淺析當(dāng)前輸電線路故障行波網(wǎng)絡(luò)定位新方法
2015-01-01 00:00:00汪洋
【摘 要】在電力系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，輸電線路是非?；A(chǔ)也是非常重要的一個(gè)要素，如果輸電線路在運(yùn)行的過程中出現(xiàn)了一些異常的現(xiàn)象就有可能對電力系統(tǒng)造成比較大的影響，而如果輸電線路真的出現(xiàn)了一些運(yùn)行方面的故障，故障點(diǎn)的位置上就會垂涎故障電流行波，對行波數(shù)據(jù)進(jìn)行了一定的記錄和統(tǒng)計(jì)之后，采取一些適當(dāng)?shù)挠?jì)算方法就可以比較準(zhǔn)確的確定輸電線路故障位置的長度，本文主要分析了當(dāng)前輸電線路故障行波網(wǎng)絡(luò)定位新方法，以供參考和借鑒。
【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；暫態(tài)電流行波；輸電線路；故障測距
在電力系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，如果輸電線路出現(xiàn)了故障，就要對輸電線路的兩端，或者是輸電線路當(dāng)中的某一段進(jìn)行相對比較詳盡的測量，從而也就可以對故障點(diǎn)的具體位置加以判斷，通常我們將這種方法就叫做故障測距技術(shù)。在使用該技術(shù)的過程中，一方面減輕了巡視人員的工作強(qiáng)度，同時(shí)也在很大程度上提高了工作的質(zhì)量和工作的效率。而連環(huán)損壞的狀況也得到了很好的控制，從而避免了經(jīng)濟(jì)上的損失，使得整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行更加的順暢。
1.輸電線路故障行波定位研究進(jìn)程
很長時(shí)間以來，很多研究人員都在努力的進(jìn)行電力系統(tǒng)故障測距技術(shù)的研究工作。我國的科學(xué)技術(shù)在不斷發(fā)展，同時(shí)故障測距技術(shù)也在不斷的發(fā)展，但是在該技術(shù)研究和發(fā)展的過程中因?yàn)樽杩箿y量的過程中所涉及到的故障測距措施會受到很多因素的制約，這也使得該領(lǐng)域的研究工作一直停留在ETP仿真的理論分析和研究階段。而在某種角度上來說，電網(wǎng)在運(yùn)行中存在的暫態(tài)行波網(wǎng)絡(luò)要比仿真系統(tǒng)運(yùn)行中所得到的行波更加具有多樣性和復(fù)雜性。而在此基礎(chǔ)上，一些研究人員使用單端行波網(wǎng)絡(luò)測距的方法也受到了一定的影響，這樣就使得故障的測距質(zhì)量無法充分的得到保證，故障測距工作的研究也會受到很大的限制。
在上個(gè)世紀(jì)的80年代，國際上就已經(jīng)開始研究行波網(wǎng)絡(luò)故障測距技術(shù)，這種技術(shù)在測算方法上的靈感主要是來源于某些現(xiàn)場條件和環(huán)境的綜合影響，而這種方式所測算出的故障點(diǎn)距離也是存在著比較明顯的不準(zhǔn)確性。所以這也在某種程度上證明該技術(shù)還是存在著不少的不足。而從上個(gè)世紀(jì)的90年代開始，微電子技術(shù)逐漸的興起和發(fā)展，這也使得行波網(wǎng)絡(luò)測定方法測量精度得到了非常大的改善，在新技術(shù)應(yīng)用的過程中故障測距技術(shù)有了很大的發(fā)展。而在這一基礎(chǔ)上，研究者也采取了很多的方式來研究提高測距精度的方法。當(dāng)前，輸電線路故障測距的方法主要有兩種，一種就行波網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)，一種就是抗阻技術(shù)。使用了這兩種方法之后，能夠極大的提升新型的暫態(tài)行波原理的應(yīng)用質(zhì)量，使得測距的精度和穩(wěn)定性得到顯著的提升。
隨著智能電網(wǎng)的全面建設(shè)，對大電網(wǎng)運(yùn)行控制的安全、可靠性要求越來越高，對電網(wǎng)中輸電線路故障的精確定位越來越重要。近年來大量定位方法被提出，部分已經(jīng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場應(yīng)用，但由于行波信號光速傳播，瞬間即逝，折反射復(fù)雜，在強(qiáng)電磁環(huán)境下故障行波辨識與波頭的納秒級快速捕捉困難等原因造成定位效果不佳，定位方法有待完善傳統(tǒng)的雙端行波定位只需捕捉到達(dá)線路兩端行波的初始波頭，不受各種反射波和折射波的影響，原理相對簡單。但是基于單條線路的故障定位，當(dāng)定位裝置失靈。出現(xiàn)故障或是定位裝置的時(shí)間記錄存在誤差時(shí)，定位可靠性得不到保證，已經(jīng)無法滿足電網(wǎng)運(yùn)行的要求。隨著大電網(wǎng)建設(shè)及系統(tǒng)間通信技術(shù)的發(fā)展，全球定位系統(tǒng)（GPS）同步時(shí)鐘精度提高，基于整個(gè)電網(wǎng)的行波定位方法基本上解決了上述問題，但是在利用GPS同步時(shí)鐘定位時(shí)，GPS接收機(jī)標(biāo)準(zhǔn)誤差為±20ns，理論上對行波定位影響極小，然而接收機(jī)的誤差是隨機(jī)正態(tài)分布，惡劣情況下誤差會達(dá)到1μs，在利用行波定位時(shí)1μs的誤差將造成150m的測距誤差。
