1、输电线路故障行波测距技术输电线路故障行波测距技术科汇电气有限公司科汇电气有限公司故障测距的作用故障测距的作用 缩短故障修复时间，提高供电可靠性，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，及时处理，防止故障的再一次发生。 概述 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。故障测距方法 概述（续）阻抗测距原理阻抗测距原理 根据在母线处测量到的阻抗（电抗）值计算故障距离 Zm = Vm/Im = Rm + jLm = x.R0 + x
2、.L0 x-故障距离 R0,L0-单位长度电阻、电抗值ZmVmIm 阻抗法 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 线路走廊地形变化，引起零序参数变化。阻抗法测距误差大阻抗法测距误差大 阻抗法（续） 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阻抗法适用性差 阻抗法（续）变电站测量行波在母线与故障点之间的传播时间来测定线路故障距离（时间X速度），测距精度高，适用范围广。最早提出的电压行波测距法原理上有缺陷，且没有解决好行波信号的测量、超高速记录、分析等问题。直到二十世纪九
3、十年代，行波测距技术一直没有获得实际的推广应用。 行波法 现代微电子技术技术的发展为研究新的行波测距方法与设备创造了条件 科汇公司于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。 行波法（续）Ts1Ts2t tSR单端电气量（单端电气量（A A）测距法测距法行波测距原理行波测距原理)(212112SSSTTvtvX故障点距S变电站距离：V - 波速度 行波法（续）TsTR SR双端电气量（双端电气量（A A）测距法测距法 故障点距S变电站距离： 故障点距R变电站距离：LvTTXRSS)(21LvTTXRSR)(21L - 线路全长 行波法（续）利用重合闸的（利用重合闸的（E
4、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：tvXL21RSFt合闸脉冲故障点反射脉冲t 行波法（续） 单端法优点：只需要在线路一端安装装置，投资少；缺点：波形分析困难，可靠性差 双端法优点：可靠性高，测距准确；缺点：需要在线路两端安装装置及通信配合。 利用重合闸信号的方法适用于测量永久短路及断线故障 实际应用中，三种方法配合使用，确保测距可靠性及精度。 行波法（续）行波信号的测量行波信号的测量 保护与测距利用信号的带宽常规电流、阻抗等保护： 0-1KHz （50Hz）阻抗测距装置：0-1KHz（50Hz）行波保护： 0-2KHz行波测距：0-300KHz，距离分辨率
5、500m 电容式电压互感器（CVT）不能传变电压行波，早期行波测距使用电容分压（耦合器）测量电压行波，安装复杂，需要额外投资。 光PT、CT离商业化应用有距离。 核心技术利用普通的电流互感器测量电流行波利用普通的电流互感器测量电流行波 科汇在世界上首次提出利用普通的电流互感器测量电流行波，并通过数字仿真分析及对实际CT的测试证明之。 利用CT测量电流行波优点象常规的保护录波装置一样接入，具有简单、易于实现的优点。不需要额外投资由于母线有较大的分布电容，母线处感受到电压行波波头幅值较小且上升速度慢，而电流行波波头却有较大的幅值且上升速度很快，利用故障电流行波检测灵敏度高。 核心技术（续）电压行波
6、电压行波电流电流行波电压行波电流行波比电压行波上升速度快电流行波比电压行波上升速度快 核心技术（续）直流输电线路行波测量方法直流输电线路行波测量方法线路电压行波会在载波耦合电容上产生脉冲电流C平波设备直流输电线路直流系统电压、电流互感器不满足测量线路行波的要求使用一个小型电流互感器，可以间接直流输电线路故障行波。 核心技术（续）超高速行波数据采集技术超高速行波数据采集技术徐丙垠徐丙垠:u 普通的计算机（CPU）控制的数据采集技术不能满足记录高频行波(250KHz)信号的要求CPUu 设计了专用硬件超高速数据采集电路，记录故障行波数据。超高速数据采集电路u 采用双RAM切换技术，实现暂态行波信号
7、的“无死区”记录，避免因连续雷电干扰漏记故障行波，造成测距失败。双RAM切换控制电路 核心技术（续）TsTR SR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。GPSGPS时间精确同步技术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。 核心技术（续）行波脉冲的常规越限检测方法，抗干扰能力差、时间精度低。行波脉冲的小波检测技术行波脉冲的小波检测技术将行波信号进行二进制小波变换后，得到模极大值信号图。将模极大值出现的时间确定为信号突变出现时间。根据不同频带下模极大值的大小与极性判断检测到的信号突变是否是来
