電力系統(tǒng)行波測(cè)距方法和發(fā)展

張倩

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的先進(jìn)技術(shù)被應(yīng)用到電力系統(tǒng)當(dāng)中，行波測(cè)距技術(shù)就是其中一個(gè)。行波測(cè)距就有較多的優(yōu)勢(shì)，如較快的定位速度、十分精確的測(cè)距等，目前在高壓輸電線路中主要應(yīng)用該技術(shù)。首先，本文詳細(xì)的分析了行波測(cè)距的方法，主要有單端測(cè)距法、雙端測(cè)距法、三端測(cè)距法以及廣域網(wǎng)絡(luò)信息的行波測(cè)距法。然后對(duì)行波提取及波速的確定進(jìn)行了分析，最后對(duì)電力系統(tǒng)行波測(cè)距的發(fā)展進(jìn)行了詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);行波測(cè)距;方法;發(fā)展

在電力系統(tǒng)中，對(duì)輸電線路故障進(jìn)行準(zhǔn)確快速的尋找可以有效的降低工作人員的巡線壓力與負(fù)擔(dān)，并且修復(fù)故障的時(shí)間也進(jìn)一步縮小，可以進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)供電的安全性、可靠性，減少停電發(fā)生的故障，降低停電帶來的損失。行波法是一種新型故障測(cè)距技術(shù)，與傳統(tǒng)的故障測(cè)距技術(shù)相比，其具有較多的優(yōu)勢(shì)，如受到較少的線路負(fù)荷、系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行方式以及過渡電阻的影響，具有較好的發(fā)展空間與發(fā)展前景。利用初始行波和測(cè)量端接收到故障點(diǎn)反射波的時(shí)間差，與行波波速進(jìn)行有效的結(jié)合，從而對(duì)故障的距離進(jìn)行確定，這就是行波測(cè)距法的基本原理。行波測(cè)距法具有較快的定位速度、十分精確的測(cè)距以及較廣的使用范圍等特點(diǎn)，從而在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛。

1 行波測(cè)距的方法

1.1 單端測(cè)距法

當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障的時(shí)候，因?yàn)槌跏夹胁]有相同的來源，因此測(cè)距原理具有A型、C型、E型、F型四個(gè)類型。如果初始行波的來源點(diǎn)是故障點(diǎn)，那么就是A型;利用脈沖反射，對(duì)脈沖到達(dá)故障點(diǎn)并反射回測(cè)距裝置所使用的時(shí)間對(duì)故障距離進(jìn)行測(cè)量的原理是C型;對(duì)線路故障發(fā)生以后自動(dòng)重合閘暫時(shí)所產(chǎn)生的行波進(jìn)行利用，通過其在故障點(diǎn)與測(cè)距裝置之間的傳播對(duì)故障距離進(jìn)行確定的原理是E型;在發(fā)生故障的時(shí)候，斷路器會(huì)發(fā)生跳閘，從而有暫態(tài)行波產(chǎn)生，根據(jù)此波對(duì)故障點(diǎn)距進(jìn)行測(cè)量的原理就是F型[1]。如果在輸電線路中發(fā)生故障，那么要對(duì)A型、C型、F型進(jìn)行應(yīng)用。不管是重合閘所產(chǎn)生的暫態(tài)行波還是斷路器跳閘所產(chǎn)生的暫態(tài)行波，對(duì)其計(jì)算的方法全部都是暫態(tài)行波行駛速度乘以兩點(diǎn)之間運(yùn)行速度的積[2]。因此，下述以A型為例，對(duì)行波測(cè)距的計(jì)算方法與原理進(jìn)行介紹。

根據(jù)測(cè)距裝置對(duì)不同行波的識(shí)別，可以將單端測(cè)距法A型分為三類：（1）標(biāo)準(zhǔn)模式。對(duì)故障電流在測(cè)量點(diǎn)的時(shí)間與反射時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，然后再乘上波速，從而計(jì)算出故障距離;（2）拓展模式。對(duì)測(cè)量點(diǎn)故障電力的經(jīng)過時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，對(duì)端母線故障電流經(jīng)過并反射，再流經(jīng)故障點(diǎn)然后測(cè)量點(diǎn)接收到其透射的時(shí)間差，再乘上波速，從而計(jì)算出故障距離;（3）綜合模式。與標(biāo)準(zhǔn)模式、拓展模式的不同點(diǎn)在于，前兩個(gè)模式對(duì)第一個(gè)反向行波進(jìn)行采用，而綜合模式對(duì)第二個(gè)反向行波進(jìn)行采用，然后對(duì)故障距離進(jìn)行確定。

