架空输电线路现代行波故障测距技术及其应用.pptx

现代行波故障测距技术及其应用现代行波故障测距技术及其应用淄博科汇电气有限公司淄博科汇电气有限公司陈陈 平平 国家电力公司科技开发服务中心国家电力公司科技开发服务中心主主 要要 内内 容容输电线路故障测距技术发展过程输电线路故障测距技术发展过程行波基本概念行波基本概念现代行波故障测距基本原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现代行波故障测距关键技术XC-2000行波故障测距系统及其应用行波故障测距系统及其应用实例实例输电线路故障测距技术发展过程输电线路故障测距技术发展过程早期行波故障测距技术早期行波故障测距技术利用工频分量的故障测距技术利用工频分量的故障测距技术现代行波故障测距技术现代行波故障测距技术早期行波故障测距技术早期行波故障测距技术20世纪（世纪（5060）年代）年代基本原理：通过测量电压行波在故障点及母线之间的基本原理：通过测量电压行波在故障点及母线之间的 传播时间测距。传播时间测距。没有得到推广应用，原因是：没有得到推广应用，原因是：对行波现象的研究认识不充分；对行波现象的研究认识不充分；测量电压行波信号，需专用行波信号耦合设备，价格测量电压行波信号，需专用行波信号耦合设备，价格昂贵；昂贵；采用高速拍照方式记录行波波形，装置构成复杂，可采用高速拍照方式记录行波波形，装置构成复杂，可靠性差；靠性差；行波信号的分析处理手段有限行波信号的分析处理手段有限 利用工频分量的故障测距技术（利用工频分量的故障测距技术（1）20世纪世纪70年代年代基本原理：利用测量点的电压相量基本原理：利用测量点的电压相量和电流相量之间的关系测距。和电流相量之间的关系测距。分为阻抗法和故障分析法两大类。分为阻抗法和故障分析法两大类。利用工频分量的故障测距技术（利用工频分量的故障测距技术（2）阻抗法阻抗法 根据故障后线路一端的测量阻抗估根据故障后线路一端的测量阻抗估算故障距离。算故障距离。测距精度受以下因素的影响：测距精度受以下因素的影响：1 1）过渡电阻）过渡电阻 2 2）电压、电流互感器变换误差）电压、电流互感器变换误差 3 3）三相不对称）三相不对称利用工频分量的故障测距技术（利用工频分量的故障测距技术（3）故障分析法故障分析法 根据故障后线路一端或两端的工频根据故障后线路一端或两端的工频电压、电流估算故障距离。电压、电流估算故障距离。测距精度受以下因素的影响：测距精度受以下因素的影响：1）电压、电流互感器变换误差）电压、电流互感器变换误差 2）三相不对称）三相不对称 3）系统阻抗）系统阻抗现代行波故障测距技术（现代行波故障测距技术（1）20世纪世纪90年代年代 A、D、E、F四种基本测距原理四种基本测距原理发展原因发展原因 1）计算机仿真技术使人们对行波现象的认识不断）计算机仿真技术使人们对行波现象的认识不断 深入、完善；深入、完善；2）普通电流互感器（）普通电流互感器（TA）高频传变特性的发现和验证）高频传变特性的发现和验证 使得行波耦合方式得以大大简化；使得行波耦合方式得以大大简化；3）现代微电子技术使行波信号的采集、记录、处理）现代微电子技术使行波信号的采集、记录、处理 成为可能；成为可能；行波基本概念行波基本概念输电线路上的行波是指沿线路传播的电压、电输电线路上的行波是指沿线路传播的电压、电流波。沿参考方向传播的行波称为正向行波流波。沿参考方向传播的行波称为正向行波（或前行波），沿参考方向的相反方向传播的（或前行波），沿参考方向的相反方向传播的行波称为反向行波（反行波）。行波分为稳态行波称为反向行波（反行波）。行波分为稳态行波和暂态行波；行波和暂态行波；稳态行波是指系统正常运行时沿线路传播的行稳态行波是指系统正常运行时沿线路传播的行波，它是由系统的电源产生的。电能的传输和波，它是由系统的电源产生的。