输电线路行波测距

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.L0 x----故障距离 R0,L0----单位长度电阻、电抗值
Vm
Zm
测距误差大
• 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。
故障线路
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。
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。
小波分析技术的应用
电流输入
超高速 数据采 集电路
CPU
GPS时间同步技术
• 线路两端装置装置要有1us的时间同步精度，以保证装置测 距的精度。 • 使用GPS同步时钟可以实现装置的1us时间同步，使装置记 录电流行波到达时间的精度在1us以内。 • 通过对记录波形的分析可以精确地找出行波信号到达的时 间，避免因信号上升慢，电路触发延时造成的测距误差。
PC主站
广域通信网
测距装置 测距装置 测距装置 测距装置
行波测距通信系统
目录
• • • • • • • • 概述 阻抗测距方法存在的问题 早期行波测距装置 现代行波测距原理 关键技术问题的解决 XC系列行波测距装置 行波测距装置应用中的若干问题 实际故障测距结果
XC-21行波测距装置的构成
电流输入 高速数据 采集 GPS单 元
t
故障点在线路中点以外且存在透射时，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。
测距结果的验证
• 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。
• 实际上，绝大部分线路故障是绝缘击穿故障，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。
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
电流行波
电压行波 电压行波
电流行波比电压行波上升速度快
徐丙垠:
超高速行波数据采集技术
行波测距要求1MHz的采样频 率，普通的CPU控制A/D转换 很难实现。 设计了专用硬件超高速数据 采集电路，记录故障行波数 据。 CPU在故障后以较慢的数据读 取存入超高速数据采集电路 RAM里的数据，进行分析处理 。解决采样速度与CPU处理能 力有限的矛盾。
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。
输电线路故障行波测距技术
目录
• • • • • • • • 概述 阻抗测距方法存在的问题 早期行波测距装置 现代行波测距原理 关键技术问题的解决 XC系列行波测距装置及系统 行波测距装置应用中的若干问题 实际故障测距结果
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。 • 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。 • 减轻人工巡线工作量。
XC-21与国内外同类装置的比较
• 阻抗测量原理的故障测距装置 , 难以达到 1Km 的测距精度， 且不适用于有分支线路、串补电容以及有一部分同杆并架 双回路区段线路的缺点。 • 美国BPA电力公司研制了利用电压行波的双端行波测距装置， 需要安装专门电压行波测量变换装置，没有波形采集记录 功能并且也不具备单端行波故障测距功能。 • 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。 • 国内一些科研部门、高等院校也在开展行波测距技术及装 置的研究。
适用性差
• 不宜用于以下线路：
– – – – 直流输电线路 带串补电容线路 分支线 部分同杆架设双回线
目录
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基本原理：通过测量电压、电流行波在故障 点及母线（电站）之间的传播时间测距。 优点：行波在线路上传播速度接近光速，且 不受故障电阻、线路结构及电压、电流互感 器误差影响，因而测量精度高，适应性好。
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
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。
• 小波变换技术是分析暂态行波信号的一种先进的数 学手段，有助于解决单端波形自动识别问题。 • 根据行波信号在不同尺度下的小波变换下的模极大 值，研究输电线路发生故障后的电流行波传播的规 律及特点。
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。
单端行波波形分析
• 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
F
i(t)
故障初始行波
故障点反射波
t TS1 TS2 TS3
故障点在线路中点以内，第二个行波 脉冲是故障点反射波。
S 故障初始行波
F 对端反射 波 TS1 TS2 TS3
R 故障点反射波
单端A型测距（新）原理
根据到达母线的故障初始行 波脉冲S1与由故障点反射回来 的行波脉冲S2 之间的时间差 测距 XL = v t/2 = v（TS1-TS2）/2 优点：只需要在线路一端安 装装置 缺点：波形分析困难，可靠 性差
S
初始行波
F
故障点反射波
R
t
TS1
t
TS2
TS3
双端（D型）测距原理
S
F
R XC-21 PC XC-21 PC
Байду номын сангаас
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。
S
F
R XC-21 PC
MODEM 电话网
XC-21 PC
MODEM
线路两端装置使用公共电话网交 换数据，实现双端测距。
S
F
R XC-21 PC
MODEM 电话网 MODEM
XC-21 PC
利用故障初始行波到达线 路两端的时间计算故障距离 ： XL =[（TS-TR）v + L]/2
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。
S F R
t Ts Tr
t
单端（E）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：
1 X L v t 2
S
F
脉冲到 达时刻
检测到信 号时刻
远程通信及分析技术
• 装置之间可以使用电话网、 INTERNET 数据网、电力 系统专用通信通道等广域通信网互联，交换数据， 实现双端测距。 • 由于不需要在故障后立即动作，不要求为测距装置 之间设置常备通信通道。 • 可以使用一台 PC 机作为主站按通信规约读取装置记 录下的电流行波到达的时间信息及行波波形数据并 存盘，自动或由操作人员在计算机辅助下分析故障 电流行波数据，计算出故障距离。
• 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。
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。
R
合闸脉冲
故障点反射脉冲
适用于测量永久短路及 断线故障
t
t
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早期行波测距装置不成功的原因
• 当时对线路行波现象的研究认识还不充分 • 受技术条件地限制，行波的记录、分析及处 理手段有限。 • 早期行波测距装置均利用电压行波信号，需 安装专用电压行波耦合装置，投资大，安装 复杂，不容易为现场所接受，影响装置推广 使用。
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行波测距系统
• 一个电网内安装在不同变电站的行波测距装置构成 行波测距系统 • 装置记录的故障数据通过SCADA、故障信息采集系 统或专用通信通道上传至主站。 • 使用一台PC机作为系统主站。主站设置在调度中 心或一个中心变电站内。 • 应用XCF-2000分析软件可以自动或由操作人员在计 算机辅助下分析故障电流行波数据，计算故障距离。
• C型测距装置
–在线路故障时，向故障点注入电压行波脉冲， 测量故障点反射脉冲到来时间测距。 –装置构成复杂，可靠性较差。 –国外日本等国安装使用，国内开展过研究，没 有大量地推广应用。
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MODEM
PC主站
使用PC机分析主站
PC主站
Modem
电话网
M
M
M
M
后台机
后台机
后台机
后台机
测距装置
测距装置
测距装置
测距装置
XC-21利用电话网装置构成行波测距系统
装置安装位置的选择
S
M
R
XC-21
XC-21
检测线路SM、MR上的故障
装置安装位置的选择
S XC-21 XC-21
R
T
XC-21
装设三端装置，检测T接线路上故障。
故障测距方法分类
• 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。
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