山东科汇电力行波测距技术讲座.pdfx

1早上好！GOODMORNING！2行波测距技术讲座徐丙垠山东理工大学科汇电力自动化股份有限公司[e-mail]2014-07-023主要内容概述输电线路行波过程行波测距原理行波信号的测量行波波形分析概述4缩短故障修复时间，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碧口电厂送出线曾连续发生四次树枝碰线故障绝缘子滑闪曾在湖北发现线路对地放电点运行规程要求，线路出线跳闸必须找出故障原因及故障点，误差在3%以内。故障测距的作用6故障测距方法故障分析法：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。其他方法。故障测距技术发展阻抗法：测量故障回路阻抗换算故障距离误差经常在几公里、十几公里以上，不满足快速查找故障点的要求。不适用于直流输电线路、带串补电容线路、T接线路等不能解决配电线路小电流接地故障测距～ZlVmImZm=Vm/Im=Rm+jLm=x.R0+x.L0x----故障距离R0,L0----单位长度电阻、电抗值8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）影响长线分布电容难以获得准确的零序参数，线路走廊地形变化，引起零序参数变化。阻抗法测距误差大9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行波测距原理：利用故障行波在线路上的传播时间测距早期行波装置：上世纪50年代，美国、日本等开展过行波测距的研究。有A、B、C三种型式的方法早期行波测距装置利用电压行波测距法，原理有缺陷，技术不成熟，成本高，可靠性达不到实用化要求，60年代被逐步放弃。变电所行波测距技术的发展行波测距技术的发展（续）1990年代初，行波测距技术研究取得突破暂态行波信号的高速采集、记录与分析发现电流互感器能够传变电流行波信号采用GPS对时，精度达到1us。科汇公司致力于行波测距技术的开发与推广应用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。2014年推出新一代行波测距系统11在国内推广应用2000多套，覆盖了全国50%以上的超高压输电线路三峡电力外送、西电东送交/直流输电线路大同-北京500kV带串补电容交流输电线路青藏铁路配电线路晋东南-荆门1000kV交流国内所有400kV及以上直流输电线路国内应用情况国际上推广应用情况在国际上已发展成为主要的输电线路故障精确测距技术写入IEEE《微机继电保护》教程与《故障测距导则》国际大电网会议CIGRE最近成立故障测距工作组，调研行波测距技术。已在美国、英国、俄罗斯、南非、阿根廷、马来西亚等40多个国家获得应用科汇公司已在国际上销售近300多套行波测距设备为阿根廷国家电网、马来西亚（东马）电网建设了行波测距系统正在承建法国电网的行波测距系统13最新技术发展与展望最新技术发展广域行波测距技术故障、雷电与开关操作识别技术IEC61850标准的应用展望单端波形自动分析技术绝缘子闪络在线监测技术行波电子互感器技术14输电线路波过程1516什么是行波？沿输电线路传播的电压、电流信号长线中的电磁现象，由电报方程来描述长线：线路长度与信号波长相比不可忽略稳态行波系统正常运行时沿线路传播的行波由系统的电源产生的暂态行波在系统运行过程中突然出现的行波由短路、断线、开关操作、雷击及雷电等引起的暂态行波过程沿线路行进的电压或电流信号浪涌电压行波：建立电流到达处的线路分布电容的电场的充电电流电流行波：线路分布电容的充电电流正向行波：前进方向与参考方向相同反向行波：前进方向与参考方向相反线路上某点观测到的行波是多个行波浪涌的叠加18故障行波属于故障分量，可以看成由在故障点插入的虚拟电压源产生的。虚拟电源电压源幅值等于故障点故障前电压，相位相反。t=0故障行波1919故障电压、电流行波向线路两端传播t=0U,iU,i波阻抗线路中一对正向或反向电压、电流波之间的幅值之比，而不是任一点电压、电流瞬间幅值之比与线路本身的结构、绝缘介质及导体材料有关，而与长短无关架空线路波阻抗300~500左右电力电缆波阻抗在10～40左右20000==uuLZCii21波速度SCLv001取决于周围介质参数不考虑损耗，与导体面积、材料无关。架空线路中在291～294km/ms，一般选为292km/ms。交联聚乙烯电缆约为170m/us22反射和透射行波在阻抗不连续点产生反射和透射23反射系数电压、电流的反射系数相反1212ZZZZuiu24开路电压反射系数为1，电流反射系数为-1。端点电压加倍，电流为零。短路电压反射系数为-1，电流反射系数为1。端点电压加零，电流加倍。1u1u1i1i开路与短路的反射系数25透射系数1222ZZZu电压、电流透射系数相同iu彼得逊法则波过程的戴维南定理用于计算单个入射波在某点产生的电压、电流线路等值为波阻抗，入射波等值为两倍的电动势。26行波在故障点的反射27Z1=ZcZ2=RfZc(Rf+Zc)电压反射系数：ρ=(Z2-Z1)(Z2+Z1)=-1/（1+2K）K=Rf/Z0彼得逊等值电路28线路电阻使行波在传输过程中幅值下降、上升速度变缓不同频率的行波分量衰减系数与传播速度不一样低频分量速度慢、衰耗小高频分量速度快、衰耗大速度随频率上升而上升，频率超过1kHz时趋于稳定。线路损耗的影响29远端电压网格分析图直流电源在t=0时接通行波测距原理3031SR行波测距系统通信网络主站TDUTDUTDU—行波数据采集单元D型双端测距原理利用线路两端测量到的故障初始行波到达时间进行测距32TsTRSR故障点到母线S：LvTTXRSS)(21LvTTXSRR)(21L–线路长度V–波速度故障点到母线R：33TsTRSR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。