电能的传输和交换是通过稳态行波的传播来实现的；交换是通过稳态行波的传播来实现的；现代行波故障测距技术（现代行波故障测距技术（2）发展趋势发展趋势 智能化智能化 自动波形分析自动波形分析 采用小波分析、神经网络和专家系统等。采用小波分析、神经网络和专家系统等。4）应用）应用GPS技术可以实现技术可以实现1us精确对时；精确对时；5）现代通信技术的发展；）现代通信技术的发展；6）现代数字信号处理技术的发展；）现代数字信号处理技术的发展；7）小波分析技术的发展。）小波分析技术的发展。暂态行波是指系统运行过程中突然出现，而后暂态行波是指系统运行过程中突然出现，而后又逐渐消失的行波，它是由系统的扰动，如短又逐渐消失的行波，它是由系统的扰动，如短路、断线、开关操作、雷击及雷电感应等引起路、断线、开关操作、雷击及雷电感应等引起的；的；行波现象可以用建立在分布参数线路模行波现象可以用建立在分布参数线路模型基础上的电报方程来描述。通过求解型基础上的电报方程来描述。通过求解电报方程所得到沿线各点的电压和电流电报方程所得到沿线各点的电压和电流均包含正向和反向两部分行波分量；均包含正向和反向两部分行波分量；由线路故障在线路上某一点产生的暂态由线路故障在线路上某一点产生的暂态行波分量可以利用该点的暂态电压、电行波分量可以利用该点的暂态电压、电流故障分量（突变量）的线性组合来提流故障分量（突变量）的线性组合来提取；取；暂态行波分量含有从低频到高频的各种频率分暂态行波分量含有从低频到高频的各种频率分量。不同频率的行波分量具有不同的衰减时间量。不同频率的行波分量具有不同的衰减时间常数，因而暂态行波在线路上传播时必然要发常数，因而暂态行波在线路上传播时必然要发生波形的畸变（称为幅值畸变）。另一方面，生波形的畸变（称为幅值畸变）。另一方面，不同频率的行波分量还具有不同的传播速度，不同频率的行波分量还具有不同的传播速度，这同样会导致暂态行波波形的畸变（称为相位这同样会导致暂态行波波形的畸变（称为相位畸变）；畸变）；暂态行波的传播特性随频率变化的现象称为频暂态行波的传播特性随频率变化的现象称为频散（散（frequency dispersion）。）。行波浪涌到达线路上波阻抗不连续点行波浪涌到达线路上波阻抗不连续点(如母线、如母线、故障点等故障点等)时将同时产生反射和透射现象，相时将同时产生反射和透射现象，相应反射波和透射波的性质与该点的网络结构有应反射波和透射波的性质与该点的网络结构有关；关；三相线路各相之间存在着电磁耦合，描述每一三相线路各相之间存在着电磁耦合，描述每一相行波的电报方程是不独立的。一般通过相模相行波的电报方程是不独立的。一般通过相模变换将三相行波分解为线模和地模（零模）两变换将三相行波分解为线模和地模（零模）两种独立的行波模量来分析简化求解过程；种独立的行波模量来分析简化求解过程；地模行波分量在传播过程中将发生严重的衰减地模行波分量在传播过程中将发生严重的衰减和畸变，其传播速度也不稳定，而线模行波分和畸变，其传播速度也不稳定，而线模行波分量在传播过程中的衰减和畸变程度较小，其传量在传播过程中的衰减和畸变程度较小，其传播速度也比较稳定。因而在行波故障测距中一播速度也比较稳定。因而在行波故障测距中一般选用线模行波分量来构造测距算法；般选用线模行波分量来构造测距算法；暂态行波的传播过程可以利用行波网格图来描述。暂态行波的传播过程可以利用行波网格图来描述。现代行波故障测距基本原理现代行波故障测距基本原理单端（单端（A A型）测距原理型）测距原理双端（双端（D D型）测距原理型）测距原理单端（单端（E E型）测距原理型）测距原理单端（单端（F F型）测距原理型）测距原理单端（单端（A型）测距原理型）测距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RSt初始行波故障点反射波TS1TS2TS3F优点：只需要在线路一端安装装置优点：只需要在线路一端安装装置缺点：波形分析困难，可靠性差缺点：波形分析困难，可靠性差双端（双端（D型）测距原理型）测距原理 利用故障初始行波到达线路两端的时间计算故障距离：RSFTrtTst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。