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1、WGXD2007输电网故障行波定位系统技术说明书二OO七年一、概述高压输电线路输送距离长，暴露在旷野，且多为山区丘陵地形，易发生故障。 故障点的快速、精确定位，一直是电力部门尚未解决的难题，对电力系统的安全 运行构成较大威胁，也给线路运行维护人员带来了繁重的负担。本产品在前期研究并获 3项发明专利的电压行波故障定位方法、专用行波传 感器和高精度 GPS 同步时钟的基础上，研究开发了一种原创性的具有广泛应用前 景的高精度电网故障定位技术。该技术通过检测由故障点产生沿输电线路以接近 光速的速度传输到电网中各变电站的暂态行波信号，记录故障行波到达各变电站 测量点的 GPS 同步时钟精确时间值，由故障
2、线路两侧变电站测量到的 GPS 时间差 计算故障点精确位置。故障行波定位系统由各变电站的故障行波采样单元通过通讯网络与安装在调 度的故障定位主机相连组成，实现对整个电网各种故障的精确定位，且可以用于 电网相角测量。具体实现时，装置通过电压互感器和电流互感器直接提取故障行 波波头，启动记录行波波头到达的 GPS 时间并传输到安装在调度中心的故障行波 定位主机，根据输电线路两端测量的故障行波到达时间差计算故障点位置。并把 故障数据信息通过 Web 服务器发送到各故障线路两侧变电站的主管电业局，便于 电业局迅速进行故障处理。二、产品的主要特点 改变传统按输电线路进行故障定位方式，两个故障行波定位屏完
3、成单条输电 线路故障定位；该系统按电网进行故障定位，在每个变电站仅需安装一套行 波采集装置，便可实现整个电网的故障定位； 行波定位装置分别从电压互感器、电流互感器和专用行波传感器提取故障行 波波头，造价低，安装简单，满足电力系统安全运行要求； 采用高精度晶振同步 GPS 时钟，产生高精度时间同步信号，能有效消除 S.A.干扰，在卫星正常接受条件下时间误差不高于0.1口 S,卫星失步一小时的条 件下时间误差不高于1口S； 故障定位精度高，现场试验测试表明：定位误差小于 150 米； 定位装置具有较高的运行可靠性，能够满足对雷击闪络、断线、碰线、污闪 等各种类型故障的准确定位，尤其适用于高阻接地故
4、障的定位； 软件采用 Windows 操作平台，基于 C+Builder5 开发，采用图形界面，运行 稳定、升级方便、操作简单，可与变电站综合自动化系统及调度中心通讯； 具有完整的软硬件自检功能，设有掉电保护，抗干扰能力强。三、故障行波定位基本原理目前电力系统普遍采用的故障后工频或谐波分量进行输电线路故障定位，该 定位方法的精度和可靠性通常有依赖于线路电压电流测量精度和系统参数整定 准确度；定位结果与变电站CT、PT参数、线路参数及系统参数密切相关；各个 环节的误差都会影响定位结果。在实验条件下，不考虑各种测量误差和整定误差， 定位误差可以小于线路全长的 1%。而在实际现场运行中，尤其在高阻故
5、障及瞬 态碰线故障中，定位误差远大于此值，甚至超过线路全长的50%，对于远距离输 电线路误差有时大于50kM。为提高故障定位的精度和可靠性差，国内外采用故 障行波进行定位，行波定位方法不受系统参数影响、定位精度和定位可靠性高。故障行波定位原理如下图所示，输电线路mn在F点发生故障，故障点产生 的暂态行波以接近光速的速度v向输电线路两端传播，并在波阻抗不连续的地方 （如：母线和故障点）发生反射和折射。若行波第一次到达m、n端的时间t和1t 能准确测量，则可以计算故障点距m端的距离为（1为线路全长）：1(t t )v + 111 DmF2在互连的电力系统中，只需在每个变电站安装一套故障行波采集装置
6、， 记录任一输电线路故障产生的行波到达每个变电站的精确时间，由故障线路两 端各任一变电站所记录的行波到达时间就可以实现故障点位置的精确计算， 完 成整个电网故障定位。变电站c故障定位网络四、输电网故障GPS行波定位系统介绍1故障行波定位系统组成如下图所示，由前置模块、GPS时钟模块和行波到达时刻记录回路(行波 采样单元)构成故障行波采集装置，通过通讯网络与安装在调度的故障定位主机 相连，组成故障定位系统。各变电站故障行波采集装置检测由故障点产生并传输 到该变电站的故障行波，记录行波波头到达的 GPS 高精度同步时钟时间；故障 定位主机对电网中各变电站记录时间数据进行配对，剔除干扰信号影响，可靠
