基于信号相位检测的输电线路行波故障测距方法
基于行波法的输电线路故障测距方法的研究与实现的开题报告
基于行波法的输电线路故障测距方法的研究与实现的开题报告一、研究背景及意义随着电力系统的不断发展，输电线路故障的频率也越来越高，因此及时准确地测定故障位置就显得尤为重要。
传统的故障测距方法使用反射法和比较法，但这种方法需要使用专用的测距设备，且准确度有限。
近年来，随着计算机技术的不断发展，行波法已经成为一种被普遍采用的测距方法。
行波法是利用电力系统输电线路上的横波和纵波在同一方向上传播的特性，通过控制脉冲信号的发射和接收时刻及位置，实现对故障点距离的测定。
行波法具有不需要专用设备、准确度高、信号传输迅速等优点，因此越来越受到电力系统工程技术人员的关注和研究。
本课题旨在研究基于行波法的输电线路故障测距方法，探索使用该方法确定输电线路故障的准确度和实际可行性，为电力系统故障快速定位提供更加有效的手段。
二、研究内容及方案1.研究行波法在电力系统输电线路故障测距中的应用原理。
(1)行波法测距的基本原理及原理分析；(2)基于行波法的故障测距系统，包括硬件和软件设计，分析其主要结构和工作原理；(3)分析行波法的精度和准确性，比较与传统方法的差异；2.研究行波法在电力系统输电线路故障实验中的应用。
(1)搭建实验平台，根据实际的输电线路条件设置响应的参数；(2)设计使用行波法进行实际故障测量的方案；(3)记录数据并进行分析，比对行波法与传统方法之间的异同，验证方法的精度、可行性；3.研究基于行波法的故障测距系统的优化与改进方案(1)针对现有的行波法故障测距系统的问题提出优化改进的方案；(2)对系统进行改进，测试效果；三、技术路线1.掌握基于行波法的输电线路故障测距技术的理论基础，理解行波法的工作原理、测距原理和优势；2.搭建基于行波法的故障测距实验平台，测试行波法在实际应用中的效果；3.对现有的行波法故障测距系统进行分析，提出改进方案；4.对行波法故障测距系统进行改进，提高准确性和可靠性。
四、拟达到的预期目标1.深入了解行波法故障测距的理论基础，理解行波法的工作原理与计算公式；2.搭建基于行波法的实验平台，测试行波法在实际应用中的准确性和可行性；3.掌握行波法故障测距系统的优化方案，提高系统的准确性和可靠性；4.探索基于行波法的故障测距系统在电力系统故障快速定位中的实际应用价值。
高压输电线路行波故障测距技术探析
高压输电线路行波故障测距技术探析摘要：高压输电线路是电力系统的命脉，它担负着传送电能的重任。
同时，它又是系统中发生故障最多的地方，并且极难查找。
因此，在线路故障后迅速准确地把故障点找到，不仅对及时修复线路和保证可靠供电，而且对电力系统的安全稳定和经济运行都有十分重要的意义。
本文概述了故障测距算法的几种方法，详细分析对比了行波测距法。
关键词：高压线路；故障测距；行波0引言高压输电线路的准确故障测距是从技术上保证电网安全、稳定和经济运行的重要措施之一，具有巨大的社会经济效益。
输电线路故障测距按采用的线路模型、测距原理、被测量与测量设备等的不同有多种分类方法。
根据测距原理分为故障分析法和行波法；根据测距所需的信息来源分为单端法、双端法和多端法。
1输电线路故障测距的意义电力系统输电线路上经常发生各种短路故障,在故障点有些故障比较明显,容易辨别,有些故障则难以发觉,如在中性点不接地系统发生单相接地故障时,由于接地电流小,所以在故障点造成的损害小,当保护切除这一故障后,故障点有时很难查找,但这一故障点由于绝缘已经发生变化,对整个线路来讲比较薄弱,很可能就是下次故障的发生地,因此,仍然需要尽快找到其位置。
其次,输电线路穿越的地形复杂,气候恶劣,特别是远距离输电线路,难免要穿越山区,沙漠这些人迹罕至的偏僻地带,交通十分不便。
再者,多数故障往往发生在风雪,雷雨等较为恶劣的天气中发生。
另外,我国电力系统的巡线装备简陋,使得故障测距的准确度,对故障巡线工作起了关键性的作用。
2故障分析法故障分析法根据系统在运行方式确定和线路参数己知的条件下，输电线路故障时测量装置处的电压和电流是故障距离的函数，利用故障录波记录的故障数据建立电压、电流回路方程，通过分析计算得出故障距离。
2.1利用单端数据的故障分析法利用单端数据的故障分析法包括阻抗法、电压法和解方程法。
阻抗法瞄。
是利用故障时在线路一端测到的电压、电流计算出故障回路的阻抗，其与测量点到故障点的距离成正比从而求出故障距离。
配电线路行波故障测距方法与系统的研究应用
配电线路行波故障测距方法与系统的研究应用摘要：目前，配电网故障定位的相关研究较多，但研究的重点主要集中在配电网的故障选线问题上。
随着技术的发展以及人们对供电质量要求的增高，各国不断推进智能电网的建设，以期在电网出现故障时能够及时反应，通过可靠的程序判断并自动隔离故障，防止故障进一步扩大。
但目前主要通过人工巡检方式查找故障，效率低下，难以满足智能电网的要求。
因此，必须在当前小电流选线原理的基础上，研究一套切实可行的中低压配电网故障定位系统，为智能电网的建设打好坚实的基础。