单端（单端（E型型）测距原理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：适用于测量永久短路及断线故障RSFt合闸脉冲故障点反射脉冲现代行波故障测距关键技术问题（现代行波故障测距关键技术问题（1）行波信号的耦合行波信号的耦合 1 1）专用耦合设备）专用耦合设备 2 2）光电压、电流互感器）光电压、电流互感器 3 3）常规保护）常规保护TATA 科汇在世界上首次提出利用普通的电流互感器科汇在世界上首次提出利用普通的电流互感器耦合电流行波，并通过数字仿真分析及对实际耦合电流行波，并通过数字仿真分析及对实际TATA的测试证明之。的测试证明之。优点：实现简单、成本低、灵敏度高。优点：实现简单、成本低、灵敏度高。现代行波故障测距关键技术问题（现代行波故障测距关键技术问题（2）电压行波电压行波暂态测量电流暂态测量电流暂态测量电压暂态测量电压现代行波故障测距关键技术问题（现代行波故障测距关键技术问题（3）行波分量的提取行波分量的提取 正向行波（母线到线路方向）：正向行波（母线到线路方向）：u+=(u+i*Zc)/2u+=(u+i*Zc)/2 i+=u+/Zci+=u+/Zc 反向行波（线路到母线方向）：反向行波（线路到母线方向）：u-u-=(u-i*Zc)/2=(u-i*Zc)/2 i-=-u-/Zci-=-u-/Zc现代行波故障测距关键技术问题（现代行波故障测距关键技术问题（4）高速采集技术高速采集技术 1 1）可以实现单端行波故障测距；）可以实现单端行波故障测距；2 2）可以补偿双端行波测距误差。）可以补偿双端行波测距误差。GPSGPS同步技术同步技术 1 1）线路两端装置要有）线路两端装置要有1 1usus的时间同步精度，的时间同步精度，以保证测距精度；以保证测距精度；2 2）使用）使用GPSGPS同步时钟可以实现同步时钟可以实现1 1usus时间同步。时间同步。现代行波故障测距关键技术问题（现代行波故障测距关键技术问题（5）远程通信技术远程通信技术 1 1）装装置置之之间间可可以以使使用用电电话话网网、INTERNETINTERNET数数据据网网、电电力力系系统统专专用用通通信信通通道道等等广广域域通通信信网网互互联联，交换数据，实现双端测距；交换数据，实现双端测距；2 2）由由于于不不需需要要在在故故障障后后立立即即动动作作，不不要要求求为为测距装置之间设置常备通信通道。测距装置之间设置常备通信通道。现代行波故障测距关键技术问题（现代行波故障测距关键技术问题（6）行波故障测距系统行波故障测距系统广域通信网测距装置测距装置测距装置测距装置PC主站现代行波故障测距关键技术问题（现代行波故障测距关键技术问题（7）行波分析技术行波分析技术 1 1）人工分析技术）人工分析技术 2 2）相关分析技术）相关分析技术 3 3）小波分析技术）小波分析技术 4 4）计算机仿真技术）计算机仿真技术XC-2000行波故障测距系统行波故障测距系统系统构成系统构成应用实例应用实例电话网/广域网 Modem/网卡 Modem/网卡 Modem/网卡 Modem/网卡调度中心PC机科汇技术服务PC机XC-2000系统构成系统构成XC-2000XC-2000站端行波采集与分析系统站端行波采集与分析系统GPSGPS同步时钟同步时钟XC-21XC-21行波采集单元行波采集单元当地处理机当地处理机中央处理单元中央处理单元高速采集电路高速采集电路GPSGPS接口电路接口电路I/OI/O接口电路接口电路键盘显示键盘显示接口电路接口电路TATATVTV 