7、提 取故障行波波头到达各变电站的正确时间；线路故障跳闸后，由行波波头到达故 障线路两侧变电站的高精度时间差及行波传播速度精确计算故障点位置。故障行波定位通讯网络为一个主站多个从站的模式，可以选择采用GPRS、光 纤、载波或电话线等通讯方式。其中GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，为GSM用户提供分组形式的数据业务；GPRS已在 工业控制、环境保护、道路交通、商务金融、移动办公、零售服务等行业中的应 用具有无可比拟的性价比优势，且具有高速的数据传输和永远在线特点，适合应 用于故障行波定位网络。由于电网中行波信号很少出现，为了实时检测故
8、障定位系统是否正常运行，上图中设计了一方波化电路对电压波形进行方波化，实时测量三相电压波形过零 点绝对时间，计算输电线路首末端电压波形过零时间的相位差，实现输电线路功 角测量。因此该电网故障行波定位系统同时可以实现高精度的相角测量。2. 故障行波定位系统输入输出要求1）安装穿芯式行波传感器，输入三相故障行波信号： 4个穿芯式行波传感器分别安装在：CVT A相地线、CVT C相地线、电容 式CT B相末屏地线、变压器B相末屏地线； 穿芯式行波传感器与一次系统无直接的电联系，负载容量很小，可以忽略；2）输入三相电压互感器副边信号（57.7V）和电流互感器副边信号（5A）,负载小于0.1VA，用于三
9、相故障行波信号检测；3）CVT开口三角出口安装分压式行波传感器，输入零序电压行波信号，负载小于 0.1VA；4）输入CVT A相副边信号（57.7V），负载小于0.1VA，用于实时相角测量;5）输入三相断路器动作信号，采用空节点形式输入，用于启动显示故障定位结果；6）输出故障定位结果、装置异常信号和相关历史记录；并通过Web服务器，实现远方对装置的实时监测和控制；7）电源 故障行波采集装置组屏安装在控制室，由20W的交流电源供电； 安装在调度中心的故障行波定位屏由220V 250W的交流电源供电。8）GPS天线，20米长，要求安装在开阔的地方。3. 行波传感器现场安装图行波传感器现场安装图行波
10、传感器安装尺寸安装要求(a) 行波传感器的安装行波传感器为一圆筒，外径150mm、内孔直径40mm、高120mm、底部四 个安装孔的直径均为6mm，安装在水泥柱或专用支架上。CVT接地线、电 容式CT套管的接地线或变压器套管的接地线从内孔中穿过。传感器输出信 号引入故障行波采集装置。(b) 行波定位主机的安装故障行波定位主机组屏安装在变电站控制室内。(C)故障行波采集装置的安装故障行波采集装置组屏安装在变电站控制室内。4输电网故障GPS行波定位屏结构故障行波采集装置、故障定位主机和打印机安装在一个标准屏内，结构如上图所示：5. 故障行波采集装置结构及接线故障行波采集装置的背板结构和接线下图所示
11、邑逅板亓入扳 1巧逼上_ cpu匸 电氏冰 .：tw 新:碱翅 CFim液疝 尹入籽故障行波采集装置背视图上图中，故障行波采集装置由6部分组成：电源板、开入板、行波板、CPU 板、电压电流板和时钟板。各板的外部接线如下：1）电源板接220V交流电（UPS）或直流电源；2）开入板接断路器常开触点，YX0-YX19为信号输入端，COM为公共端；3）行波板可接 4 路行波传感器信号、2 路 3U0 信号和 1 路功角信号；4）CPU板通过232串口或GPRS （可选）与行波定位计算机通讯；5）电压电流板接互感器的输入信号，可接 2 路电压互感器信号和2 路电流 互感器信号（可调）；6）时钟板接GPS
12、天线信号，并可通过232串口进行GPS校时。6. 故障行波采集单元机箱外壳尺寸正面图C-C-CCC- DDDDDDDDSCiOOWWiOCCKiCCCC tCEEi&OOi(iVGC；G CCCCCC 口口口QODOQQQ打 ?!； CCCCCC D D D D D D D O C C O C ?CC-C-CC DDDDDDDDSCiWVVVVCiCiOCdCCC ： DDDDDDDEi!?QV)CCiVCiiCiCIVVVCCD-tCDDDDPDDDEiEi&OCiVVIKICIlflGCG CCC-DCC- DDDDDDDDE?OOOW?!CCC ： D D D D D D D D EH?
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