8、自故障点的行波脉冲 核心技术（续）SR远程通信技术远程通信技术电话网电话网/广域网广域网PC主站 核心技术（续）测距设备构成及各部分分工测距设备构成及各部分分工 XC行波测距装置主要由主要由T-GPS、XC-21、当地机当地机(含含XC-2000软软件件)、MODEM等构成。等构成。GPS：主要任务是给主要任务是给XC-21对时；对时；XC-21：接受接受GPS卫星对时信号，捕捉行波信卫星对时信号，捕捉行波信号并缓存，然后传给当地工控机；号并缓存，然后传给当地工控机；当地机及当地机及XC-2000软件：软件：接收接收XC21送来的行波送来的行波数据并保存，提供当地分析功能、数据远传功数据并保存
9、，提供当地分析功能、数据远传功能。能。中心处理单元GPS单元人机界面RS-232高速数据采集 装置构成电原理框图装置构成电原理框图 XC行波测距装置（续）装置运行中的注意事项装置运行中的注意事项GPS：天线安装位置合适，保证天线安装位置合适，保证GPS不失步运不失步运行。（失步时有指示灯闪烁行。（失步时有指示灯闪烁;同时同时,XC-21提示提示ERROR 3错误）错误）XC-21：主要不应提示主要不应提示 ERROR 2,3,21错误。错误。ERROR 2:收不到收不到GPS串口信号；串口信号； ERROR 3：GPS失步；失步； ERROR 21：不能与后台机通讯不能与后台机通讯当地机及软件
10、：当地机及软件：停止运行时，停止运行时，20分钟后分钟后XC-21会提示会提示ERROR 21错误（以提示停止与错误（以提示停止与XC21通通讯）。同时，远程通讯功能丧失，讯）。同时，远程通讯功能丧失，MODEM不不能应答（只有能应答（只有33.6k灯亮，灯亮， MODEM不能应答不能应答；能应答时，；能应答时，33.6K灯、灯、TR灯同时亮）。灯同时亮）。 XC行波测距装置（续）主要技术指标与特点主要技术指标与特点 测距精度小于500m 最多监视8条线路 装置本身存储96次故障记录，后台机存1000次 使用一台工业PC机作为后台分析机，读取、分析、长期保存故障记录 与有关变电站的装置通信，交
11、换故障行波到达时间，计算故障距离。 XC行波测距装置（续）同类研究、技术比较同类研究、技术比较方法方法 开发者开发者 误差误差 适用适用 范围范围 专用耦专用耦 合设备合设备 波形波形 记录记录 可靠性可靠性 推广应用推广应用 阻抗法 往往大于 10% 简单结 构交流 线路 不需要 好 广泛应用 电压行 波法 加拿大 B C Hydro 1-3 公里 各种形 式线路 需要 无 常因雷击干扰测距失败 仅在 B C Hrdro电网试用 电流行电流行 波法波法 本系统本系统 一般是一般是 1 1 个塔个塔 距，最大不超距，最大不超 过过 1 1 公里。公里。 各种形各种形 式线路式线路 不需要不需要
12、 有有 好好 在世界范在世界范围推广应围推广应用用 XC行波测距装置（续） 美国HATHAWAY公司与科汇合作研制成功适应国外市场的同类测距装置在美国、英国、加拿大、巴西、香港等国家与地区安装数百套，运行效果良好。国际合作国际合作 XC行波测距装置（续）使用后台分析机分析、保存故障数据。使用电话人工交换数据，实现双端测距。XC-21XC-21SRFPCPC在现场，行波测距系统的构成在现场，行波测距系统的构成 现场应用线路两端装置使用公共电话网交换数据，实现双端测距。XC-21XC-21SRFPCPCMODEMMODEM电话网 现场应用（续）在现场，行波测距系统的构成在现场，行波测距系统的构成（
13、续）（续）使用PC机分析主站XC-21XC-21SRFPCPCMODEMMODEMPC主站电话网MODEM 现场应用（续）在现场，行波测距系统的构成在现场，行波测距系统的构成（续）（续）XC-21XC-21MRS装置安装位置的选择装置安装位置的选择检测线路SM、MR上的故障 现场应用（续）XC-21XC-21SRXC-21T装置安装位置的选择装置安装位置的选择（续）（续）装设三端装置，检测T接线路上故障。 现场应用（续）葛上直流输电线路故障行波测距系统图XC-21XC-21葛洲坝FPCPCMODEMPC主站电话网MODEMMODEMXC-21PCMODEM南桥麦元 现场应用（续） 得到线路对端