关键词：配电线路；行波故障测距；应用1基于行波的故障测距方法上世纪中期，有些学者试着利用行波传播原理分析故障的位置，并在不断应用的过程中产生了基于暂态行波定位故障位置的理论。
在众多专家和学者的共同努力下，行波传播理论逐渐成熟，特别是掌握了行波的折反射过程以及各种介质中行波的传播特性。
计算机技术的进步催生了一系列电磁仿真软件，进而随着多回线路间解耦方法的构建，电磁测距理论越来越完善。
最近的几十年间，暂态行波故障的特征量提取方法成为了研究的热点。
这些都推动了现代行波测距技术的发展，实现了传统故障分析法到智能化测距算法的突破。
行波法是一种在输配电线路中广泛应用的故障定位技术，该方法优势明显，能够同时得到故障距离和故障分支，且计算速度较快。
根据两段是否同步采集数据，行波法又可划分成单端测距算法和双端测距算法。
此外，得益于交叉学科的发展，例如现代通信技术的应用，使得双端测距技术能够实现同步测量。
交叉学科的发展推动了行波测距装置的进步，电子技术、小波理论及通信技术等理论应用改善了测距装置的性能。
2配电线路行波故障测距方法与系统的研究应用2.1测距系统设计要求配电线路测距系统的设计，应重点考虑系统的可靠性、实用性、易扩展性以及先进性，做好方案实施规划，逐步建立地区级配电线路测距系统。
该系统的主要运行模式如下：由站端设备实时采集故障行波的数据，经传输后由主站对故障数据进行综合分析，得到故障线路名称和故障距离等信息，然后进行WEB发布。
输电线路故障行波分析与测距探讨
输电线路故障行波分析与测距探讨摘要：基于输电线路故障时产生的暂态行波进行故障定位，既能满足超高压输电线路对保护装置迅速动作的速度要求，还能对故障进行精确定位，且基本不受故障类型的影响。
影响行波故障测距精度的主要因素有行波的速度和行波波头准确到达时刻的标定。
针对常用的行波波速确定方法——公式法和在线测量法，通过在不同线路长度、不同故障距离下的仿真分析得到相对应的行波波速，并将所得到的波速用于同一故障距离测量，通过对测距结果对比分析，找出在某种故障距离下的最优波速，从而达到提高测距精度的效果。
通过仿真分析发现，在线实时测量波速在合适范围内的测距精度比固定波速的测距精度高，满足规范标准对测距误差不超过1%的要求。
关键词：输电线路；故障测距；暂态行波；行波波速引言经过电网改造与升级，我国的输电线路传输功率、电压等级越来越高；但由于我国地理环境复杂，输电线路所经区域跨度大、环境变化与差异大、加上季节与气候、天气与温差等的影响，给电力系统带来了诸多故障。
另一方面，随着我国各地区经济提升、城市发展、生活水平改善，人们对于基础的电力供应需求也在不断上升，而有的地区却存在电力过剩，全国在总体上表现出一些剩余与紧缺现象交叉一起的现象，也就是说电力的量在地域分布极不均衡，给发电企业的发展带来了诸多负面压力，所以，需要以市场为导向积极推动电力输送与资源共享，当然由于调度范围广，所以途经各处环境复杂、故障多发，为了解决这些问题，目前已经出现了新技术，比如，行波分析与测距技术就是其中之一，可操作性强，适应范围较为普遍，值得进一步深入讨论。
1概述高压输电线路故障测距办法主要有两类：一是阻抗法，二是行波法。
阻抗法以工频电气量为根底，经过求解差分或微分方式表示的电压均衡方程式而完成故障测距，这种算法大局部是树立在一种或几种简化假定之上。
而经历标明，这些假定经常带来很大的误差，经过对这些误差进行补偿或者采用多端线路数据，能够在一定水平上进步算法精度，但关于某些系统构造或故障类型，阻抗算法存在明显缺乏，如高阻接地，多电源线路，断线故障，分支线路，线路构造不固定，有时同杆、有时分杆架设的双回线，直流输电线路等。
输电线路行波测距
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。
• A型测距装置
–高速拍照，记录故障产生的电压行波，识别电 压脉冲故障点及母线间往返一次的时间计算故障 距离。 –装置复杂，可靠性差。 –50年代试制，没有推广应用。
• B型测距装置
–线路对端的装置在接收到故障电压脉冲后向本 端发送信号，比较本端接收到故障脉冲及对侧信 号的时间差，计算故障距离。 –可靠性较好，但需要常备通信通道，构成复杂。 –在美国、日本等个别国家安装使用，没有大量 地推广应用。
同母线上其他线路反射波的影响
• 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。
健康线路Ⅰ 健康线路Ⅱ 健康线路Ⅰ 健康线路Ⅱ
中 心 处 理 单 元
DI/DO
人机界面 RS-232
后台工业 PC机
在XC-11行波测距装置得基础上研制成功
主要技术指标与特点
• • • • 测距精度小于1公里 最多监视8条线路 装置本身存储96次故障记录 采用图形式液晶显示器(LCD)，显示装置定值输入 菜单与键入值、装置运行状态信息等。 • 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，交换故障行波到达时间， 计算故障距离。
基于输电线路的行波故障测距方法研究..
