電力系統(tǒng)行波測距方法及其發(fā)展

陳奇

摘要：輸電線路承擔(dān)著輸電的重要任務(wù)，其可靠性決定著整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行。當(dāng)某條線路發(fā)生故障時(shí)，快速、準(zhǔn)確地定位故障并盡快排除故障對保證輸電線路的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。目前，輸電線路故障檢測方法主要有單端行波測距法、雙端行波測距法和多端行波測距法。

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

1行波測距綜合保護(hù)技術(shù)

1.1保護(hù)行波測距一體化體系結(jié)構(gòu)

1） 共用電流互感器（CT）二次回路。行波測距共用原有受保護(hù)的CT回路，不增加額外的CT資源，不改變變電站二次回路接線，降低CT二次負(fù)荷。

2） 增加行波數(shù)字信號(hào)處理器（digitalsignalprocessor，DSP）插件。在原有保護(hù)裝置的空位上增加了行波測距DSP插件，用于采集、存儲(chǔ)和分析行波，實(shí)現(xiàn)保護(hù)和行波測距的獨(dú)立運(yùn)行。

3） 共享站間通信信道。利用原有的縱聯(lián)通道保護(hù)硬件設(shè)施，利用保護(hù)通信幀的備用場，實(shí)現(xiàn)了兩側(cè)行波測距信息的交換，而不增加通道建設(shè)投資。與獨(dú)立行波測距相比，保護(hù)與行波測距的集成技術(shù)不僅可以降低系統(tǒng)復(fù)雜度和投資成本，而且有利于保護(hù)信息與行波測距信息的相互融合，為提高行波測距的可靠性提供了有效途徑。

1.2獨(dú)立行波測距存在的主要問題

1） 測距起點(diǎn)

什么時(shí)候開始測距是工程上行波測距要解決的首要問題，它包含兩層含義：一是當(dāng)故障或干擾發(fā)生時(shí)，行波測距應(yīng)可靠地開始和完成，不能出現(xiàn)漏測的情況;其次，在沒有故障或干擾的情況下，行波測距應(yīng)可靠且不啟動(dòng)，且不會(huì)發(fā)生誤測。

獨(dú)立行波測距可以通過提取瞬態(tài)突變信號(hào)形成起始判據(jù)，閾值難以選擇。如果閾值設(shè)置得太高，則可能無法啟動(dòng)弱故障。如果閾值設(shè)置過低，很容易在噪聲環(huán)境中導(dǎo)致頻繁的誤啟動(dòng)，并產(chǎn)生大量無效的測距結(jié)果。

2） 測距模數(shù)選擇問題

理想情況下，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，包含故障相位的每個(gè)線性模式分量可以同時(shí)檢測到瞬態(tài)行波，并且可以使用任何線性模式分量完成行波定位。然而，實(shí)際故障往往比較復(fù)雜，導(dǎo)致在每個(gè)線性模式分量中檢測到的初始行波到達(dá)時(shí)間不同，如單相故障迅速發(fā)展為多相故障、三相開關(guān)在不同時(shí)間閉合、多點(diǎn)雷擊等。

當(dāng)行波以接近光速傳播時(shí)，波頭時(shí)間兩側(cè)1μs的誤差將導(dǎo)致150m的距離誤差。如果各線模行波檢測到的初始波頭時(shí)間不相等，且行波測距兩側(cè)使用的線模不一致，容易造成測距偏差大，甚至測距失敗。因此，在雙端行波測距中，應(yīng)確保線路兩側(cè)模量選擇的嚴(yán)格一致性。

3） 測距校準(zhǔn)問題

測距驗(yàn)證是解決測距結(jié)果是否可靠的問題。實(shí)際行波測距可能是由故障、干擾或噪聲干擾引起的。此外，即使故障開始，波頭也可能錯(cuò)誤識(shí)別范圍。因此，有必要驗(yàn)證行波測距結(jié)果的可信度。對于獨(dú)立行波測距，可用的測距結(jié)果包括單端行波測距結(jié)果和雙端行波測距結(jié)果。然而，單端行波測距由于難以識(shí)別故障點(diǎn)處的反射波，且可能存在較大誤差，因此不能作為雙端行波測距結(jié)果的驗(yàn)證。

1.3保護(hù)與行波測距信息交互技術(shù)

獨(dú)立行波測距存在上述問題的主要原因是行波測距功能單一，信息采集有限。傳統(tǒng)線路保護(hù)裝置經(jīng)過幾十年的發(fā)展和積累，功能齊全，性能穩(wěn)定可靠。通過保護(hù)信息與行波測距信息的交互融合，可以大大提高傳統(tǒng)變電站獨(dú)立行波測距的可靠性和準(zhǔn)確性。