双端D型原理的评价简单、可靠需要在线路两侧安装行波采集装置需要从其他方法获知故障线路使用变电站S和R的行波到达时间可以计算获得实际故障点距离使用变电站R和T的行波到达时间计算获得的故障点位置在母线R34SRTFW型广域行波测距原理以最早检测到故障行波初始的变电站为参考变电站SubstationN搜寻获得邻近变电站启动时间队列SubstationK,V,P,Q35使用基于路径的双端测距公式，代入邻近变电站与参考变电站启动时间，获得可能的测距结果集LocationF（fromNvs.P&Nvs.M)andN(fromNvs.K&Nvs.V)由测距结果集搜寻故障初始行波传播到各变电站的可能传播路径模式与实际记录的各变电站启动时间匹配度最好的传播路径模式对应的故障点则是真正的故障点广域测距原理的评价行波测距技术的最新研究成果可以同时识别故障线路和故障点位置具有更好的可靠性即使故障线路一侧装置异常，未能捕捉到故障行波3637Ts1Ts2ttSR)(212112SSSTTvtvX故障点到母线S的距离：A型单端测距原理只需要在线路一端安装装置，投资少波形分析困难，可靠性差可作为其他方法的补充3838可适用于线路断线故障通过测量重合闸脉冲在故障点的反射到达时间测距：E型单端测距原理tvXL21RSFttRS短路故障开路故障ttT接线路的行波测距线路三端TDU启动时间两两计算可获得三个双端测距结果S1和S2S1和S3S2和S3如果故障点在T接点上三个双端测距结果都定位在T接点如果故障点不在T接点上两个双端测距结果定位在实际故障点一个双端测距结果定位在T接点3940架空、电缆混合线路行波测距总加各段等效线路长度，获得整条线路的等效长度使用双端测距原理计算等效后的线路故障距离将等效后的线路故障距离折算为实际故障距离等效线路长度：分别将各架空、电缆段折算为标准波速度（300km/ms）的等效线路长度svxl41架空、电缆混合线路行波测距（续）41等效线路全长是115.32km实际故障距离是60km等效故障距离是68.39km当标准波速度=300km/ms时各段的等效线路长度波速度290km/ms的50km架空线段的等效长度是51.72km波速度180km/ms的20km电缆线段的等效长度是33.3km波速度297km/ms的30km架空线段的等效长度是30.3kmsv行波信号的测量4243行波测量要求500m测距精度要求行波检测延迟不大于3μs行波信号3μs上升速度对应大致100kHz带宽行波信号传感器带宽不小于100kHz行波信号检测门槛值44传统行波测量方法长期以来人们认为PT、CT不能传变行波信号。早期行波装置采用电容分压器测量电压行波成本高安装不方便出线多时母线电压幅值小，上升慢。45电流互感器能够传变行波信号1980年代末发现CT能够传变行波信号，上升速度达1us，满足行波测距要求。CT具有安装方便、成本低的优点测量电流行波具有更高的灵敏度有1条其他出线，电压、电流等于入射波。有2条其他出线，电流是入射波的1.33倍，电压是入射波的0.667。母线出线多时，母线阻抗接近零，电流加倍，电压为零。4622()1121FmFcmFunniInznuun47母线电容加快电流上升，延缓电压上升48单出线母线电压的测量单出线母线上没有其他出线，母线电容产生的电流信号很小，持续时间很短。需要利用电压行波测距以保证灵敏度49电压信号测量方法电磁型PT可以传变行波信号CVT不能传变行波信号扼流圈电感阻挡了高频行波信号利用卡式CT测量CVT电容电流间接测量电压行波C1C2iuF扼流圈50电容电流与母线电压波形2电容电流：母线电压：2(1)=tmctmCEiezuEeZC51直流线路中通过测量电容电流测量电压行波电压型与电流型行波测距比较电流型电压型优点•电流行波适用于母线有两条及两条以上线路的情况•波形上升快，波形拐点明显，•电流信号抗干扰能力强•应用较多，相对成熟。适用于母线上只有一条线路的情况不足不适用于母线上只有一条线路的情况•母线上线路多时，不适用•波形上升缓慢，误差大•电压信号更容易受干扰•需加装CT测量CVT电容电流行波波形分析问题53故障产生的行波-三相短路对于500kV线路，故障瞬间故障点电压值按最大值考虑，线路波阻抗取300Ω，故障点行波电流幅值为：54P500*2=1.363300fCUikAZ故障产生的行波-单相接地55500kV线路，故障瞬间故障点电压值按最大值考虑，线路零序波阻抗取500Ω，线模波阻抗300Ω，故障电阻100Ω，故障点行波电流幅值为：0fP01233*=1.64(/2/2/23)ffiiUkAZZZR线路中行波电流为0.82kA短路电流波形5657典型双端波形-1陕西罗敷变电站110kV罗张线故障波形及测距结果58湖北双河变电站500kV双玉线故障波形及测距结果典型双端波形-259柳州洛埠变电站110kV屯秋线故障波形及测距结果典型双端波形-3602002年2月6日7时，葛上直流线路故障，距离南桥86km。典型双端波形-4故障点在线路中点以内，第二个行波脉冲是故障点反射波。ti(t)故障初始行波故障点反射波TS1TS2TS3F单端波形分析6262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。。故障点反射典型单端波形-163四川乐山·九里变电站220kv龚九Ⅰ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典型单端波形-264典型单端波形-32002年1月19日8时，葛上线故障，距离麦元站124.3km。65典型单端波形-4RSFt故障初始行波故障点反射波TS1TS2TS3对端反射波第二个