电能绿色环保，是当代重要的二次能源。
近年来我国电力行业的发展日新月异，装机容量不断增加，电力系统结构也越发复杂多变，并且随着特高压超高压输电线路的问世，输电线路往往发生故障后，工农业以及城乡居民生活会受到很大影响。
因此，及时查找到故障点，对输电线路的修复十分重要，及时确定故障点并排除故障能够更好的保障国民生活有序开展。
此前阻抗法较多地被运用于电力系统中用来故障测距。
但其精准性有待提高，容易受到诸多因素影响，比如过渡电阻的存在、系统运行方式的变化、分布电容、CT饱和。
早在二十世纪五六十年代，就有人提出通过提取分析故障行波信息进行测距，即通过数学手段收集提取出有用的电压电流行波信息，计算行波在线路和测量点的传递时刻来确定故障距离。
但由于当时的技术设备落后，先前研制的行波测距装置容易出现故障，价格昂贵，没有广泛的实际应用价值。
近些年，随着对行波理论的不断深入和补充，加之小波变换和数学形态学两大工具也迅猛发展，行波测距技术有了许多新的突破与发展，出现了许多新颖的方法和原理，比如基于信号相位的测距，基于宽频信号的测距等。
国内外在实际故障测距应用中也采用发明了各种装置。
因此，电力系统输电线路行波故障测距正日益受到专家学者的追捧，成为工程学中的一个热点。
1绪论1.1课题的研究背景和意义目前，我国的电力行业充满活力，蒸蒸日上。
电力事业关乎国泰民安，良好稳定的电力系统能为经济的腾飞保驾护航。
然而随着三峡工程的发电投产以及工业快速发展，输配电量直线上升，且输电线路的电压等级不断提高，传输距离也不断加大，其安全运行也就愈发重要。
电力线路作为电力系统的重要传输纽带，且大多处在野外环境，气候条件多变，容易发生闪络等暂时性故障，不仅造成电力停止配送，输用电设备损坏，还可能造成电力系统发输配送整个结构的瘫痪。
因此，及时进行精确的故障定位从而排除故障，一直是国内外专家学者研究的重大课题，具有重大的经济效益和广泛的运用前景。
当前，在系统运行过程中，线路容易发生单相、两相接地短路，绝缘避雷设备老化，故障性跳闸等故障。
输电线路行波法故障测距的分析
输电线路行波法故障测距的分析作者：安洁来源：《科技风》2018年第12期摘要：输电线路在电力系统中非常重要。
本文对输电线路故障测距的方法进行了介绍，主要对行波法进行了研究，并对单、双端行波测距法的各自原理、特点进行分析，文末对故障测距的研究和发展前景进行了展望。
关键词：输电线路；行波法；故障测1 故障测距方法故障定位方法依据不同的原理，主要分成阻抗法、故障分析法和行波法等。
（1）阻抗法。
阻抗法根据工频电气量，利用故障时测量到的电流、电压量来求出故障回路的阻抗，通过构造电压平衡方程，由于线路长度与阻抗成正比，利用数值分析方法即可得到故障点与测量点之间的电抗，因此可求出故障的大致位置。
（2）故障分析法。
故障分析法是利用故障时记录的电流电压数据，经过分析计算，计算出故障点到测量点之间的距离。
提出专家系统来对故障录波数据进行集中处理，并确定切实可用的联网方案，因此可以解决不同型号录波器的联网和数据传送问题。
（3）行波法。
行波法的原理为：当输电线路发生故障时，将会产生电流、电压行波，行波以接近光速的速度向线路两端传播。
通过测量故障出现时的电流、电压行波在线路上传播的时间，计算出故障距离。
2 行波测距法行波测距法主要通过高频故障时暂态电流、电压行波或者断路器重合闸时出现的暂态信号等来确定故障点位置。
其主要可分为A、B、C、D、E、F六种测距方法，A型、D型利用故障信号；B型、C型需要外加信号源；E型利用断路器的重合闸信号；F型则利用断路器的分闸信号。
其中，A、C、E、F为单端测量法，B、D为双端测量法。
目前，行波法故障测距主要采用基于单端电气量的A型和基于双端电气量的D型两种方法。
3 单端行波测距法当线路出现故障时，故障点处的电压发生突变，从故障点产生向线路两端传播的高频故障暂态行波，行波在线路中波阻抗不连续的点和故障点处不断的反射和折射。
在测量点能捕获到初始行波浪涌，从而得到其与第二个行波浪涌到达测量点的时间差，由于行波在线路中传播的速度近似于光速，故可求得故障点与测量点之间的距离。
基于行波技术的电力线路在线故障测距
1. 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。
（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。
基于行波技术的电力线路 在线故障测距
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）
1
1. 电力线路故障测距技术发展概况
13
2. 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。
u(x,t) u (x,t) u (x,t)
i(
x,
t
)
u
(
x,
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)
i
(
x,
t
)
14
基于行波法的输电线路故障测距的研究
基于行波法的输电线路故障测距的研究基于行波法的输电线路故障测距的研究摘要:在介绍单端和双端行波法故障测距原理的基础上，着重讨论小波变换的基本理论及其模极大值理论在行波测距中的应用，提出故障暂态分量奇异性的墓本判据和补充判据。
