基于單端行波量的故障測距人工分析方法

方毅，紀思

(1.云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011；2.云南電網(wǎng)公司楚雄供電局，云南 楚雄 675000)

基于單端行波量的故障測距人工分析方法

方毅1，紀思2

(1.云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011；2.云南電網(wǎng)公司楚雄供電局，云南 楚雄 675000)

分析了影響單端測距的因素，歸納了波頭識別的原則，總結出人工單端行波測距的分析步驟，由電網(wǎng)內(nèi)實際故障行波數(shù)據(jù)驗證表面所提方法有效、可靠。

行波測距；單端行波

0 前言

行波測距是一種利用行波暫態(tài)量進行故障測距的新型測距技術，以其原理簡單、受系統(tǒng)方式影響較小、測距精度高的優(yōu)點，在電網(wǎng)內(nèi)得到推廣應用。雙端行波測距僅利用兩側故障行波的首波頭的可靠標定，較為容易實現(xiàn)自動測距功能，但是其成功性依賴于兩側成對配置，且受GPS對時誤差及通道完好性的制約，應用范圍有限。單端行波測距不受上述制約，并且一臺裝置可以接入多回線路，在網(wǎng)內(nèi)未全配置行波測距裝置的前提下，單端測距使用范圍遠遠超過雙端測距。但是，由于單端測距的影響因素較多，僅利用故障線路行波波頭極性判別進行單端測距的行波裝置往往不能自動、準確、可靠地判別出有用的波頭量，進而無法進行測距，造成了雙端測距成功率低、單端測距可靠性差的現(xiàn)狀，行波測距未能在實際應用中有效發(fā)揮出優(yōu)勢。

單端測距應用范圍較廣，它可以作為雙端測距的有效補充判別方法。本文指在現(xiàn)有實測故障行波信息中，提出一種人工測距分析方法，對單端行波波頭進行人工分析判別，提高測距的準確性，增強行波測距裝置的實用價值。

1 單端行波測距原理及影響因素

1.1 單端行波測距原理

設圖1中首波頭到達測量點M端的時刻為t1，故障點反射行波到達M端的時刻為t2，對端母線反射行波到達M端的時刻為t3，那么故障位置距M端的距離LFM就可利用行波自測量點到故障點往返一次的傳播時間計算可得，如式 (1)所示：

其中，v為行波波速。

對端母線反射行波到達M端的時刻t3同樣包含了故障位置信息，如式 (2)所示：

其中，v為行波波速；MN為線路總長度。

根據(jù)式 (1)和式 (2)，可以得到：

式 (3)的意義在于，如果有兩個波頭對應的故障距離相加等于線路全長，就可初步判定其中一個波頭為故障點反射波。

圖1 測量點M端的故障后行波波頭

1.2 單端行波測距準確性影響因素

1)故障行波數(shù)據(jù)文件的選?。簩嶋H應用中，行波測距存在極為嚴重的非故障數(shù)據(jù)干擾問題。行波裝置由于啟動靈敏度較高，非故障時頻繁受干擾啟動，裝置記錄下大量非故障數(shù)據(jù)，導致故障數(shù)據(jù)被淹沒在大量非故障數(shù)據(jù)中。

2)故障點反射波 (或對端母線反射波)到達時刻的標定。在測量點標定故障點反射波 (或對端母線反射波)主要受以下幾個因素的影響：

a.母線上的出線數(shù)目[2]。在母線上有多回出線 (大于等于三回)的運行方式下，故障點反射行波極性與初始行波極性相同，而對端母線反射行波極性與初始行波極性相反，可利用波頭極性判別波頭性質。

b.過渡電阻大小。行波在故障點透射行波量的大小與過渡電阻大小相關，過渡電阻越大，測量點感受到的故障點反射行波浪涌越小。

c.相鄰健全線路的長度。相鄰健全線路產(chǎn)生的行波波頭在測量點將造成干擾，特別對相鄰母線上僅有一回出線 (如電廠出線)時，干擾較大。

由于上述因素的影響，造成裝置自動判斷波頭性質不準確的問題，因此有的行波測距廠家，已不提供由裝置自動計算單端測距結果，造成了單端測距只能由人工分析的現(xiàn)狀。

