现代架空输电线路现代架空输电线路行波故障测距技术及其应用行波故障测距技术及其应用淄博科汇电气淄博科汇电气陈陈 平平 主主 要要 内内 容容输电线路故障测距技术开展过程输电线路故障测距技术开展过程行波根本概念行波根本概念现代行波故障测距根本原理现代行波故障测距根本原理现代行波故障测距关键技术现代行波故障测距关键技术XC-2000行波故障测距系统及其应用行波故障测距系统及其应用实例实例输电线路故障测距技术开展过程输电线路故障测距技术开展过程早期行波故障测距技术早期行波故障测距技术利用工频分量的故障测距技术利用工频分量的故障测距技术现代行波故障测距技术现代行波故障测距技术早期行波故障测距技术早期行波故障测距技术20世纪世纪5060年代年代根本原理：通过测量电压行波在故障点及母线之间的根本原理：通过测量电压行波在故障点及母线之间的 传播时间测距。传播时间测距。 分为分为A、B、C、D四种根本测距装置。四种根本测距装置。没有得到推广应用，原因是：没有得到推广应用，原因是：对行波现象的研究认识不充分；对行波现象的研究认识不充分；测量电压行波信号，需专用行波信号耦合设备，价格测量电压行波信号，需专用行波信号耦合设备，价格昂贵；昂贵；采用高速拍照方式记录行波波形，装置构成复杂，可采用高速拍照方式记录行波波形，装置构成复杂，可靠性差；靠性差；行波信号的分析处理手段有限行波信号的分析处理手段有限 利用工频分量的故障测距技术利用工频分量的故障测距技术120世纪世纪70年代年代根本原理：利用测量点的电压相量根本原理：利用测量点的电压相量和电流相量之间的关系测距。和电流相量之间的关系测距。分为阻抗法和故障分析法两大类。分为阻抗法和故障分析法两大类。 利用工频分量的故障测距技术利用工频分量的故障测距技术2阻抗法阻抗法 根据故障后线路一端的测量阻抗根据故障后线路一端的测量阻抗估算故障距离。估算故障距离。 测距精度受以下因素的影响：测距精度受以下因素的影响： 1 1过渡电阻过渡电阻 2 2电压、电流互感器变换误差电压、电流互感器变换误差 3 3三相不对称三相不对称利用工频分量的故障测距技术利用工频分量的故障测距技术3故障分析法故障分析法 根据故障后线路一端或两端的工频根据故障后线路一端或两端的工频电压、电流估算故障距离。电压、电流估算故障距离。 测距精度受以下因素的影响：测距精度受以下因素的影响： 1电压、电流互感器变换误差电压、电流互感器变换误差 2三相不对称三相不对称 3系统阻抗系统阻抗现代行波故障测距技术现代行波故障测距技术120世纪世纪90年代年代 A、D、E三种根本测距原理三种根本测距原理开展原因开展原因 1计算机仿真技术使人们对行波现象的认识不断计算机仿真技术使人们对行波现象的认识不断 深入、完善；深入、完善； 2普通电流互感器普通电流互感器TA高频传变特性的发现和高频传变特性的发现和验证验证 使得行波耦合方式得以大大简化；使得行波耦合方式得以大大简化； 3现代微电子技术使行波信号的采集、记录、处理现代微电子技术使行波信号的采集、记录、处理 成为可能；成为可能； 4应用应用GPS技术可以实现技术可以实现1us精确对时；精确对时； 5现代通信技术的开展；现代通信技术的开展； 6现代数字信号处理技术的开展；现代数字信号处理技术的开展； 7小波分析技术的开展。小波分析技术的开展。现代行波故障测距技术现代行波故障测距技术2开展趋势开展趋势 1智能化智能化 自动波形分析小波、神经网自动波形分析小波、神经网络、专家系统等络、专家系统等 2保护、录波、测距一体化保护、录波、测距一体化 行波距离保护行波距离保护行波根本概念行波根本概念1输电线路上的行波是指沿线路传播的电压、电输电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。行波分为稳态行波称为反向行波反行波。行波分为稳态行波和暂态行波；波和暂态行波；稳态行波是指系统正常运行时沿线路传播的行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；交换是通过稳态行波的传播来实现的；暂态行波是指系统运行过程中突然出现，而后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路、断线、开关操作、雷击及雷电感应等引起的；的；行波根本概念行波根本概念2行波现象可以用建立在分布参数线路模行波现象可以用建立在分布参数线路模型根底上的电报方程来描述。通过求解型根底上的电报方程来描述。通过求解电报方程所得到沿线各点的电压和电流电报方程所得到沿线各点的电压和电流均包含正向和反向两局部行波分量；均包含正向和反向两局部行波分量；由线路故障在线路上某一点产生的暂态由线路故障在线路上某一点产生的暂态行波分量可以利用该点的暂态电压、电行波分量可以利用该点的暂态电压、电流故障分量突变量的线性组合来提流故障分量突变量的线性组合来提取；取；行波根本概念行波根本概念3暂态行波分量含有从低频到高频的各种暂态行波分量含有从低频到高频的各种频率分量。不同频率的行波分量具有不频率分量。