大量的仿真表明，本方法有效且有很高的测距精度。
关键词: 行波；故障测距；小波变换中图分类号： TM726 文献标识码： A 文章编号：引言本文提出一种利用故障生成的高频暂态电流信号进行测距的方案,通过小波变换工具检测故障行波到达测量端的时间以实现故障测距。
理论分析和大量的Mat lab仿真结果表明,该方案具有测距精度和稳定性好的优点,可应用于电力系统的故障定位。
1 单端和双端行波测距方法的比较行波测距法是利用测量行波的传播时间以确定故障位置,即采集故障行波信号,并对其进行分析,以实现故障定位。
行波法按采用单端或双端的电气量又分为单端法和双端法。
(l) 单端行波法在输电线路发生故障时, 故障产生的电流行波在故障点于母线之间来回反射。
单端法通过母线处感受到的故障初始行波脉冲与由故障点反射回来的行波脉冲之间时间差Δt 测距。
基本原理如下:以短路故障为例,设线路长度为L,波速度为v,故障点距离M 端为X ,故障初始行波与由故障点反射波到达母线的时间分别为Tm1,Tm2 则故障距离X为X=1/2 vΔt=1/2(Tm1-Tm2)[1](2) 双端行波法设故障初始行波波头到达两侧母线的时间分别为Tm和Tn,安装于线路两端的测距装置记录下故障行波波头到达两侧母线的时间,则故障距M端距离x可由下式计算:X=(Tm-Tn)V/2+L/2 [2]由式[2]可知,其测距关键在于准确记录电流行波到达线路两端的时间,误差应在数个µs内,以保证故障测距误差在数百米以内,它需要专用的同步时间单元。
随着GPS 的广泛应用, 利用基于GPS的同步时钟输出,能够实现两端测距装置1μs的精确同步,但要增加故障测距装置的成本。
基于FastICA的输电线路行波故障测距方法
基于FastICA的输电线路行波故障测距方法夏远洋;李啸骢;陈飞翔;何勇;尹永利;王东泽【摘要】为了解决输电线路故障信号存在抵偿效应导致测距精度不足的问题,建立线性瞬时混合的线路模型.采用快速独立成分分析法(FastICA)对采集的多通道线路故障原始数据(观测信号)进行相关分析,将表征故障特征的各分量逐一提取.以能量比函数对故障分量进行求解,设定能量比阈值以定位故障时刻,实现基于行波原理的线路精确测距.大干扰条件下故障特征受噪声信号干扰,会对测距精度产生影响.对此,FastICA 算法能将噪声信号从故障原始数据中分离,避免噪声对测距过程产生的影响,进一步提高测距精度.仿真实验证明:所提出的方法能有效避免噪声干扰的影响,能适应大干扰条件下的故障测距,具有较好的抗干扰性.%To solve the problem of unsatisfactory accuracy of fault location caused by the offset effect of transmission line fault signals, a linear transient mixed line model is established. The fast independent component analysis (FastICA) is used to analyze the original data (observed signals) of the collected multi-channel faults and extract the components that characterize the fault features one by one. The energy ratio function is used to solve the fault component, and the energy ratio threshold is set to locate the fault moment to realize the line precise measurement based on the traveling wave principle. The influence of fault characteristics on the accuracy of fault location under the condition of large interference is disturbed by noise signals. In this regard, FastICA algorithm can separate the noise signal from the original data of the fault to avoid the influence of noise on fault location process and further improve the accuracy of fault location on transmission lines. Thesimulation results show that the proposed method can effectively avoid the influence of noise interference, adapt to fault location under large interference conditions and have good anti-interference ability.