行波测距装置在220千伏及以上电网的应用及优化措施

行波测距装置在 220 千伏及以上电网的
应用及优化措施
摘要：本文分析了现有行波测距法应用中存在的问题和不足，提出了新的优化措施。

即实现一种新的综合测距方式，将行波法测距和阻抗法测距相结合，发挥阻抗法的可靠性优势和行波法精确性的优势来有效的排除扰动数据、提高测距精度。

关键词：行波测距阻抗法录波行波
引言高压输电线路是电力系统的命脉，对国民经济的发展起着关键作用，线路发生故障后能快速地切除故障线路并及时找到故障点加以修复，是继电保护工作者孜孜以求的目标。

故障后的暂态录波数据(工频电压、电流以及高频行波电流)中包含着倍受保护人员关注的故障信息。

近年来，随着技术的进步发展，电力工业自动化已将行波测距这一新领域技术引入继电保护大家庭，在测距算法方面也取得长足的发展，行波测距装置的使用大大减少了巡线的工作量，缩短了故障修复时间，提高了供电的可靠性。

正文 1.现有行波测距法应用中存在的问题和不足
现有的行波测距装置利用行波在输电线路上有固定传播速度这一特点，采用小波变换技术，实时分析处理故障行波数据，确定故障距离，其测距精度基本不受线路长度、故障位置、故障类型、负荷电流等因素的影响，其对应测距方法有单端行波测距和双端行波测距方法；随着全球定位系统（GPS）同步时间单元的不断发展，利用线路两侧获取到的行波暂态分量的绝对时间之差计算故障点到线路两侧测量点之间的距离的双端测距算法测量精度高，基本误差可以缩小至500m 范围内，但是实际测距装置在现场运行中由于开关动作及线路扰动会导致测距装置存在误启动现象，导致测距装置得到大量无用数据；而单端行波测距分析时，
在高阻、端口故障情况下存在反射波波头幅值较小、波头性质难以识别的情况，
容易造成测距失败的情况。

常规的行波测距装置采用的是固定门槛的启动方式，在实际运行中为了防止
遗漏故障数据，其对应的门槛值设置的一般较低，因此在实际运行中装置存在误
启动现象，造成设备故障频报，运行人员需要在大量上送的故障信息中予以标记，一方面加大了运行人员工作量，同时加重平台的储存负担；另一方面不便于历史
故障数据的定位与查找。

由于现场运行环境较实验理论环境相差径庭，在只能进
行单端测距的情况下，如何正确的识别初始行波波头和反射行波波头成了制约测
距精度的最大瓶颈，单纯的分析故障后的单端行波数据已不能解决上述问题。

另外，现有的变电站装设的行波测距装置没有移动端级联功能，无法实现故
障结果的推送。

2.优化措施的提出
成立技术攻关项目，针对现场环境中故障录波装置采集工频电压和电流信号
进行阻抗法测距，而行波测距装置获取行波电流信号进行行波法测距的情况，提
出一种在运行平台上同时获取工频的故障录波数据以及高频的行波录波数据，并
在平台上实现对工频录波数据进行阻抗法测距分析，利用阻抗法提供的故障点缩
小行波法寻找行波首波头和故障点反射波的范围，两种方法统筹分析给出综合测
距结果。

即通过调取220kV及以上故障录波数据接入现有平台，利用平台的阻抗
算法测出故障的绝对时刻和故障点的粗略位置与行波装置上送的故障信息整合、
分析、比较。

这样，一方面可以将故障与扰动予以区分，保护人员收到的都是真
实有效的故障数据，不需要再做判断与标记；另一方面可以克服初始行波波头和
反射行波波头识别困难的问题，以便缩小初始行波波头和反射行波波头的范围，
缩减故障产生区域、提高测距精确性。

项目还将开发现有平台的移动端支持，在移动端实现现有平台的主要功能
（包括波形分析、杆塔定位、设备工况展示、故障结果推送等），通过项目的实施，能够提高现有平台的自动化水平，将阻抗法测距与行波法测距优势互补，实
现线路监视、故障定位、设备掌控一体化，为变电站及线路的检修运维提供准确依据。

3.优化措施研究的关键技术和难点
现有变电站的故障录波分析主站和行波测距主站各自完成对工频录波数据和高频行波录波数据的分析，两种分析平台都无法同时实现对工频录波文件和高频录波文件的同时分析，测距算法上也无法做到阻抗和行波的综合分析。

研究的关键技术和重点解决的技术问题有：
1.
故障录波数据(基波电压、基波电流)的接入技术；
2.
大容量、高缓存的数据存储压缩技术；
3.
工频录波与高频行波录波相互映射匹配的方案设计；
4.
阻抗法和行波法相结合的综合测距技术；
5.
不同录波文件对应的同屏分析及游标级联等子功能设计；
6.
平台的移动端功能开发
4.主要解决方案
1.
故障录波数据(基波电压、基波电流)的接入方案
现有的故障录波监测装置在故障录波数据的上传方面与现有的行波主站在行
波数据的上传方面存在差异，两者在数据文件的大小、故障数据上传的通信规范
或协议上存在差异，因此需要了解现有故障录波装置目前所支持的通信规约、接
口类型、数据格式等内容，并与相关技术人员进行技术沟通，商讨对应的接入方案，以便实现故障录波器对应的故障录波文件的平台上传功能。

1.
大容量、高缓存的数据压缩存储方案
现有的行波分析平台只是缓存对应的行波录波文件，而故障录波监测装置监
测的线路较多、故障对应的录波文件录波时间长，在接入现有故障录波监测装置
的故障录波数据后，平台会缓存大量的工频录波数据文件，需要现有行波分析平
台对上传的工频录波文件进行分类、解析、压缩等处理。