不同频率的行波分量具有不同的衰减时间常数，因而暂态行波在线同的衰减时间常数，因而暂态行波在线路上传播时必然要发生波形的畸变称路上传播时必然要发生波形的畸变称为幅值畸变。另一方面，不同频率的为幅值畸变。另一方面，不同频率的行波分量还具有不同的传播速度，这同行波分量还具有不同的传播速度，这同样会导致暂态行波波形的畸变称为相样会导致暂态行波波形的畸变称为相位畸变；位畸变；暂态行波的传播特性随频率变化的现象暂态行波的传播特性随频率变化的现象称为频散称为频散frequency dispersion。行波根本概念行波根本概念4行波浪涌到达线路上波阻抗不连续点行波浪涌到达线路上波阻抗不连续点( (如母线、如母线、故障点等故障点等) )时将同时产生反射和透射现象，相时将同时产生反射和透射现象，相应反射波和透射波的性质与该点的网络结构有应反射波和透射波的性质与该点的网络结构有关；关；行波根本概念行波根本概念5三相线路各相之间存在着电磁耦合，描述每一三相线路各相之间存在着电磁耦合，描述每一相行波的电报方程是不独立的。一般通过相模相行波的电报方程是不独立的。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简化求解过程；种独立的行波模量来分析简化求解过程；地模行波分量在传播过程中将发生严重的衰减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，而线模行波分和畸变，其传播速度也不稳定，而线模行波分量在传播过程中的衰减和畸变程度较小，其传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。因而在行波故障测距中一播速度也比较稳定。因而在行波故障测距中一般选用线模行波分量来构造测距算法；般选用线模行波分量来构造测距算法； 行波根本概念行波根本概念6暂态行波的传播过程可以利用行波网格图来描述。暂态行波的传播过程可以利用行波网格图来描述。现代行波故障测距根本原理现代行波故障测距根本原理单端单端A A型测距原理型测距原理双端双端D D型测距原理型测距原理单端单端E E型测距原理型测距原理单端单端A型测距原理型测距原理根据到达母线的故障初始行波脉冲S1与由故障点反射回来的行波脉冲S2 之间的时间差测距XL = v /2 = vTS1-TS2/2优点：只需要在线路一端安装装置缺点：波形分析困难，可靠性差RSt初始行波故障点反射波TS1TS2TS3F双端双端D型测距原理型测距原理 利用故障初始行波到达利用故障初始行波到达线路两端的时间计算故障线路两端的时间计算故障距离：距离：XL =XL =TS-TRTS-TRv + L/2v + L/2优点：可靠性高，测距准优点：可靠性高，测距准确。确。缺点：需要在线路两端安缺点：需要在线路两端安装装置及通信配合。装装置及通信配合。RSFTrtTst单端单端E型测距原理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：适用于测量永久短路及断线故障RSFt合闸脉冲故障点反射脉冲现代行波故障测距关键技术问题现代行波故障测距关键技术问题1行波信号的耦合行波信号的耦合 1 1专用耦合设备专用耦合设备 2 2光电压、电流互感器光电压、电流互感器 3 3常规保护常规保护TATA 科汇在世界上首次提出利用普通的电科汇在世界上首次提出利用普通的电流互感器耦合电流行波，并通过数字仿流互感器耦合电流行波，并通过数字仿真分析及对实际真分析及对实际TATA的测试证明之。的测试证明之。 优点：实现简单、本钱低、灵敏度高。优点：实现简单、本钱低、灵敏度高。现代行波故障测距关键技术问题现代行波故障测距关键技术问题2电压行波电压行波暂态测量电流暂态测量电流暂态测量电压暂态测量电压现代行波故障测距关键技术问题现代行波故障测距关键技术问题3行波分量的提取行波分量的提取 正向行波母线到线路方向：正向行波母线到线路方向： u+ = (u + i * Zc)/2 u+ = (u + i * Zc)/2 i+ = u+ / Zc i+ = u+ / Zc 反向行波线路到母线方向：反向行波线路到母线方向： u- = (u - i * Zc)/2 u- = (u - i * Zc)/2 i- = -u- / Zc i- = -u- / Zc现代行波故障测距关键技术问题现代行波故障测距关键技术问题4高速采集技术高速采集技术 1 1可以实现单端行波故障测距；可以实现单端行波故障测距； 2 2可以补偿双端行波测距误差。可以补偿双端行波测距误差。GPSGPS同步技术同步技术 1 1线路两端装置要有线路两端装置要有1us1us的时间同步的时间同步精度，精度， 以保证测距精度；以保证测距精度； 2 2使用使用GPSGPS同步时钟可以实现同步时钟可以实现1us1us时间时间同步。同步。现代行波故障测距关键技术问题现代行波故障测距关键技术问题5远程通信技术远程通信技术 1 1装置之间可以使用装置之间可以使用 网、网、INTERNETINTERNET数据网、电力系统专用通数据网、电力系统专用通信通道等广域通信网互联，交换数信通道等广域通信网互联，交换数据，实现双端测距；据，实现双端测距； 2 2由于不需要在故障后立即动作，由于不需要在故障后立即动作，不要求为测距装置之间设置常备通不要求为测距装置之间设置常备通信通道。