基于行波技术的电力线路在线故障测距.

基于行波技术的电力线路在线故障测距1内容电力线路故障测距技术发展概况电力线路行波基本概念电力线路暂态行波的产生机理现代行波故障测距基本原理现代行波故障测距关键技术XC系列行波故障测距系统及其典型应用现代行波故障测距组网方案新一代行波故障分析主站（TAS2200）21.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20世纪（50～60）年代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。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。存在问题1）对行波现象的认识不充分；2）采用专用高频信号耦合设备，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。3（2）利用工频相量的故障测距技术20世纪70年代——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。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4（2）利用工频相量的故障测距技术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51.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20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。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61.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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。71.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山东科汇公司行波测距装置经历了三代。第1代：199581.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山东科汇公司行波测距装置经历了三代。第2代：200091.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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10内容电力线路故障测距技术发展概况电力线路行波基本概念电力线路暂态行波的产生机理现代行波故障测距基本原理现代行波故障测距关键技术XC系列行波故障测距系统及其典型应用现代行波故障测距组网方案新一代行波故障分析主站（TAS2200）112.电力线路行波基本概念波在介质中传播时不断向前推进，故称行波。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。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。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。为了分析电力线路行波现象，必须采用分布参数模型。122.电力线路行波基本概念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）不仅随时间变化，而且随距离变化，即fvvTl,),(,),(txiitxuu132.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。142.电力线路行波基本概念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。),(),(),(),(),(),(txitxutxitxutxutxuccZtxutxiZtxutxi),(),(),(),(152.电力线路行波基本概念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：)],(),([21),()],(),([21),(xtiZxtuxtuxtiZxtuxtucc162.电力线路行波基本概念行波具有运动属性vvxtvx),(xtu),(tvxttutvx172.电力线路行波基本概念行波具有运动属性)0,(tu线路首端和末端的前行波波形图0t)(tu),(LtuvL182.电力线路行波基本概念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。192.电力线路行波基本概念行波传播过程可以利用行波网格图来描述。202.电力线路行波基本概念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212.电力线路行波基本概念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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。22内容电力线路故障测距技术发展概况电力线路行波基本概念电力线路暂态行波的产生机理现代行波故障测距基本原理现代行波故障测距关键技术XC系列行波故障测距系统及其典型应用现代行波故障测距组网方案新一代行波故障分析主站（TAS2200）233.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243.电力线路暂态行波的产生机理故障分闸暂态行波的产生253.电力线路暂态行波的产生机理重合闸暂态行波的产生26内容电力线路故障测距技术发展概况电力线路行波基本概念电力线路暂态行波的产生机理现代行波故障测距基本原理现代行波故障测距关键技术XC系列行波故障测距系统及其典型应用现代行波故障测距组网方案新一代行波故障分析主站（TAS2200）274.现代行波故障测距基本原理利用故障暂态行波的测距原理（D型、A型）利用故障分闸暂态行波的测距原理（F型）利用重合闸暂态行波的测距原理（E型）各种行波测距原理的配合应用284.1利用故障暂态行波的测距原理故障暂态行波的传播过程294.1.1D型双端行波原理原理分析304.1.1D型双端行波原理原理分析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误差。现代行波故障测距系统的采样频率一般为1MHz，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1μs。314.1.1D型双端行波原理原理分析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。324.1.2A型单端行波原理标准模式334.1.2A型单端行波原理扩展模式344.1.2A型单端行波原理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算本端测量点或对端母线到故障点之间的距离。354.1.2A型单端行波原理实例分析故障点反射波（1）线路中点以内故障364.1.2A型单端行波原理实例分析（2）线路中点以外故障374.1.2A型单端行波原理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。384.1.2A型单端行波原理评价（1）准确性（2）可靠性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。394.2利用故障分闸暂态行波的测距原理F型标准模式404.2利用故障分闸暂态行波的测距原理F型扩展模式1414.2利用故障分闸暂态行波的测距原理F型扩展模式2424.2利用故障分闸暂态行波的测距原理F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端测量点或对端母线到故障点之间的距离。434.3利用重合闸暂态行波的测距原理E型标准模式444.3利用重合闸暂态行波的测距原理E型扩展模式1454.3利用重合闸暂态行波的测距原理E型扩展模式2464.3利用重合闸暂态行波的测距原理E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。474.4各种行波测距原理的配合应用D型和A型行波原理的优化组合F型和A型行波原理的配合E型和A型行波原理的配合F型和E型行波原理的配合484.4.1D型和A型行波原理的优化组合D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。A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。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。494.4.1D型和A型行波原理的优化组合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。504.4.1D型和A型行波原理的优化组合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