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2019(047)001【总页数】6页(P138-143)【关键词】FastICA;抵偿效应;能量函数;行波测距;鲁棒性【作者】夏远洋;李啸骢;陈飞翔;何勇;尹永利;王东泽【作者单位】广西大学电气工程学院, 广西南宁 530004;雅砻江流域水电开发有限公司锦屏水力发电厂, 四川西昌 615050;广西电力系统最优化与节能技术重点实验室, 广西南宁 530004;雅砻江流域水电开发有限公司锦屏水力发电厂, 四川西昌615050;雅砻江流域水电开发有限公司锦屏水力发电厂, 四川西昌 615050;雅砻江流域水电开发有限公司锦屏水力发电厂, 四川西昌 615050;雅砻江流域水电开发有限公司锦屏水力发电厂, 四川西昌 615050【正文语种】中文高压输电线路跳闸时，故障信号如电流等存在多成分混合，特性复杂，由于各信号成分的方向不一，方向相反的各成分之间存在互相抵偿的现象，削弱了信号的故障特征，称为抵偿效应。
基于实际波速的多端输电线路行波故障测距方法
点 的 准确 定位 。仿 真结 果表 明 ， 该方 法能 够有 效判 别 故 障 区间 ， 有 着较 高的定位 精度 。
关 键词 ：行 波 ；多端 输 电线路 ；故 障测距 ；网格 分形 ； 波 速
造 成 Ｔ节 点 附 近 的 死 区 。
频量 列 写故 障测 距方 程求 解故 障点 。但 其 受 到过渡 电阻 、 故 障类 型 、 线 路结 构 不 对 称 等 因素 影 响 ， 测距
精度 低 ， 而且 难 以在 复 杂 结 构 的 多 端输 电线 路 中应
用 。行 波法 利用 故 障后 的 电压 、 电 流行 波 信 息 进 行
成测 距 ’ 。针 对该 难 点 ， 本 文 提 出故 障 区 间判 定
矩阵， 以计算 所得 实 时波 速为 矩 阵元 素 ， 根 据矩 阵 特
收 稿 日期 ：２ ０ １ ６ － ０ １ — ２ ５ 基 金 项 目 ： 国家 自然 科 学 基 金 项 目 （ ５ １ ３ ０ ７１ ０ ９）
摘 要 ：为进 一 步提 高多端输 电线路故 障行 波测 距 的准 确性 ， 本 文提 出了一 种 基 于 实测 波 速 的 多端
输 电线 路 故 法 提 取 了 线 路 故 障 时 各 条 母 线 处 初 始 行 波 的 到 达 时
刻， 然后 依 据 线路 长度 与故 障初 始行 波到 达 时刻计 算 多端输 电 网各 线路 区间的 波速 ， 应 用计 算所得 波 速形 成故 障 区间判 定 矩 阵 ， 实现 了故 障点位 置 的 准确 判 定 。该 方 法 以计 算得 到 的 实 际波 速 为依
高压架空输电线路的故障测距方法
高压架空输电线路的故障测距方法【摘要】高压架空输电线路的故障测距方法是保障电网安全稳定运行的重要手段。
本文首先介绍了背景信息，包括高压输电线路的重要性和存在的故障隐患，以及对该领域研究的意义。
接着详细阐述了高压架空输电线路故障测距的基本原理，通过分析传统的测距方法的不足之处，提出了三种新的故障测距方法：方法一、方法二和方法三。
随后，通过对故障测距方法的影响因素进行分析，探讨了影响测距准确性的关键因素。
在结论部分对文章进行总结分析，强调了新方法的优势和应用前景，并展望了未来在该领域的研究方向和发展趋势。
通过本文的研究，将为提高高压架空输电线路故障测距的准确性和效率提供重要参考。
【关键词】高压架空输电线路、故障测距方法、基本原理、故障测距方法一、故障测距方法二、故障测距方法三、影响因素分析、总结分析、展望未来。
1. 引言1.1 背景介绍高压架空输电线路是电力系统中非常重要的组成部分，起着输送大电流、长距离输电的关键作用。
由于各种原因，高压架空输电线路在运行过程中难免会出现各种故障，如短路、接地故障等。
及时准确地对故障进行测距是确保电网安全稳定运行的关键环节。
传统的故障测距方法存在着一定的局限性，为此，研究人员不断探索新的技术手段和方法，以提高测距的准确性和可靠性。
近年来，随着科学技术的不断发展，诸如计算机技术、人工智能等新技术的应用，为高压架空输电线路故障测距提供了更为广阔的空间。
本文旨在探讨高压架空输电线路的故障测距方法，并分析不同方法的优劣及适用场景，为电力系统运行和维护提供参考。
同时也希望通过本文的研究，为未来高压架空输电线路故障测距方法的研究提供一定的借鉴和启发，以推动电力系统的发展与完善。
1.2 研究意义高压架空输电线路的故障测距方法在电力系统运行中起着至关重要的作用。
研究高压架空输电线路的故障测距方法具有重要的意义，主要体现在以下几个方面：高压架空输电线路是电力系统中承担大量电能传输任务的重要组成部分，一旦出现故障可能导致广泛的停电，影响供电可靠性。
输电线路故障测距的主要方法电力配电知识
输电线路故障测距的主要方法 - 电力配电学问依据原理的不同，输电线路故障测距的主要方法分为三类：故障录波分析法、阻抗法、和行波法。
1.故障录波分析法故障录波分析法利用故障时记录得到的各种电气量，事后由技术人员进行综合分析，得到故障位置。
随着计算机技术和人工智能技术的进展，故障录波分析法可以通过自动化设备快速完成。
但该方法会受到系统阻抗和故障点过渡阻抗的影响，而导致故障测距精度的下降。