信通道。现代行波故障测距关键技术问题现代行波故障测距关键技术问题6行波故障测距系统行波故障测距系统广域通信网测距装置测距装置测距装置测距装置PC主站现代行波故障测距关键技术问题现代行波故障测距关键技术问题7行波分析技术行波分析技术 1 1人工分析技术人工分析技术 2 2相关分析技术相关分析技术 3 3小波分析技术小波分析技术 4 4计算机仿真技术计算机仿真技术XC-2000行波故障测距系统行波故障测距系统系统构成系统构成应用实例应用实例 网/广域网 Modem/网卡 Modem/网卡 Modem/网卡 Modem/网卡调度中心PC机科汇技术效劳PC机XC-2000系统构成系统构成XC-2000XC-2000站端行波采集与分析系统站端行波采集与分析系统GPSGPS同步时钟同步时钟XC-21XC-21行波采集单元行波采集单元当地处理机当地处理机中央处理单元中央处理单元高速采集电路高速采集电路GPSGPS接口电路接口电路I/OI/O接口电路接口电路键盘显示键盘显示接口电路接口电路TATATVTV 专用专用电流电流耦合耦合器器当地处理机当地处理机调度调度线路对端线路对端所在变电所所在变电所XC-2000调度端行波分析系统调度端行波分析系统自动双端测距人工波形分析计算机辅助分析行波数据库管理XC-2000应用实例应用实例交流线路交流线路平均绝对误差：平均绝对误差： 400 m 400 m典型实际故障及典型实际故障及XC-2000测距结果测距结果序号序号故障故障时间时间故障故障线线路路分析距离分析距离（kmkm）实际实际故障距离故障距离（kmkm）绝对误绝对误差差（m m）11997-06-30/08:01:30500kV董辽线（董家变辽阳变）129.3（距辽阳）128.5（距辽阳）80021997-07-05/16:23:45临邑变110kV黄一临线23.722372031997-12-14/02:17:49陇西变330kV陇马线75.8（距对端）75.5（距对端）30041998-04-28/20:35:48九里变220kV龚九一线6.56.5858551998-07-04/21:28:54董家变500kV元董一线177.617760061999-06-23/11:29:18浮石变110kV麻浮线44.9（距对端）44（距对端）90071999-06-25/10:12:50赵庄变110kV赵石线1.42142081999-07-11/14:36:53洛埠变110kV杨埠线6.7（距对端）6.5（距对端）20091999-07-25/13:36:33临邑变220kV济临线15.5915.2390102000-04-27/17:30:08500kV双玉二回*（双河变玉贤变）0.2（距双河）双河侧出口故障（CT爆炸）200112000-06-21/15:36:04金锁变330kV金延线7.58500122000-06-23/17:36:17110kV埠屯线*（洛埠变浮石变）6.3（距洛埠）6.2（距洛埠）100132000-09-17/17:49:28碧口电厂220kV成碧线47.247.4200142001-06-12/18:06:10陇西变330kV陇雍线75.7（距对端）76（距对端）300152001-07-04/14:57:38陇西变330kV陇炳一线108.2108200 注：带“*线路的两端装有同步的测距装置，其它线路只在本端装有测距装置。 XC-2000测距误差曲线测距误差曲线19972001典型实际故障及典型实际故障及XC-2000测距结果测距结果序序号号故障故障时间时间故障故障线线路路分析距离分析距离（kmkm）实际实际故障距离故障距离（kmkm）绝对误绝对误差差（m m）12001-04-29/04:03:25绥化变220kV绥铁线62.562.5353522001-07-21/01:31:56220kV康绥乙线（康金变绥化变）31.8未找到32002-04-05/14:33:07220kV康绥甲线（康金变绥化变）37.23720042002-04-09/04:51:14绥化变220kV绥铁线90.890.59920152002-04-16/04:29:39220kV康绥甲线（康金变绥化变）98.9554562002-06-19/15:40:42220kV康绥甲线（康金变绥化变）3030.4400 注：带“*线路的两端装有同步的测距装置，其它线路只在本端装有测距装置。湖北双河变电站500kV双玉线故障波形及测距结果 柳州洛埠变电站110kV屯秋线故障波形及测距结果甘肃天水 陇西变电站330kV陇秦线于98-03-18/09:59:42C相接地故障采集的故障电流行波数据故障点反射四川乐山 九里变电站220kV龚九线于98-04-28/20:35:48，C相接地故障采集的故障电流行波数据故障点反射97年6月30日上午，董辽线C相129km处故障。线路对端反射其他线路末端反射故障点反射谢谢大家！谢谢大家！