1.
工频录波与高频行波录波相互映射匹配的方案设计
故障录波监测装置与行波测距装置在现场为两种独立运行的二次设备，在实
际现场运行中行波测距装置一般单独接入GPS对时系统以保证系统时钟的正确性，而故障录波监测装置在实际运行中对GPS时钟精度以及守时能力方面较行波测距
装置要宽泛一些，因此故障发生后，其对应的故障录波文件与高频行波电流文件
在故障文件的时间方面存在差异，因此平台需要根据两种装置的系统时间进行时
间差校准，之后根据时间关系查找对应的工频与高频录波文件。

1.
阻抗法与行波法相结合的综合测距技术
考虑阻抗测距方法与行波测距方法的原理性不同，分析阻抗法测距和行波法
测距的原理及特点，提出两者的协调配合策略及实现方法；根据阻抗法测距原理
对得到的工频故障录波数据进行故障线路选择、故障性质判断、获取故障时刻等
信息。

行波法以阻抗法提供的故障信息为参考，对得到的高频行波录波数据进行
行波首波头和故障点反射波波头的查找，故障点位置的确定等，新测距方式还引出不同故障位置、不同故障类型下综合测距结果的显示需求。

1.
不同录波文件对应的同屏及游标级联功能方案实现
支撑体系为了更好的服务于综合测距的研究与应用，需要强大的波形分析功能，应支持工频录波文件及行波录波文件同屏显示，最多可同时打开四个录波文件，并能够根据相同时间做其间的游标级联定位，在满足单端及双端测距的基础上，能够将阻抗法、行波法、综合测距法的结果及计算参数予以高亮标注，辅助使用者计算与查看。

新的波形分析功能要求更加强大的运算方式，对此以多台服务器硬件资源整合共享的并行式分布运算技术将应用于支撑体系之中。

1.
平台的移动端功能开发
平台将开发全新的移动端服务，保证用户可以实时的通过手机或者平板电脑登入系统，实现程远在线方式完成平台的监视、控制与分析工作。

平台移动端应能够提供系统的主要功能（包括波形分析、杆塔定位、设备工况展示、综合测距算法步骤查看、故障等推送等）并具备一定的安全识别保护能力。

5.解决问题的几点建议
（1）接入故障录波数据的不确定性
由于行波综合分析平台与故障录波装置采用不同的数据库存储方式，提供接口实现的技术也有所不同，数据上送的方式（召唤、响应、定时）也存在不确定性，需要技术人员相互沟通使用指定的规约及数据结构完成通讯与交互。

研究现有故障录波监测装置与录波分析主站相互通信采用的通信规约、数据格式、文件大小、通信方式等内容，并与现场运维人员进行技术交流，结合行波分析主站所采用的通信规约、通信方式，寻找两者的结合点，根据现场运维人员
反馈信息，改进完善现有的通信体系，建立一种故障录波数据上传行波分析平台
的通信规范方案
（2）综合测距的实施方案
故障录波监测装置上传的故障录波文件与行波测距装置上传的行波录波文件
在故障时间上存在差异，通过系统平台对当前各装置的运行时间进行监测，并对
故障文件中的时间进行校准、补偿等，之后对故障录波文件进行阻抗法测距分析，给出故障线路、故障时刻、故障相位、故障点位置等信息，并将利用该信息进行
行波法测距分析给出行波法测距结果，阻抗法和行波法综合分析给出综合测距结果。

因此，应具备一套阻抗法和行波法相结合的综合测距有效算法，能够消除故
障录波监测装置对应的工频录波文件与高频行波录波文件的时间差，并且能够利
用阻抗法测出故障的绝对时刻和故障点的粗略位置，鉴别行波装置上送的扰动，
根据故障文件缩小行波测距初始行波波头或反射波波头范围，算法还应该在故障
文件中参考故障报告重新找到有效的波头，再利用测距原理计算出准确故障距离。

（3）故障波形分析功能的开发
应开发能够同时分析本端、对端的工频、行波文件的界面，能够将分析标尺
以相同时间为依据在工频文件与行波文件中实现级联，并在工频文件中显示阻抗
法测距测得的绝对时刻、故障位置及在行波文件中显示行波设备上送的首波头位置，还应满足单个文件的独屏显示、通道选择、区域缩放、纵向漫游、极值选择、坐标系转化、单端测距、双端测距等功能。

1.
平台需要强大的计算及存储性能
设备上送的故障文件具有庞大的数据量（100万-6300万数据点），而平台
前端展示界面需要同时打开最多四个故障文件；平台还需细粒度的对设备状态及
告警、测距信息做多线程统计，在现有硬件的基础上，对处理性能及处理方式要
求提出更高的要求，平台应支持用多台服务器联合并行式计算技术来解决数据处
理能力的问题。

随着故障录波数据的接入，对现有平台的存储能力也提出更高的要求，平台应保证数据的安全稳定性。

(5)利用工频录波文件排除扰动行波数据
常规行波测距装置由于采用固定门槛的启动方式，运行过程中行波测距装置会得到大量的扰动数据，之后上传到行波分析平台上；而故障录波监测装置采集的是基波电压、基波电流判断录波启动的方式，启动可靠性高，运行过程中很少存在误启动现象。

因此，将故障录波数据接入行波分析平台后，通过对故障录波数据的时间差进行校准，之后对行波录波文件进行筛选，排除扰动行波数据。

1.
结论
总之，通过优化实施，实现阻抗法测距与行波法测距相结合的测距新方法，能够为电力系统传输线路故障点准确定位提供新的理论和数据支持；搭建一种既能分析工频录波数据又能分析高频行波录波数据的故障数据分析平台，实现一种平台下对两种数据的分析与处理，有效排除行波扰动数据，提高测距的可靠性。