2.阻抗法阻抗法建立在工频电气量的基础上，通过建立电压平衡方程，利用数值分析方法求解得到故障点和测量点之间的电抗，由此可以推出故障的大致位置。
依据所使用电气量的不同，阻抗法分为单端法和双端法两种。
对于单端法，简洁来说可以归结为迭代法和解二次方程法。
迭代法可能消灭伪根，也有可能不收敛。
解二次方程法虽然在原理和实质上都比迭代法优越，但仍旧有伪根问题。
此外，在实际应用中单端阻抗法的精度不高，特殊简洁受到故障点过渡电阻、对侧系统阻抗、负荷电流的影响。
同时由于在计算过程中，算法往往是建立在一个或者几个假设的基础之上，而这些假设经常与实际状况不全都，所以单端阻抗法存在无法消退的原理性误差。
但单端法也有其显着优点：原理简洁、易于有用、设备投入低、不需要额外的通讯设备。
双端法利用线路两端的电气信息量进行故障测距，以从原理上消退过渡电阻的影响。
通常双端法可以利用线路两端电流或两端电流、一端电压进行测距，也可以利用两端电压和电流进行故障测距。
理论上双端法不受故障类型和故障点过渡电阻的影响，有其优越性。
特殊是近年来gps设备和光纤设备的使用，为双端阻抗法的进展供应了技术上的保障。
双端法的缺点在于：计算量大、设备投资大、需要额外的同步和通讯设备。
3 行波法行波法利用的原理是当输电线路发生故障时，将会产生向线路两端以接近光速传播的电流和电压行波。
通过分析故障行波包含的故障点信息，就可以计算出故障发生的位置。
依据使用行波量的不同，行波测距原理分为A型、B型和C型三种：A型原理利用故障发生时产生的初始行波与该行波在故障点的反射波到达测量装置的时间差来进行故障测距；B型原理利用故障发生时产生的初始行波分别到达线路两端测量装置的时间差来进行故障测距；C型原理利用故障发生后，在线路一段施加一个高频或者直流脉冲，依据这个脉冲在故障点和测量装置之间来回的时间差来进行故障测距。
基于数学形态学的故障行波测距方法
如果输电线路中的一段发生金属性短路，短路处会有附加电压 源的出现。在附加电压源影响下，故障位置的两侧母线会有行波出 现，所谓的“故障电压与电流”，其实就是正反向行波的累积，所 以行波一般也有电压行波或电流行波的称呼。电桥测距原理图如图 1 所示。 2 直流输电线路安全性保障工作存在的问题
电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering
基于数学形态学的故障行波测距方法
穆杉 （华北水利水电大学 河南省郑州市 450000）
电力电子 Power Electronic
摘 要：本文简要介绍了行波测距的有关概念，分析了当前电力系统运行故障检测的工作现状，最后分析了数学形态学故障行波测距 应用于电力系统故障检测的方式，望以此提升未来电力系统运行故障检测的分析诊断工作效率。
4 故障行波测距中的数学形态学方法 数学形态学的最初被研究出来的阶段，被应用于计算机数字图
像处理工作中。特别是在计算机文字识别、医学图像分析的工作中， 使用数学形态学方法取得了比较突出的应用效果。近年来，数学形 态学方法凭借其独有的优势开始在电力系统保护中发挥作用。由于 在电力系统领域中，数学形态学应用时长较短，所以在形态学结构
213Байду номын сангаас
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元素选择、奇异点确定、滤波计算等方面还存在着一定程度的不足。 但经过多年以来国内外研究人员的不懈努力，使其应用效果得到了 提升。当前阶段，数学形态学在电力系统保护中的价值被越来越多 人所肯定。
高压架空输电线路的故障测距方法
高压架空输电线路的故障测距方法高压架空输电线路故障测距方法是电力系统运行和管理中至关重要的一项技术。
高压架空输电线路经常遭受各种故障引起停电，因此及时准确测距故障点，排除故障，是保障电网安全稳定运行的必要条件。
目前，高压架空输电线路故障测距方法主要有三种：基于电磁波测距的方法、基于序列阻抗测距的方法和基于信号处理的方法。
一、基于电磁波测距的方法基于电磁波测距的方法是一种传统的测距方法。
当高压线路出现故障时，故障点会产生电磁波，通过测量电磁波的传输速度和传输时间，就可以计算出故障点的距离。
根据电磁波的传输方式，可以将基于电磁波测距的方法分为两种：1、基于电力定位器的方法电力定位器是一种常用的测距仪器，可以用于直接测量故障点的距离。
电力定位器利用电流产生的磁场和电场产生的感应电场，测量当地的电场和磁场强度，计算出距离。
但是，在近距离和复杂地形条件下，电力定位器的精度受到了很大的限制。
雷达测距是一种更加高级的测距方法，可以使用微波探测器检测电磁波信号，从而准确测量故障点的位置。
通过计算发射与接收时间之间的时间差，可以得出故障点的距离。
雷达测距适用于各种距离，不受地形和天气的影响，精度更高。
基于序列阻抗测距的方法是一种先进的测距方法。
该方法主要是通过分析线路的序列阻抗，计算出故障点的距离。
序列阻抗分为正序、负序和零序，当线路故障时，阻抗数值变化，通过分析阻抗数值的变化，可以计算出故障点的距离。
基于序列阻抗测距的方法具有以下特点：1、准确性高通过对序列阻抗的精确分析，可以计算出故障点的确切位置，精度高，测距结果准确可靠。
2、适用性强该方法适用于各种线路类型，包括三相交流线、单相线和直流线路等。