1.3 行波波速

行波波速在架空導線中的經(jīng)驗值為光速的97%～99%，即2.91?108m/s～2.97?108m/s，考慮到相較于有用行波波頭標定不準確所帶來的誤差，行波波速不準確對測距結果誤差較小，因此本文對波速誤差不予考慮，計算中均采用2.94?108m/s。

2 單端行波人工測距方法

2.1 判別原則

在不考慮行波波速的影響時，單端行波測距準確與否取決于準確選取故障行波和有效波頭的辨識問題。人工判別時可以按以下原則進行判別：

1)在站內(nèi)設備GPS對時均準確的前提下，故障行波的啟動時間一定與保護裝置啟動時間(秒級)相一致。

2)首波頭能量最大，波頭最為明顯。

3)測距所需的有用的波頭 (故障點反射波與對端母線反射波)一定存在于故障距離等于線路全長的1.1～1.2倍區(qū)間內(nèi)；

4)考慮母線上有多條出線的情況，如果除首波頭外的兩個波頭對應故障距離相加等于線路全長，且波頭極性相反，那它們一定是故障點反射波與對端母線反射波，與首波頭極性相同為故障點反射波，極性相反為對端母線反射波；

5)故障點反射波與對端母線反射波不一定都能在測量點記錄到，如發(fā)生金屬性故障或斷線故障時，對端母線反射波有可能記錄不到；如發(fā)生山火等高阻故障故障時，故障點反射波可能無法找到。

6)對行波測距結果的正確性判斷可結合線路保護及故障錄波的測距結果。

2.2 單端行波人工測距分析步驟

根據(jù)以上判別原則，提出單端行波人工測距分析步驟如下：

1)在站內(nèi)設備GPS對時均準確的前提下，首先選擇與保護裝置啟動時間 (秒級)相一致的故障行波，然后再選擇微秒級先啟動的作為故障行波。

2)將非故障線路波形剔除，保留故障線路行波波形進行分析，并調(diào)整行波波形比例，使界面中存在故障距離等于1.1～1.2倍線路全長的波頭，除線路充電故障外，去除非故障相；

2.3 兩種故障情況

1)非線路充電故障。故障起始波頭位置為第一個波頭位置，分別計算第二、三個行波波頭與首波頭的時間差，根據(jù)式 (1)分別計算兩個波頭的故障距離。若兩個故障距離相加得線路全長，且第二、三個波頭的極性相反，則可根據(jù)波頭極性判斷出故障點反射波，相對應的故障距離為故障點距本端的距離；若不等于線路全長，則需要將線路全長的1.1～1.2倍區(qū)間內(nèi)所有波頭與首波頭進行極性比較，并結合實際母線接線進行波形性質判別，找到故障點反射波或對端母線反射波，最終確定故障位置。

2)線路充電故障。首先確定起始波頭位置，計算第二個波頭與首波頭的時間差，根據(jù)式 (1)計算故障距離，如果故障距離等于線路全長，則判定第一個波頭不是故障首波頭，需要計算第三個波頭與第二個波頭的時間差，計算故障距離，以此類推，直到故障距離不等于線路全長后，可以判定故障起始波頭位置。后續(xù)波頭性質判斷與非充電故障相似。

2.4 對行波測距結果進行校驗

若行波波形中可以判定故障點反射波和對端母線反射波，即使行波測距與保護測距兩者差別較大，也可以采用行波測距結論；若行波測距中只能判定故障點反射波或對端母線反射波，則必須與保護測距相比較，如果兩者差別較大，則判斷單端行波測距失敗。

