展模式354.1.2 A型单端行波原理l综合模式利用线路故障时在测量端感受到的第1个 正向行波浪涌与第2个反向行波浪涌之间的时 延计

12、算本端测量点或对端母线到故障点之间的 距离。364.1.2 A型单端行波原理l实例分析故障点反射波（1）线路中点以内故障374.1.2 A型单端行波原理l实例分析（2）线路中点以外故障384.1.2 A型单端行波原理l评价（1）准确性能否获得准确的波速度和行波传播时间，将直接影响测距准 确性。两个行波浪涌之间的时间延迟定义为二者波头起始点之间的 时间间隔。该时间间隔的测量误差取决于采样频率，即采样频率 越高，测量误差越小。由于A型单端行波原理不受线路长度和授时系统时间误差的 影响，因而能够提供比D型双端行波原理更为准确的测距结果。 394.1.2 A型单端行波原理l评价（1）准确性（2）可靠性

13、主要表现在三个方面： 区内故障时故障点反射波和对端母线反射波的识别来自正方向区外故障产生的行波信号的识别来自正方向的行波信号与干扰信号的识别 由于行波在传播过程中其波形会发生衰减和畸变，已经提出 的各种单端行波测距算法难以自动给出正确的测距结果。404.2 利用故障分闸暂态行波的测距原理l F型标准模式414.2 利用故障分闸暂态行波的测距原理l F型扩展模式1424.2 利用故障分闸暂态行波的测距原理l F型扩展模式2434.2 利用故障分闸暂态行波的测距原理lF型综合模式利用在线路测量端感受到的由任一端分闸 初始行波浪涌产生的第1个正向行波浪涌与之 后最先到来的反向行波浪涌之间的时延计算本

14、 端测量点或对端母线到故障点之间的距离。444.3 利用重合闸暂态行波的测距原理l E型标准模式454.3 利用重合闸暂态行波的测距原理l E型扩展模式1464.3 利用重合闸暂态行波的测距原理l E型扩展模式2474.3 利用重合闸暂态行波的测距原理lE型综合模式利用在线路测量端感受到的由任一端重合 闸初始行波浪涌产生的第1个正向行波浪涌与 之后最先到来的反向行波浪涌之间的时延计算 本端测量点或对端母线到故障点之间的距离。484.4 各种行波测距原理的配合应用lD型和A型行波原理的优化组合lF型和A型行波原理的配合lE型和A型行波原理的配合lF型和E型行波原理的配合494.4.1 D型和A型

15、行波原理的优化组合lD型行波原理能够在线自动给出测距结果，但其可靠性和准确性 受给定线路长度和授时系统的影响。当给定线路长度存在较大误 差或者授时系统工作不正常时，D型行波测距结果是不可信的。lA型单端行波原理尽管具有更高的准确性，但由于测距算法不成 熟而难以自动给出正确的测距结果。一般情况下，借助专门的行 波分析软件，通过人工波形分析可以方便地获得准确的A型单端 行波测距结果。l可见，如果将D型双端和A型单端行波测距原理配合使用，利用A 型测距原理（作为辅助原理）对D型测距原理给出的测距结果进 行验证和校正，可以进一步提高行波测距的可靠性和准确性，这 就是基于行波原理的优化组合测距思想。50

16、4.4.1 D型和A型行波原理的优化组合l优化组合行波测距的实施步骤：（1）初测利用D型双端行波原理初步测量故障点位置。如果被监视线 路两端行波测距装置之间具备通信条件，当线路发生故障后，两 端测距装置将自动调取对方的故障启动报告，并自动给出D型行 波测距结果。也可以通过行波分析主站自动或人工调取故障线路两端行波 测距装置的故障启动报告，进而自动给出D型行波测距结果。如果不具备通信条件或者通信临时中断，可以在线路故障后 由线路一端所在变电所通过人工拨打电话的方式询问线路对端行 波测距装置记录到的故障初始行波浪涌到达时间，进而根据有关 公式计算出故障距离。514.4.1 D型和A型行波原理的优化组合l优化组合行波测距的实施步骤：（1）初测（2）验证和校正 以初测获得的双端行波测距结果为参考，借助于专用的离线行波波形分析软件，通过 人工和计算机辅助分析本端记录到的故障暂态波形，并根据A型单端行波原理验证在允许的 误差范围内（一般不超过1 km）是否存在由故障点反射波（或对端母线反射波）引起的暂