14、装置的启动时间和线路本端的启动时间。 用软件或人工用公式直接计算故障距离。双端测距分析双端测距分析 故障点距S变电站距离： 故障点距R变电站距离：LvTTXRSS)(21LvTTXRSR)(21L - 线路全长 现场应用（续） 通过识别故障点反射波到达时刻计算故障距离。 需要考虑故障点透射及其他健康线路对端反射的影响单端波形分析单端波形分析 现场应用（续）故障点在线路中点以内，第二个行波脉冲是故障点反射波。t i(t)故障初始行波故障点反射波TS1TS2TS3F 现场应用（续）单端波形分析单端波形分析（续）（续）RSFt故障初始行波故障点反射波TS1TS2TS3对端反射波故障点在线路中点以外且
15、存在透射时，第二个行波脉冲是对端反射波在故障点的透射。故障点反射波与一般对端母线反射波极性相反。 现场应用（续）单端波形分析单端波形分析（续）（续） 识别出故障点反射波计算故障点到本端母线的距离； 识别出对端母线反射波计算故障点到对端母线距离； 两种方法得到的结果相加是线路全长，据此可以验算测距结果。 现场应用（续）单端波形分析单端波形分析（续）（续） 故障行波穿过母线透射到其他健全线路上，行波在健康线路对端被反射回来，影响故障点反射脉冲的识别。 当母线上运行的线路较多时（如4条线路时），母线行波阻抗接近零，故障行波在其他健全线路上的透射很小，可以认为母线呈短路状态，可以不考虑其他线路的影响。
16、 现场应用（续）单端波形分析单端波形分析（续）（续）健康线路健康线路故障线路健康线路健康线路故障线路比较故障线路及健全线路脉冲极性可以区分来自故障线路及健全线路的行波。 现场应用（续）单端波形分析单端波形分析（续）（续）行波测距方法的配合行波测距方法的配合 双端测距：简单、可靠。需装设两端装置 单端测距：投资小，波形复杂，不易识别。 利用重合闸产生的行波测距：测量永久短路、断线故障 实际使用中，三种方法应配合使用，互相校对。 现场应用（续）电压过零问题电压过零问题 在电压相角过零或接近零时发生故障，产生的电压、电流行波比较微弱，会造成保护或测距装置失败。 实际上，绝大部分线路故障是绝缘击穿故障
17、，电压过零或接近零故障的几率相当小。 电压过零时，故障点一般呈永久金属性短路性质，利用重合闸脉冲在故障点的反射仍然可以测出故障距离。 现场应用（续）母线上无其他线路的问题母线上无其他线路的问题 没有其他健康线路，在故障行波到达母线后，线路上只能测量到由母线分布电容产生的持续时间比较短、幅值较小的电流脉冲信号，影响测量电流行波的测距方法应用效果。 通过降低行波脉冲检测门槛值来提高检测灵敏度，这样做的同时也牺牲了装置的抗干扰能力； 另外一种方案是加装电压行波传感器，测量电压行波脉冲。 现场应用（续）可以检测流过电容式电压互感器（CTV）电容分压器的电流，来间接测量故障行波。接电压互感器C1C2iv
18、 现场应用（续）雷电波的影响雷电波的影响 雷电波波头在几十致数百微秒之间，雷击在线路上产生电流行波，会造成行波测距装置启动。 在行波装置两次启动之间要有一段等待（死区）时间，如在雷击后造成装置一次启动记录后，紧接着又发生一次故障，会出现漏记故障行波现象。 科汇系统采用“无死区”记录技术，避免雷击干扰造成漏记故障行波现象。 现场应用（续） 不要简单地将雷电记录作为“废物”丢掉，对于线路防雷研究是十分有意义的。 如果雷电波引起两端装置启动，可以利用双端故障测距原理，定位雷击点。 从波形上可以分辨所记录的是故障电流行波还是雷击线路引起的电流行波。雷击线路引起的三相电流幅值接近，波形同极性，且一般为正
19、极性。 现场应用（续）雷电波的影响雷电波的影响（续）（续） 雷击造成线路故障时，雷电电流波与故障点短路电流相混迭，行波波形复杂，增加了分析单端行波波形确定故障点位置的难度。 一般线路遭受雷击时立即引起闪络故障，雷击点与闪络故障点基本上在一个位置，可以利用双端原理测距。 线路闪络点与雷击点相距较远，二者有较大延时的情况，可以根据记录下行波波形，识别出故障初始行波波头到达的准确时间，校正双端测距结果。 现场应用（续）雷电波的影响雷电波的影响（续）（续） 线路上出现过电压，造成避雷器放电时，行波测距系统感受到的效果和避雷器安装点出现短路故障一样，应注意识别。 现场应用（续）雷电波的影响雷电波的影响（续）（续）湖北双河变电站500Kv双玉线故障波形及测距结果 现场实际数据甘肃天水 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 现场实际数据（续）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 现场实际数据（续） 现场实际数据（续） 现场实际数据（续） 现场实际数据（续） 现场实际数据（续） 现场实际数据（续） 现场实际数据（续） 现场实际数据（续） 现场实际数据（续）谢谢！谢谢！ 现场实际数据（续）谢谢！谢谢！
