1、基于现代行波法故障测距系统的研究 摘要：高压输电线路故障的准确定位，能够缩短故障修复时间，提高供电可靠性，减少停电损失，这对于电力系统的安全、稳定和经济运行都是十分重要的。本文以现代行波故障测距原理为理论基础，对目前广泛应用于电力行业的 XC 2000 行波测距系统进行研究，并通过实验说明行波法在实际中具有显著的经济效益和社会效益。下载 关键词：行波；故障测距；时钟同步；系统；供电；原理随着现代电力网络规模的日益增大，对电力系统的安全稳定运行、监控及保护提出了更高的要求。当输电线路发生各种故障时，为了尽快找出故障地点，要组织大量的人力和物力，既费时费力又耗资大，况且误差也大，延迟了送电时间，给
2、电力系统带来巨大的经济损失和社会影响。因此，对电力系统输电线路进行快速准确的故障定位是保证系统安全稳定运行的有效途径之一。 测量电压、电流行波在母线与故障点之间的传播时间可以测量线路故障距离。由于行波的传播速度接近光速，且不受故障点电阻、 线路结构及互感器变换误差等因素的影响，因此有较高的测量精度。 一、现代行波法故障测距原理 行波法进行故障测距的原理早在 50年代就已提出，引起人们的关注。行波测距法的基础是：行波在输电线路上有固定的传播速度（接近光速）。根据这一特点，测量和记录故障点产生的行波到达母线的时间可以实现精确测距。行波法根据测距原理不同，可分为 D 型现代行波故障测距、 A型现代行
3、波故障测距、 F 型现代行波故障测距、 E 型现代行波故障测距。 在这几类测距方法中， A型、 E型和 F型为单端测距，不需要线路两端通讯； D 型是双端 测距，需双端通讯。在早期开发的输电线故障测距装置中，行波法测距在测距精度和可靠性方面明显优于其他方法，在北美、日本和欧洲的部分国家都得到了广泛的应用 33， 34。 1957 年发表的综述型文献详细介绍、分析、比较和评价了各种行波法故障测距，并给出了安装在美国 Bonneville 的 B型测距装置 1955.1 1955.10 的运行纪录，其最大测距误差不超过 16 个杆塔，最小误差为 0，平均误差为几个杆塔。 二、基于现代行波法的故障测
4、距系统 （一）系统工作原理 1.系统构成。 XC 2000 输电线路 行波故障测距系统包括行波采集与处理系统、行波综合分析系统、远程维护系统以及通信网络等 4部分，如图 2.1所示。 行波采集与处理系统安装在厂站端。它采用集中组屏式结构，包括XC-21 行波采集装置、 T-GPS 电力系统同步时钟以及当地处理机 3 部分，如图 3.2 所示。 XC-21 行波采集装置采用插箱式（ 4U/19 英寸）单 CPU（单片机）结构，它包括中央处理单元、高速数据采集单元、高精度时钟单元及电源等插件，主要负责暂态电流 /电压信号的采集、缓存以及暂态启动，并生成启动报告，其中包括暂态行波触发时刻（精确到 1
5、s ） 、触发线路、触发类型和暂态电流 /电压波形等信息。 T-GPS 电力系统同步时钟内置全球定位系统（ GPS）信号接收模块，它负责给 XC-21 提供精确秒同步脉冲信号（ 1PPS）及全球统一时间信息。 2.系统工作原理。在正常运行过程中， XC 21 行波采集装置内的硬件逻辑控制回路对各通道信号按设定的采样顺序和采样频率自动进行高速采样（每个通道的采样频率为 1MHz）和 AD 转换，并将 AD 转换结果自动高速写入当前循环存储器（ CRAM）中。为了提高系统对相继暂态过程的监测能力，设置了 2套可以相互切换的循环存储器，且两者共 用一套读写逻辑 43 46。图 2.1XC-2000
6、行波故障测距系统 当系统所监视的任一路暂态信号瞬时超过设定的硬件门槛值时，高速数据采集单元中模拟比较回路的输出信号（触发信号）将立即冻结高精度时钟的当前时间信息（微秒级），并激活中央处理单元插件中的采集控制定时电路，经过一定时间（约几毫秒）后高速数据采集电路自动停止工作，并同时向 CPU 发出一外部中断信号。 CPU 在暂态触发外部中断服务程序中读取本次触发的时间信息后释放高精度时钟，并对触发初始时段的暂态数据进行处理，以判断本次触发是否有效并确定触发线路 。如果本次触发有效，则置启动标志。当 CPU在主循环中检测到启动标志后即进入故障处理程序，在故障处理程序中将触发后系统所记录的所有暂态数据
7、以及部分触发前的数据转存到系统存储区，进而形成包含暂态波形数据在内的启动报告，然后通过串行口向当地处理机发出主动上报信号。 在 XC 21行波采集装置中，由于采用独特的软、硬件设计，使得高速数据采集过程不受 CPU的干预，从而解决了高速采集与 CPU低速处理之间的矛盾。当地处理机接收到来自 XC 21 中央处理单元的主动上报信号后进入故障处理程序。 系统在故障处理程序 中读取 XC 21中央处理单元中的暂态启动报告，并通过公共电话网与线路对端所在变电所内的行波采集与处理系统交换启动数据，进而自动显示行波故障测距结果，包括故障发生时间、故障线路名称、故障类型、故障距离等信息，然后向值班人员发出告