單端法就是僅僅在線路的一端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)?。▓D1為其原理），測(cè)量公式如下：

在上述公式中，表示的是線摸速度;表示的是零摸速度;表示的是測(cè)量點(diǎn)M接收到線摸的時(shí)間;表示的是測(cè)量點(diǎn)M接收到零摸的時(shí)間;表示的是測(cè)量點(diǎn)M接收到初始波、經(jīng)過故障F點(diǎn)反射以后到達(dá)測(cè)量點(diǎn)M的時(shí)間差。

1.2 雙端測(cè)距法

雙端測(cè)距法就是對(duì)第一個(gè)初始行波進(jìn)行利用，然后通過到達(dá)兩端的時(shí)間差對(duì)故障距離進(jìn)行測(cè)量，以下是其測(cè)距公式：

雙端測(cè)距法僅需要對(duì)故障點(diǎn)初始行波到測(cè)量兩端的時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)確保其準(zhǔn)確性就可以完成對(duì)故障點(diǎn)的定位，不需要對(duì)反射波進(jìn)行識(shí)別與分析，具有較高的距離測(cè)量可靠性。和單端測(cè)距法相比，雙端測(cè)距法也存在不確定的行波波速對(duì)測(cè)定結(jié)果有較大影響的穩(wěn)定，同時(shí)還包括線路長度的影響，但是在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，對(duì)行波測(cè)量法不斷深入研究的情況下，行波波速和線路長度對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響越來越小，目前對(duì)雙端測(cè)距法有影響的就是線路兩端時(shí)鐘對(duì)時(shí)因素。

目前所使用的雙端測(cè)距法基本上都利用GPS技術(shù)對(duì)線路兩端時(shí)鐘同步進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，在利用GPS基礎(chǔ)上的時(shí)針同步輸出，可以進(jìn)一步精準(zhǔn)線路兩端裝置的同步時(shí)間，并且同步精度可以達(dá)到1，這樣對(duì)故障距離定位時(shí)所產(chǎn)生的誤差在150m之內(nèi)，對(duì)故障測(cè)距精準(zhǔn)度的要求完全滿足。雖然目前在行波測(cè)距形態(tài)中GPS屬于較好的時(shí)鐘同步單元，但是其也存在一定授時(shí)不穩(wěn)定的缺陷。因此，在對(duì)GPS秒脈沖進(jìn)行修正的時(shí)候可以對(duì)GPS高精度時(shí)鐘的誤差修正法進(jìn)行采用，動(dòng)態(tài)平均秒脈沖間的技術(shù)值，估計(jì)秒脈沖誤差，從而使得GPS的誤差得到有效降低，確保信號(hào)穩(wěn)定的輸出[3]。

2 行波提取及波速的確定

2.1 行波信號(hào)的獲取

互感器有兩個(gè)類型，電容式和電磁式，與普通的互感器相比，電容式互感器對(duì)高頻率的信號(hào)不能有效傳送，而電磁式互感器則可以完成傳輸，因此，當(dāng)前測(cè)控設(shè)備中主要對(duì)電磁式互感式進(jìn)行使用。

在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，數(shù)字化變電站越來越多，從而電子式互感器也隨之而產(chǎn)生。但是目前電子式互感器測(cè)量暫態(tài)信號(hào)的研究還不成熟，其主要是在電壓和電流的測(cè)量與計(jì)量以及電力保護(hù)系統(tǒng)中應(yīng)用。在文獻(xiàn)[4]中，電子式互感器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并經(jīng)過采用以后，在IEC 61850的基礎(chǔ)上進(jìn)行傳送，然后設(shè)計(jì)出可以在波形傳送中應(yīng)用的ECT，并且對(duì)相關(guān)數(shù)字化系統(tǒng)模型進(jìn)行建立，這樣電子式互感器就可以和其他店址設(shè)備進(jìn)行集成與操作。

2.2 行波特性分析及波速的確定

暫態(tài)行波分量在各個(gè)頻段都有暫態(tài)行波分量，各個(gè)階段的暫態(tài)行波分量頻率的不同也導(dǎo)致它們的行波速度、衰減常數(shù)各不相同、在故障發(fā)生的情況下一定會(huì)有故障相產(chǎn)生，可以對(duì)其經(jīng)常劃分，分別是線摸分量、零摸分量，大量研究發(fā)展，線路分量和零摸分量相比較，線路分量受到的影響較小，因此在行波測(cè)距中，主要應(yīng)用線路分量。

