孟 榮 徐紅元 渠紅濤

（河北省電力公司超高壓輸變電分公司，石家莊 050071）

線路發(fā)生故障后迅速準確地找到故障點，不僅對及時修復(fù)線路和快速恢復(fù)供電，而且對整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟運行都有著十分重要的意義。傳統(tǒng)的繼電保護裝置和故障錄波器均采用距離測距原理，距離測距原理易受短路點過渡電阻、線路串補電容及非工頻分量的影響造成測距不準。近年來，故障行波測距技術(shù)得到了較快的發(fā)展，出現(xiàn)了許多行波故障測距算法和原理，隨著行波理論和小波變換技術(shù)的不斷完善，以及電子制造技術(shù)的發(fā)展，電力故障行波測距技術(shù)已進入快速實用化階段。故障行波測距技術(shù)的推廣應(yīng)用將徹底解決距離測距原理測距不準確的問題。

1 電流和電壓原理的行波測距的比較

現(xiàn)階段應(yīng)用的行波測距裝置分為電流型和電壓型兩種原理，其中大多數(shù)為電流型行波故障測距。一般認為高壓線路上廣泛采用的電容式電壓互感器（CVT），其行波傳變特性不佳，電壓行波故障測距的應(yīng)用受到了較大的限制。這是因為受制于提取行波信號手段、及采樣率低等緣故。

當輸電線路發(fā)生故障時，在線路兩端每相都有電流行波和電壓行波產(chǎn)生。

電流行波和電壓行波的相同點是：

1）都是高頻暫態(tài)信號頻率高，一般具有幅值較大的行波波頭。

2）行波波頭變化最為明顯的是在第一波頭，以后經(jīng)母線、變壓器、阻波器、故障點等多處反射和折射后，幅值有明顯的衰減。

電流行波和電壓行波的不同點是：

1）電壓行波和電流行波在幅值上有較大的差異，系統(tǒng)阻抗較大時，電壓行波突變量比電流行波突變量相對幅值大，理論上較易測量。另外，非雷擊絕緣自然破壞時，通常易發(fā)生在電壓峰值附近，電壓行波較電流行波靈敏度高；從理論上，電壓行波由幅值比較大，較易測量。

2）電流行波的采集信號受電暈干擾較大，對數(shù)據(jù)進行小波分析時，有時會出現(xiàn)波頭定時不準，造成測距穩(wěn)定性、可靠性和準確性不高。

3）僅用電流行波信號時，若裝置本身原因?qū)е缕饎邮ъ`，導(dǎo)致測距失敗。

4）電壓行波測距，不僅具有高靈敏度，而且只需安裝在母線上。如果在電網(wǎng)的每個變電站安裝一套電壓行波測距裝置，通過檢測母線電壓行波信號，可以檢測來自整個輸電網(wǎng)的故障電壓行波，形成GPS行波測量網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了對各種故障的準確記錄和測距，并可方便地實現(xiàn)波速地在線調(diào)整。

2 利用CVT二次電壓行波進行測距的可行性論證

從圖1中可以看出，一次電壓具有明顯的行波特征，在初始行波和反射電壓行波到達時出現(xiàn)電壓奇異。CVT內(nèi)部電感和電容的諧振造成CVT的頻率響應(yīng)有多個諧振點，高頻響應(yīng)不佳，特別是諧振型阻尼CVT，CVT內(nèi)部儲能導(dǎo)致二次電壓不能快速跟隨一次電壓變化，雖然速飽和電抗型阻尼CVT儲能大大少于諧振型阻尼CVT，但是由于CVT內(nèi)部的雜散電容，其高頻響應(yīng)和高頻信號跟蹤能力仍然不盡人意，一次電壓行波波頭經(jīng)過CVT，引發(fā)CVT低頻和高頻振蕩，行波波頭被平滑和拉伸，且對應(yīng)初始行波的到來，二次電壓在故障點存在明顯的高頻振蕩，如圖1所示。后續(xù)行波由于經(jīng)過線路的衰減和故障點、母線處的折反射，幅度大大降低，但是仍然能在CVT二次電壓中反映出來，如圖1所示?？梢?，盡管CVT二次電壓行波特征不如一次電壓明顯的，但是一次行波的到來仍然能在二次電壓中反映出來，也就是說 CVT二次電壓雖然不能真實傳變一次電壓行波，但是在二次電壓中包含了一次行波達到的信息，其中初始行波最為明顯，后續(xù)折反射波檢測也比較清晰。因此，直接借助CVT二次電壓仍然可以實現(xiàn)故障行波測距的功能。

圖1 CVT一次、二次電壓初始行波與反射波

3 保證電壓行波故障測距準確性的兩個重要方法

3.1 小波變換的應(yīng)用

輸電線路擾動暫態(tài)信號和故障暫態(tài)行波信號中包含了比工頻更豐富的故障信息、開關(guān)操作信息、輸電線路雷擊信息。小波在時域、頻域都具有表征信號局部特征的能力，能夠同時從時域和頻域描述奇異信號的每一個細節(jié)，在處理輸電線路故障等非平穩(wěn)暫態(tài)信號等領(lǐng)域具有獨特的優(yōu)勢，所以在故障后的行波奇異性檢測方面受到關(guān)注和應(yīng)用。CVT二次電壓小波變換在較高尺度上行波奇異處具有明顯的模極大值，模極大值極性與電壓行波突變極性一致，測距裝置能準確檢測出CVT二次電壓對應(yīng)初始行波達到的畸變點。結(jié)合小波變換模極大值方法，可以實現(xiàn)行波奇異極性和突變點的檢測。

3.2 高速數(shù)據(jù)采集

高速采集的電壓信號受噪聲干擾的影響小，有利于對電壓信號的數(shù)據(jù)處理。以5MHz的高速采樣、高性能A/D轉(zhuǎn)換器，使一些在低速采樣時容易“采空”的行波極大值被采到，更能精確地捕獲行波波頭，現(xiàn)場實際運行情況表明：測距誤差小于300m。如圖2所示高速數(shù)據(jù)采集基于DSP、FPGA為基本結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集平臺。主要完成電壓行波信號的高速數(shù)據(jù)采集和緩存，接受GPS對時信號，同步采樣調(diào)整；支持PCI總線，并通過PCI總線獲得高速采集的運行狀況；接受開關(guān)量啟動信號，進行行波數(shù)據(jù)記錄。

圖2 高速數(shù)據(jù)采集工作原理框圖

4 應(yīng)用情況及發(fā)展前景

采用電壓行波原理，經(jīng)高速數(shù)據(jù)采集直接提取CVT二次側(cè)電壓，經(jīng)小波分析后，利用輸入的故障線路的參數(shù)即可測出故障距離。目前已在寧夏電網(wǎng)、福建電網(wǎng)等得到了較好的應(yīng)用，并且進行測距組網(wǎng)。電壓行波故障測距裝置運行穩(wěn)定，安裝簡便，操作簡單，自動化程度高，定位精確。隨著電壓行波故障測距裝置的推廣，將對輸電線路測距功能的補充和完善具有很十分重要的意義。

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