8、警信号，并向行波综合分析系统报告。当地处理机还能够接收通过键盘输入以及通过行波综合分析系统下发的、由故障线路对端的行波采集与处理系统所记录的故障暂态触发时间，并自动计算和显示双端行波故障测距结果。 当地处理机中的故障测距结果和暂态波形数据以标准数据库的形式存放在系统硬盘中，并可 随时接受行波综合分析系统和远程维护系统的查询及调用。 三、实验测试及结果分析 1.实验模块及参数设定。设输电线路单位参数分别如下： 正序参数：零序参数： R1=0.0208/kmR0=0.1148/km L1=0.8984mH/kmL0=2.2886mH/km C1=0.0129F/kmC0=0.00523F/km 通
9、过以上参数的设定，现在进行试验，能测量出故障的距离。设 x 为测量距离； D为实际故障距离； l为输电线路全长距离； 为相对误差。则可得 相对误差公式为： 相对误差 （ %） =实际故障距离 -测量距离线路长度100% （ 3-1） 2.实验内容及测试结果。现在以 220kV 浠水张家湾变张路线为例，将软件测距的结果与实际巡线的结果进行比较。 （ 1） 4月 1日 13： 48分 16秒 220KV浠水张家湾变张路线零序 段动作，实际巡线发现故障点在离张家湾变侧 7.2km处。而我们用软件分析出的距离为距张家湾侧 7.4km处，相差 200m，如图 3.1所示。图 4.3双端分析的故障波形图及
10、测距结果 （ 2） 4 月 1日 14： 27 分 220kV 浠水张家湾 变张路线距离 段和零序 段动作。实际巡线发现故障点在距张家湾侧 23.5km 处。通过软件分析得到得结果是在张家湾侧 23.7km 处，此次结果相差为 200m； （ 3） 4 月 1日 14： 29 分 220kV 浠水张家湾变张路线距离 段。实际巡线发现故障点在距张家湾侧 22.1km 处。通过软件分析得到得结果是在张家湾侧 22.2km 处，此次结果相差为 100m；。 将以上所测得结果及与实际故障发生点的比较，利用式（ 3-1）算出其间的绝对误差和相对误差如表 3.1 所示 表 3.1 测距结果比较故障发生时间
11、实际测距软件 分析绝对误差相对误差4 月 1 日 13： 487.2km7.4km200m0.5602%4 月 1 日 14：2723.5km23.7km200m0.5602%4月 1日 14： 2922.1km22.2km100m0.2801%由上述分析可见，该行波测距装置具有以下优点： 精度较高，能快速和准确地进行故障定位，因此该装置能缩短故障巡线时间和停电修复时间； 该装置仅采用电流行波，因而构成简单； 能够同时监测多回输电线路，装置利用率高； 与阻抗法相比，能够保证测距的准确性。 该装置一 方面极大地提高了黄冈市、县电网供电可靠性。另一方面，可减少因停电而产生的经济损失，因此具有显著的
12、经济效益和社会效益。 四、结语 通过本文的论述及现场实验可知， XC 系列行波测距系统的改进对现代行波故障测距系统精度的提高有帮助，为解决长期以来困扰线路故障查找难的问题发挥了一定的作用。另外，行波的传输速度是在光速的条件下进行的，而实际的波速是受气候、地质条件等许多复杂因素的影响，因此波速的不确定性也会影响测距的可靠性，尚需加以解决。（作者单位：湖北黄冈职业技术学院） 参考文献： 肖 宏志，刘一兵 .以就业为导向的高职机电一体化专业课程体系的构建J.中国电力教育， 2009（ 02） . 马子余 .论高职机电一体化专业的教学改革 J.浙江纺织服装职业技术学院学报， 2009（ 03） . 黄
13、建科 .高职机电一体化应用型人才培养的实践 J.湖南工业职业技术学院学报， 2009（ 02） . 夏琦 .基于暂态行波的配电网故障测距的实现 J.云南电力技术， 2010（ 04） . 陈方人 .行波测距在电力线路故障查找中的应用 J.中国高新技术企业，2011（ 03） . 蔡玉梅 .行波法在 10kV铁路自闭 /贯通线故障测距中的应用 J.电网技术，2005（ 01） . 董新洲 .故障行波理论及其应用 J.中国水力发电工程学会， 2009（ 04） . 季涛 .基于暂态行波的配电线路故障测距研究 J.山东大学， 2006（ 03） . 陈玥云 .配电网故障测距综述 J.电网技术， 2006（ 09） .