在確定行波波速的時(shí)候，其難點(diǎn)就是行波存在頻散現(xiàn)象。線路分布參數(shù)直接決定行波波速，并且大地電阻率對(duì)行波波速也有一定的影響。目前計(jì)算行波波速常用的方法有：對(duì)別人測(cè)量出的波速進(jìn)行查找與參考，從而對(duì)行波波速進(jìn)行計(jì)算;結(jié)合線路常規(guī)分布參數(shù)對(duì)行波波速進(jìn)行計(jì)算;對(duì)線路波速進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量;當(dāng)線路產(chǎn)生故障以后，可以對(duì)行波波速進(jìn)行在線測(cè)量。

3 消除波速影響的故障測(cè)距法

3.1 單端法

對(duì)行波前三個(gè)波頭到達(dá)測(cè)量段的時(shí)刻進(jìn)行利用，然后再加上故障點(diǎn)發(fā)生的位置，對(duì)故障距離進(jìn)行測(cè)量，以下是測(cè)距公式：

在公式中：代表是的行波從故障點(diǎn)第一次到達(dá)M端的時(shí)刻;代表是的行波從故障點(diǎn)第一次到達(dá)N端的時(shí)刻;代表是的對(duì)端母線反射波經(jīng)過故障點(diǎn)以后透射到本端的時(shí)刻。

線路弧垂對(duì)單端法沒有影響，在理論上具有較高的計(jì)算精度，但是要注意，在特殊情況下，波形混疊現(xiàn)象有可能會(huì)出現(xiàn)，或者是對(duì)故障點(diǎn)反射波、對(duì)端母線反射波難以同時(shí)檢測(cè)到，因此單端法的計(jì)算可靠性低于單端測(cè)距法，但是可以當(dāng)做是對(duì)單端測(cè)距法的補(bǔ)充。

3.2 雙端法

通過對(duì)初始行波線摸波速、零摸波速的使用對(duì)波速影響進(jìn)行消除，以下是其測(cè)距公式：

在公式中，，，。

該方法對(duì)線路參數(shù)不同、雷擊對(duì)電暈的沖擊等因素對(duì)測(cè)距準(zhǔn)確性的影響可以有效消除。但是因?yàn)閷?duì)零摸分量進(jìn)行了使用，所以頻散、零摸衰減快的問題依舊存在，并給還要具有雙端數(shù)據(jù)交換通道、同步對(duì)時(shí)設(shè)備，在實(shí)際中沒有較多的應(yīng)用。

4 電力系統(tǒng)行波測(cè)距的展望

行波測(cè)距是一種新型的定位技術(shù)和計(jì)算方法，并且因?yàn)榫哂泻唵蔚脑?、精確的測(cè)距度，在電力行業(yè)中一直是熱門研究對(duì)象。對(duì)現(xiàn)代行波測(cè)距方法進(jìn)行研究和分析發(fā)現(xiàn)，目前還存在以下方法需要解決：第一，反射波的自動(dòng)識(shí)別問題;第二，對(duì)時(shí)的行波測(cè)距裝置在IEEE1588的基礎(chǔ)上的研究;第三，對(duì)電子式互感器的成熟研究;第四，如何有效的控制波速誤差以及波速準(zhǔn)確性;第五，不同波頭的檢查方法之間如何進(jìn)行有效的配合，如何將行波測(cè)距有效的結(jié)合起來等。

未來對(duì)行波側(cè)庫研究過程中，具有較大的研究空間，以下是其研究方向：第一，研究出對(duì)故障進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別并且使用行波對(duì)其位置進(jìn)行定位的算法;第二，研制出可以對(duì)行波暫態(tài)信號(hào)有效獲取的電子式互感器;第三，研究出在IEC61850基礎(chǔ)上對(duì)IEEE1588采用的對(duì)時(shí)的行波測(cè)距裝置;第四，在行波理論測(cè)量算法的基礎(chǔ)上新的研究，以及行波和新技術(shù)的有效結(jié)合及應(yīng)用等。

5 結(jié)束語

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)電力的需求日益提高，確保電力系統(tǒng)供電的安全性與穩(wěn)定性十分重要。而在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，行波測(cè)距是一種新的對(duì)故障進(jìn)行定位的技術(shù)，該技術(shù)具有簡單的操作，并且與傳統(tǒng)的測(cè)距技術(shù)相比具有較高的測(cè)距精準(zhǔn)度。現(xiàn)代行波測(cè)距具有單端測(cè)距法、雙端測(cè)距法以及三端測(cè)距法三種方法，行波測(cè)距技術(shù)可以快速準(zhǔn)確的對(duì)故障進(jìn)行定位，同時(shí)檢修與維護(hù)也十分便捷，給電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性以及高效性提供保障。

參考文獻(xiàn)：

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