行波测距新技术及其应用研究
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• 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）
行波测距原理
单
端
电 气
S
量
（
） 测 距 法
R
t
Ts1
故障点距S变电站距离：
1
1
XS
v t 2
2 v(TS 2
TS1)
V -- 波速度
Ts2
t
A
Hale Waihona Puke Baidu
• 行波法（续）
双
端
Ts
TR
电 气
S
R
量
（
故障点距S变电站距离：
Zm
Im Vm
• 阻抗法（续）
阻抗法测距误差大
• 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。
• 阻抗法（续）
阻抗法适用性差
• 不宜用于以下线路：
–直流输电线路 –带串补电容线路 –T接线 –部分同杆架设双回线
XS
1 2
(TS
TR ) v
L
） 测
故障点距R变电站距离：
XR
1 2
(TS
TR ) v
L
距
L -- 线路全长
法
A
• 行波法（续）
利用重合闸的（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：
X
L
1 2
v
t
S
F
R
合闸脉冲 故 障 点 反 射 脉 冲 t
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
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自故障点的行波脉冲
• 核心技术（续） 远程通信技术
S
R
电话网/广域网
PC 主 站
• XC行波测距装置
测距设备构成及各部分分工
主要由T-GPS、XC-21、当地机(含XC-2000软 件)、MODEM等构成。 GPS：主要任务是给XC-21对时； XC-21：接受GPS卫星对时信号，捕捉行波信 号并缓存，然后传给当地工控机；
XC-21：主要不应提示 ERROR 2,3,21错误。 ERROR 2:收不到GPS串口信号； ERROR 3： GPS失步； ERROR 21：不能与后台机通讯
• 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）
电流行波
电电压压行行波波
• 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。
• 阻抗法
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
• 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。
• 核心技术
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
输电线路故障行波测距技术
科汇电气有限公司
• 概述
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（续）
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。
设计了专用硬件超高速数据采 集电路，记录故障行波数据。
采用双RAM切换技术，实现暂态 行波信号的“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。
超高速 数据采 集电路
双RAM 切换控 制电路
CPU
• 核心技术（续） GPS时间精确同步技术
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。
当地机及XC-2000软件：接收XC21送来的行波 数据并保存，提供当地分析功能、数据远传功 能。
• XC行波测距装置（续） 装置构成电原理框图
高速 数据 采集
GPS 单 元
中
心 处
人机 界面
理
单 RS-232
元
• XC行波测距装置（续）
装置运行中的注意事项
GPS：天线安装位置合适，保证GPS不失步运 行。（失步时有指示灯闪烁;同时,XC-21提示 ERROR 3错误）
Ts S
TR R
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）
行波脉冲的小波检测技术
行波脉冲的常规越限检测方法， 抗干扰能力差、时间精度低。
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。
• 行波法
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。
变电站
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（续）
• 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
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
直流系统电压、电流互感器不满足测量线路行波的要求
线路电压行波会在载波 耦合电容上产生脉冲电 流
平波设备
直流输电线路
C
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。
•徐丙核垠: 心技术（续）
超高速行波数据采集技术
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
• 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（续）
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。
• 行波法（续）
行波测距原理
单
端
电 气
S
量
（
） 测 距 法
R
t
Ts1
故障点距S变电站距离：
1
1
XS
v t 2
2 v(TS 2
TS1)
V -- 波速度
Ts2
t
A
Hale Waihona Puke Baidu
• 行波法（续）
双
端
Ts
TR
电 气
S
R
量
（
故障点距S变电站距离：
Zm
Im Vm
• 阻抗法（续）
阻抗法测距误差大
• 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。
• 阻抗法（续）
阻抗法适用性差
• 不宜用于以下线路：
–直流输电线路 –带串补电容线路 –T接线 –部分同杆架设双回线
XS
1 2
(TS
TR ) v
L
） 测
故障点距R变电站距离：
XR
1 2
(TS
TR ) v
L
距
L -- 线路全长
法
A
• 行波法（续）
利用重合闸的（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：
X
L
1 2
v
t
S
F
R
合闸脉冲 故 障 点 反 射 脉 冲 t
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
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自故障点的行波脉冲
• 核心技术（续） 远程通信技术
S
R
电话网/广域网
PC 主 站
• XC行波测距装置
测距设备构成及各部分分工
主要由T-GPS、XC-21、当地机(含XC-2000软 件)、MODEM等构成。 GPS：主要任务是给XC-21对时； XC-21：接受GPS卫星对时信号，捕捉行波信 号并缓存，然后传给当地工控机；
XC-21：主要不应提示 ERROR 2,3,21错误。 ERROR 2:收不到GPS串口信号； ERROR 3： GPS失步； ERROR 21：不能与后台机通讯
• 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）
电流行波
电电压压行行波波
• 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。
• 阻抗法
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
• 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。
• 核心技术
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
输电线路故障行波测距技术
科汇电气有限公司
• 概述
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（续）
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。
设计了专用硬件超高速数据采 集电路，记录故障行波数据。
采用双RAM切换技术，实现暂态 行波信号的“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。
超高速 数据采 集电路
双RAM 切换控 制电路
CPU
• 核心技术（续） GPS时间精确同步技术
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。
当地机及XC-2000软件：接收XC21送来的行波 数据并保存，提供当地分析功能、数据远传功 能。
• XC行波测距装置（续） 装置构成电原理框图
高速 数据 采集
GPS 单 元
中
心 处
人机 界面
理
单 RS-232
元
• XC行波测距装置（续）
装置运行中的注意事项
GPS：天线安装位置合适，保证GPS不失步运 行。（失步时有指示灯闪烁;同时,XC-21提示 ERROR 3错误）
Ts S
TR R
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）
行波脉冲的小波检测技术
行波脉冲的常规越限检测方法， 抗干扰能力差、时间精度低。
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。
• 行波法
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。
变电站
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（续）
• 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
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
直流系统电压、电流互感器不满足测量线路行波的要求
线路电压行波会在载波 耦合电容上产生脉冲电 流
平波设备
直流输电线路
C
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。
•徐丙核垠: 心技术（续）
超高速行波数据采集技术
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
• 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（续）
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。