3、运算速度快采用基于序列阻抗测距的方法，计算量较大，但现代计算机的运算速度已经足够快，可以实现快速计算。
三、基于信号处理的方法基于信号处理的方法是一种比较新颖的测距方法。
该方法是通过分析高压线路故障时产生的波形信号，计算出故障点的距离。
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第33卷第3期电网技术V ol. 33 No. 3 2009年2月Power System Technology Feb. 2009 文章编号：1000-3673（2009）03-0020-05 中图分类号：TM726.3 文献标志码：A 学科代码：470·4051基于信号相位检测的输电线路行波故障测距方法郭宁明，覃剑，陈祥训（中国电力科学研究院，北京市海淀区 100192）Transmission Line Traveling Wave Fault Location Based on Signal Phase DetectionGUO Ning-ming，QIN Jian，CHEN Xiang-xun（China Electric Power Research Institute，Haidian District，Beijing 100192，China）ABSTRACT: By means of analyzing the phase variation of current traveling wave during the transient process of short circuit fault occurred in transmission line, it is discovered that the phase of current traveling wave will chop due to the appearance of transient component in the current traveling wave while short circuit fault happens. According to this feature, the authors propose a new method to apply signal phase detection in fault location. The difference between the proposed method and traditional fault location lies in the difference of the ways to determine the chop point of signal. In the proposed method, the phase of signal is extracted by wavelet transform and by means of calculating the modulus maximum of the signal the chop point of signal is determined. Case simulation results show that the proposed method is feasible. With regard to the signal with slightly varying amplitude, the proposed phase detection method is better for the detection of chop point. Due to the complexity of its calculation, the proposed method is suitable for the supplement of existing fault location methods under special fault conditions such as high resistance grounding and so on.KEY WORDS：traveling wave fault location；phase detection；wavelet transform；transmission line摘要：通过对输电线路短路故障暂态过程中电流行波的相位变化情况进行分析，发现短路故障发生时，电流行波中出现的暂态分量将导致电流行波的相位发生突变。
根据这一特征，文章提出将信号相位检测用于故障测距的新方法，该方法与传统测距方法的区别在于确定信号突变点的方式不同。
新方法利用小波变换提取信号相位，并通过相位模极大值的计算确定信号突变点。
仿真实例证明新方法是可行的，对于幅值变化轻微的信号，采用文章提出的相位检测法对突变点的检测效果更好。
由于该方法计算复杂，因此适合作为高阻接地等特殊故障条件下对现有测距方法的补充。
关键词：行波故障测距；相位检测；小波变换；输电线路0 引言目前行波故障测距装置已得到广泛应用，对提高输电线路运行的经济性和可靠性发挥了重要作用[1-5]。
但是行波故障测距方法在实际应用中受因素过渡电阻、故障初相角等因素的影响[6]，这些因素主要是减小了行波的幅值，使行波的波头变得微弱以至难以辨识。
暂态信号的相位与其幅值无关，对于幅值变化轻微的信号突变[7-9]，利用相位检测其突变，效果更好。