針對上述獨(dú)立行波測距存在的問題，基于保護(hù)與行波測距一體化架構(gòu)，提出以下保護(hù)與行波測距信息交互方案：

1） 將保護(hù)DSP的保護(hù)啟動(dòng)信號(hào)發(fā)送到行波DSP，提高行波測距啟動(dòng)的可靠性。2） 保護(hù)DSP的保護(hù)差動(dòng)相位選擇結(jié)果發(fā)送到行波DSP，以實(shí)現(xiàn)行波測距兩側(cè)模數(shù)選擇的嚴(yán)格同步。3） 將保護(hù)DSP的測距結(jié)果發(fā)送到行波DSP，以提高單端行波測距的精度，并檢查行波測距結(jié)果。

2行波測距結(jié)果篩選技術(shù)

采用行波可靠發(fā)射技術(shù)，選擇模數(shù)同步技術(shù)，可以保證行波測距數(shù)據(jù)選擇的準(zhǔn)確性，但為了實(shí)現(xiàn)行波測距需要提取線路擺動(dòng)力矩，當(dāng)波前時(shí)間識(shí)別不準(zhǔn)確時(shí)，行波測距結(jié)果仍可能出現(xiàn)較大偏差，因此需要對行波測距結(jié)果進(jìn)行識(shí)別。目前線路保護(hù)裝置具有完整的單端阻抗測距和雙端阻抗測距，可為行波測距提供參考，進(jìn)一步提高行波測距結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1） 單端行波測距故障點(diǎn)反射波識(shí)別

單端行波測距不需要同步定時(shí)或測線長度參數(shù)。如果能夠準(zhǔn)確提取初始行波和故障點(diǎn)的反射波時(shí)間，理論上單端行波測距比雙端行波測距具有更高的精度。在實(shí)際工程中，由于故障位置和相鄰母線反射波的影響，很難準(zhǔn)確識(shí)別故障點(diǎn)處的反射波。

但是，如果已經(jīng)初步計(jì)算了其他測距方法的測距結(jié)果，則可以利用測距結(jié)果劃定故障點(diǎn)反射波的搜索范圍，從而提高故障點(diǎn)反射波識(shí)別的成功率。具體方法如下：

（1）計(jì)算大致的故障距離lF。首先判斷兩端行波測距是否成功。如果成功，使lF等于兩端行波測距的結(jié)果;如果沒有雙端行波測距，則保護(hù)阻抗法讀取為lF。

（2）圈定故障點(diǎn)反射波搜索范圍T。搜索時(shí)間范圍按式（4）計(jì)算確定，即式中：t1為初始行波波頭時(shí)刻;v為行波波速;Δt為考慮阻抗法測距誤差設(shè)定的搜索時(shí)間范圍，假設(shè)誤差為2km，波速為300m/μs，則Δt可設(shè)為6.7μs。

（3）確定故障點(diǎn)反射波時(shí)刻。在搜索范圍T內(nèi)，找到線模行波小波變換模極大值的最大值，其對應(yīng)的時(shí)刻即可作為故障點(diǎn)反射波時(shí)刻。

2）保護(hù)測距與行波測距校核

如果保護(hù)DSP有有效的雙端阻抗法測距結(jié)果傳給行波DSP，則行波DSP利用該測距結(jié)果對行波測距結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)，當(dāng)滿足式（5）所示關(guān)系時(shí)，認(rèn)為行波測距結(jié)果有效，否則認(rèn)為行波測距結(jié)果無效。

式中：lp為保護(hù)測距結(jié)果;lw為行波測距結(jié)果;L為線路長度。

通過保護(hù)測距對行波測距進(jìn)行校核，可以剔除偏差較大的無效行波測距結(jié)果，提高行波測距對故障定位的指導(dǎo)作用。

3.行波測距算法的仿真驗(yàn)證

3.1仿真模型環(huán)境

EMTP（Electro magnetic TransientProgram）是一種專門用于電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)分析的仿真軟件。它采用梯形積分規(guī)則，以伴隨模型為動(dòng)力單元，基于節(jié)點(diǎn)法建立計(jì)算方程，采用稀疏矩陣和LU分解法求解代數(shù)方程。瞬態(tài)電磁仿真結(jié)果更接近實(shí)際運(yùn)行環(huán)境。利用小波分析對波形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和識(shí)別，得到線路兩側(cè)故障波頭的時(shí)間，并計(jì)算故障位置。

4結(jié)論

通過本文的對比分析可以看出，多端行波測距在故障測距中具有較好的精度，而單端行波測距精度略低于雙端行波測距精度?，F(xiàn)有的測距算法各有優(yōu)缺點(diǎn)，都需要進(jìn)一步解決。

參考文獻(xiàn)

[1]靳維，陸于平.基于雙端弱同步的配電網(wǎng)行波測距方法[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2018，38（08）：102-109.

[2]束洪春，宋晶，田鑫萃.基于行波傳播路徑的不等長雙回線路單端行波測距[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2018，42（17）：140-147.

[3]張科，朱永利，馬長嘯，曹雁慶，劉帥.基于優(yōu)化行波波速的輸電線路行波測距新方法[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，45（04）：34-40.

[4]周佺楨.同塔雙回輸電線路行波故障選相及測距方法的研究[D].東南大學(xué)，2018.