測距方法流程如圖2所示。

圖2 單端人工行波測距方法流程圖

3 典型實例分析

某500 kV線路發(fā)生C相瞬時故障，故障查線結果為故障點距M端141.1 km。根據(jù)上文所述的單端行波人工測距方法進行分析：

1)準確選擇故障行波

由故障線路M端主一保護報文中得到啟動時刻，在行波測距裝置中找到與保護啟動時刻 (秒級)對應的行波測距文件。

2)去除非故障線路及非故障相，進行相關波頭對應故障距離分析。

3)將左時標卡到首波頭上升沿，右時標分別卡到第二個、第三個波頭的上升沿，得到第二個波頭對應故障距離為60.5 km，第三個波頭對應故障距離為142.2 km，相加得到202.7 km≠295 km。

4)對1.1倍線路全長內(nèi)的所有波頭進行分析，1.1倍線路全長內(nèi)共有四個波頭。根據(jù)母線接線可以知道，兩側母線均為3回及以上出線，可用正常極性判別進行分析。由波頭極性上看，第二個波頭、第三個波頭極性與首波頭相同，第四個波頭極性與首波頭相反，且第四個波頭對應故障距離 (155.8 km)與第三個波頭對應故障距離相加得到298 km，略長于線路全長。考慮測量端M側相鄰線路長度為60.3 km，可以確定第二個波頭為相鄰母線 (L側)反射波，第三個波頭為故障點反射波，第四個波頭為對端母線 (N側)反射波，由此可得行波測距結果為故障點距M端142.2 km，距N端155.8 km。

5)與保護測距相比較。線路主一保護測距結果為127.4 km，與行波測距結果142.2 km有較大差距，考慮行波測距分析中可以準確找到對端母線反射波，因此可以認定單端測距結果有效。

6)與最終查線結果比較。故障查線結果距M端141.1 km，行波測距誤差1.1 km，保護誤差13.7 km，行波測距結果更優(yōu)。

4 結束語

單端行波測距受波頭判別準確性的影響，單純依賴機器測距準確性較差，且并不是所有廠家的行波測距裝置均能自動給出單端行波測距結果，單端人工測距是提高裝置利用率的有效途徑。本文從實際應用的角度出發(fā)，總結了單端行波測距的人工判別方法，實際故障波形驗證了本文提出的單端人工測距方法的有效性，可以判斷出有用的行波量，可以有效發(fā)揮行波測距的優(yōu)勢。

[1] 葛耀中.新型繼電保護與故障測距原理與技術 (第二版) [M].西安：西安交通大學出版社，2007.

[2] 陳平，葛耀中，徐丙垠，等.現(xiàn)代行波故障測距技術原理及其在實測故障分析中的應用 [J].繼電器，2004，32 (2)：13-18.

[3] 董新洲，葛耀中，徐丙垠.利用暫態(tài)電流行波的輸電線路故障測距研究 [J].中國電機工程學報，1999，19(4)：76-80.

[4] 施慎行，董新洲，周雙喜.單相接地故障行波分析 [J].電力系統(tǒng)自動化，2005，29(23)：2 9-32，53.

Research on Fault Location Method Based on Artificial Single-ended Traveling Wave

FANG Yi1，JI Si2
(1.Yunnan Electric Power Dispatching Center，Kunming 650011，China；2.Chuxiong Power Supply Bureau，Yunnan Power Grid Company，Chuxiong，Yunnan 675000，China；)

This paper analyzes the factors that affect the traveling wave identification，according to the principle of wave head discriminant，propose artificial single-ended traveling wave fault location method.The actual fault traveling wave verify the proposed method effective and reliable.

travelling wave fault location；single-ended；

TM75

B

1006-7345(2014)06-0091-03

2014-06-30

方毅 (1985)，女，碩士，工程師，云南電力調(diào)度控制中心，從事電力系統(tǒng)繼電保護運行管理工作 (e-mail)fangyi_yn＠139.com。

紀思 (1985)，男，工程師，云南電網(wǎng)公司楚雄供電局，主要從事電力系統(tǒng)調(diào)度運行工作 (e-mail)282685687＠qq.com。