在电能质量监测领域，利用信号相位检测信号突变已有成功应用[10-11]。
本文将信号相位突变点检测用于故障测距，目的是解决过渡电阻、故障初相角等因素对行波故障测距的影响问题。
1 短路电流相位变化的暂态分析从工程实际出发，本文主要分析暂态电流行波。
当输电线路发生故障后，短路全电流可表示为a/a m00sin()e t Ti I t Cωϕ−=++(1)式中：I m为稳态短路电流幅值；ω为工频角速度；ϕ为故障初始相角；C为积分常数；T a为衰减时间常数；a/e t TC−为故障情况下的非周期分量，该分量为多频率信号。
当系统稳定运行时，电流信号的主要部分是单一的工频信号；当发生故障时，电流行波中出现大量的暂态信号。
在极短时间内，这些暂态信号从无到有，因此其相位均从零开始增大，这就导致电流行波的相位在故障时会发生突变，而电流行波的相位突变点则对应于故障发生时刻。
2 利用小波变换提取信号相位文献[9]提出一种利用实小波变换提取信号相基金项目：国家自然科学基金项目(50577059)。
Project Supported by National Natural Science Foundation of China (NSFC) (50577059)．第33卷 第3期 电 网 技 术 21位的方法，下面简要介绍其原理。
假设分析对象信号是频率为ω的离散正弦信号，则信号可表示为0()sin()sin n n x n I t I ωθθ=+= (2)()sin()sin n n k x n k I k I θϕθ±±=±∆= (3) 式中：x (n )和x (n ±k )代表离散信号；θ0是信号的初始相位，θn =ωt n +θ0，θn ±k =θn ±k ∆ϕ，t n =nT s ；∆ϕ=ωT s 是相邻2采样点间的相位差，T s 是离散时间间隔。
实小波的离散小波变换是离散信号x (n )与实小波的实数滤波参数序列h (k )、g (k )的相关运算，以第l 尺度上的非抽取型离散小波变换为例，则n 点处的近似系数s (n )、细节系数w (n )分别为()()()()()s n h l n x l h k s k n k l n =−=+=−∑∑，(4) ()()()()(2) w n g l n x l g k x k n k l n =−=+=−∑∑，(5)由式(4)(5)可知，小波变换系数携带了信号的相位信息，可以利用其提取信号相位，以下简述利用小波变换提取信号相位的步骤。
首先，辅助函数为1()()(1)y n s n s n =+−=2()cos(/2)sin(/2)m n g H I ϕϕθθϕ∆∆+−∆ (6)2()()(1)y n s n s n =−−=2()sin(/2)cos(/2)m n g H I ϕϕθθϕ∆∆+−∆ (7) 式中：I 为电流幅值；n θ为信号相位；g θ为滤波器相移；H m (∆φ)为h (∆φ)的Z 变换；∆φ是相邻2采样点间的相位差。
正交化参数为w cos(/2)sin(/2)K ϕϕ=∆∆=当提取信号相位相对信息时，小波域相子为21()()j ()exp(j )n n Z n y n y n R Φ=+=则信号相位为angle(())/2n Z n k θ=±π (9) 式中angle(⋅)代表取相角。
当提取信号准确相位时，小波域相子为w 21()()j ()exp(j )n n Z n K y n y n R Φ=+= 则信号相位为g angle(())/2/2n Z n k θθϕ=−+∆±π (10)若频率ω不变时，正交化参数K w 为一常数，如果只提取相对相位信息，就无需采用该参数。
信号频率未知或发生变换，并要提取信号精确相位信息时，均要利用该参数。
相对相位或精确相位均可用于故障测距。
本文分析中均采用基数B 样条导数型小波[12-13]，该小波是线性相位，用于故障测距有较好的效果，分析中采用同一尺度(m =12，p =1)。
3 利用信号相位突变点的故障测距方法本文的故障测距方法的原理与传统行波故障测距方法相似，在信号处理中只要能准确定位电流行波信号中的突变点，即可获取行波波头到达线路两侧的时间，再结合合适的波速就可完成精确故障定位。
本文方法与传统方法的差异在于利用小波变换检测信号突变点[13-14]的方法，该方法是基于电流行波的相位突变点而不是幅值突变点。
需要指出的是，由于相位突变无极性区别，本文所述方法用于故障测距时只能采用双端定位方式。
故障电流中的工频分量周期为0.02 s ，假定提取信号时间长度t 0为0.05 ms ，在此时长内工频分量相角变化仅为0.9°，由此可知在故障前后工频分量的相位变化较小，其幅值接近于零。
故障电流中的暂态分量频带范围较宽，通过CT 采样可以获取最高100 kHz 的信号。
现以10 kHz 信号为例，在0.05 ms 内，其相角变化为180°，与工频分量相比其相位变化大得多。
由于故障前电流信号不存在暂态分量，因此暂态分量的相位是从零开始突然增大的，而相位突变时刻与故障时刻相对应。
影响电流行波中频率成分的因素都会影响到电流行波的相位，电流行波频带越宽，其相位变化越复杂。
短路故障情况下，影响电流行波频率成分的因素主要是过渡电阻。
实际故障检测中，高阻故障的电流行波中高频分量有所提高[15]，对利用相位突变进行故障测距反而有帮助。