2.利用暫態(tài)電流行波實(shí)施輸電線路故障測距的基本原理
高壓輸電線路在受到一些因素影響而出現(xiàn)了運(yùn)行故障之后，在變電站母線和故障點(diǎn)的位置上會出現(xiàn)比較明顯的暫態(tài)行波反射現(xiàn)象，而且這種反射現(xiàn)象有著十分明顯的連續(xù)性，因?yàn)楣收宵c(diǎn)在運(yùn)行的過程中會存在著一些阻抗問題，所以在阻抗沒有辦法持續(xù)的對電路起作用的時(shí)候，行波在傳輸?shù)倪^程中就會出現(xiàn)比較明顯的反射、透射的情況，這樣一來就構(gòu)成了兩種完全不同的行波而構(gòu)成的波浪涌，這樣就可以對輸電線路當(dāng)中的故障進(jìn)行測距，從而明確線路故障的具體位置，為故障的排查和維修提供了更大的便利。
在實(shí)際的研究過程中，研究人員通過測定在測量的一端直接感受到的就是兩種浪涌共同作用之下形成的電壓和電流行波，通過下面的公式，我們就可以將方向行波計(jì)算和提取出來。
u（t）=
其中是正方向的行波浪涌，是反方向的行波浪涌，知道行波方向之后，我們就可以通過以下測定方法實(shí)現(xiàn)故障測距：
首先，我們假設(shè)如圖1所示的結(jié)構(gòu)即為測量點(diǎn)母線結(jié)構(gòu)，將母線指向線路方向規(guī)定為各線路電流正方向。
然后，選取參考線路，將某一沒有出現(xiàn)故障的線路標(biāo)記為Mn，如果相對于故障線路MF來說，線路Mn為“無限長”時(shí)，測量點(diǎn)的電壓行波則可以根據(jù)彼得遜法則用下面的公式表示出來：
uM（t）=ZMniMn（t）
其中，Mn的波阻抗和電流行波與實(shí)際的方向電流行波相差一個(gè)常數(shù)“0.5”。
3.對來自故障方向的暫態(tài)電流行波浪涌的識別
若我們選擇的參數(shù)與“無限長”的假設(shè)不成立，那么在形成的方向行波中，則是由參考線路的暫態(tài)行波浪涌引起的第2個(gè)反向行波浪涌。我們假設(shè)參考線路Mn為“有限長”線路，當(dāng)t=0且故障初始行波電壓源為e（t），時(shí)，在F點(diǎn)發(fā)生金屬性短路故障，那么該反射波經(jīng)過母線M反射產(chǎn)生向著本線路方向傳播的行波浪涌，其公式表達(dá)為：
u（t）=iMn（t）+iMF（t）
u（t）=iMn（t）+iMF（t）
在故障線路上接收到的行波浪涌可用公式表示為：
i（t）=imF（t）+iMn（t）
i（t）=imF（t）+iMn（t）
其中，KM表示電壓行波在母線M的反射系數(shù)，KM=-1<0，n∈N；KT表示電壓行波在母線M的透射系數(shù)，Kr=>0，n∈N；Kn表示電壓行波在n端的反射系數(shù)，由以上三個(gè)公式分析可得，行波浪涌的極性關(guān)系與所選的參考線路遠(yuǎn)端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)，通過后兩個(gè)公式即可將來自故障方向的第2個(gè)反向行波浪涌正確的識別出來。
4.仿真系統(tǒng)
仿真系統(tǒng)接線將M2作為參考線路，根據(jù)公式，形成的正向行波和反向行波波形我們也可以用數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來。以這一基礎(chǔ)作為分析切入點(diǎn)，我們可以看出，如果存在第三個(gè)反向行波，那么第三個(gè)反向行波浪涌與他相對應(yīng)的正向行波浪涌極性相反，而第二個(gè)反向行波浪涌與他相對應(yīng)的正向行波極性相同，因此，第二個(gè)反向行波浪涌是不是實(shí)際故障方向傳來的，第三個(gè)反向行波浪涌才是真正來自于故障方向。
5.結(jié)語
綜上所述，利用暫態(tài)電流行波網(wǎng)絡(luò)來對于電線路故障問題執(zhí)行測距工作的過程中，其中所存在的一個(gè)重要問題就是由于行波本身的無方向性缺陷，如果說受到這一因素的干擾，那么就極有可能會導(dǎo)致測距工作的精確性受到極大的影響。因此，為了能夠有效的解決這一問題，本文提出了EMTP仿真系統(tǒng)，從大量的測量結(jié)果來看，使用該措施到暫態(tài)電流行波網(wǎng)絡(luò)的故障測距工作中，能夠呈現(xiàn)出極為良好的結(jié)果精確性，這對于完善電廠故障問題的解決能力來說，起到了至關(guān)重要的作用。
【參考文獻(xiàn)】
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