专用专用电流电流耦合耦合器器当地处理机当地处理机调度调度线路对端线路对端所在变电所所在变电所XC-2000调度端行波分析系统调度端行波分析系统自动双端测距人工波形分析计算机辅助分析行波数据库管理XC-2000应用实例应用实例（交流线路）（交流线路）平均绝对误差：平均绝对误差：400 m 400 m典型实际故障及典型实际故障及XC-2000测距结果测距结果序号序号故障时间故障时间故障线路故障线路分析距离分析距离（kmkm）实际故障距离实际故障距离（kmkm）绝对误差绝对误差（m m）11997-06-30/08:01:30500kV董辽线（董家变辽阳变）129.3（距辽阳）128.5（距辽阳）80021997-07-05/16:23:45临邑变110kV黄一临线23.722372031997-12-14/02:17:49陇西变330kV陇马线75.8（距对端）75.5（距对端）30041998-04-28/20:35:48九里变220kV龚九一线6.56.5858551998-07-04/21:28:54董家变500kV元董一线177.617760061999-06-23/11:29:18浮石变110kV麻浮线44.9（距对端）44（距对端）90071999-06-25/10:12:50赵庄变110kV赵石线1.42142081999-07-11/14:36:53洛埠变110kV杨埠线6.7（距对端）6.5（距对端）20091999-07-25/13:36:33临邑变220kV济临线15.5915.2390102000-04-27/17:30:08500kV双玉二回*（双河变玉贤变）0.2（距双河）双河侧出口故障（CT爆炸）200112000-06-21/15:36:04金锁变330kV金延线7.58500122000-06-23/17:36:17110kV埠屯线*（洛埠变浮石变）6.3（距洛埠）6.2（距洛埠）100132000-09-17/17:49:28碧口电厂220kV成碧线47.247.4200142001-06-12/18:06:10陇西变330kV陇雍线75.7（距对端）76（距对端）300152001-07-04/14:57:38陇西变330kV陇炳一线108.2108200 注：带“*”线路的两端装有同步的测距装置，其它线路只在本端装有测距装置。XC-2000测距误差曲线（测距误差曲线（19972001）典型实际故障及典型实际故障及XC-2000测距结果测距结果序序号号故障时间故障时间故障线路故障线路分析距离分析距离（kmkm）实际故障距离实际故障距离（kmkm）绝对误差绝对误差（m m）12001-04-29/04:03:25绥化变220kV绥铁线62.562.5353522001-07-21/01:31:56220kV康绥乙线（康金变绥化变）31.8未找到32002-04-05/14:33:07220kV康绥甲线（康金变绥化变）37.23720042002-04-09/04:51:14绥化变220kV绥铁线90.890.59920152002-04-16/04:29:39220kV康绥甲线（康金变绥化变）98.9554562002-06-19/15:40:42220kV康绥甲线（康金变绥化变）3030.4400 注：带“*”线路的两端装有同步的测距装置，其它线路只在本端装有测距装置。湖北双河变电站500kV双玉线故障波形及测距结果 柳州洛埠变电站110kV屯秋线故障波形及测距结果甘肃天水 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四川乐山 九里变电站220kV龚九线于98-04-28/20:35:48，C相接地故障采集的故障电流行波数据故障点反射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谢谢大家！谢谢大家！