方毅，紀(jì)思

(1.云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011；2.云南電網(wǎng)公司楚雄供電局，云南 楚雄 675000)

基于單端行波量的故障測距人工分析方法

方毅1，紀(jì)思2

(1.云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011；2.云南電網(wǎng)公司楚雄供電局，云南 楚雄 675000)

分析了影響單端測距的因素，歸納了波頭識別的原則，總結(jié)出人工單端行波測距的分析步驟，由電網(wǎng)內(nèi)實(shí)際故障行波數(shù)據(jù)驗(yàn)證表面所提方法有效、可靠。

行波測距；單端行波

0 前言

行波測距是一種利用行波暫態(tài)量進(jìn)行故障測距的新型測距技術(shù)，以其原理簡單、受系統(tǒng)方式影響較小、測距精度高的優(yōu)點(diǎn)，在電網(wǎng)內(nèi)得到推廣應(yīng)用。雙端行波測距僅利用兩側(cè)故障行波的首波頭的可靠標(biāo)定，較為容易實(shí)現(xiàn)自動測距功能，但是其成功性依賴于兩側(cè)成對配置，且受GPS對時(shí)誤差及通道完好性的制約，應(yīng)用范圍有限。單端行波測距不受上述制約，并且一臺裝置可以接入多回線路，在網(wǎng)內(nèi)未全配置行波測距裝置的前提下，單端測距使用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過雙端測距。但是，由于單端測距的影響因素較多，僅利用故障線路行波波頭極性判別進(jìn)行單端測距的行波裝置往往不能自動、準(zhǔn)確、可靠地判別出有用的波頭量，進(jìn)而無法進(jìn)行測距，造成了雙端測距成功率低、單端測距可靠性差的現(xiàn)狀，行波測距未能在實(shí)際應(yīng)用中有效發(fā)揮出優(yōu)勢。

單端測距應(yīng)用范圍較廣，它可以作為雙端測距的有效補(bǔ)充判別方法。本文指在現(xiàn)有實(shí)測故障行波信息中，提出一種人工測距分析方法，對單端行波波頭進(jìn)行人工分析判別，提高測距的準(zhǔn)確性，增強(qiáng)行波測距裝置的實(shí)用價(jià)值。

1 單端行波測距原理及影響因素

1.1 單端行波測距原理

設(shè)圖1中首波頭到達(dá)測量點(diǎn)M端的時(shí)刻為t1，故障點(diǎn)反射行波到達(dá)M端的時(shí)刻為t2，對端母線反射行波到達(dá)M端的時(shí)刻為t3，那么故障位置距M端的距離LFM就可利用行波自測量點(diǎn)到故障點(diǎn)往返一次的傳播時(shí)間計(jì)算可得，如式 (1)所示：

其中，v為行波波速。

對端母線反射行波到達(dá)M端的時(shí)刻t3同樣包含了故障位置信息，如式 (2)所示：

其中，v為行波波速；MN為線路總長度。

根據(jù)式 (1)和式 (2)，可以得到：

式 (3)的意義在于，如果有兩個(gè)波頭對應(yīng)的故障距離相加等于線路全長，就可初步判定其中一個(gè)波頭為故障點(diǎn)反射波。

圖1 測量點(diǎn)M端的故障后行波波頭

1.2 單端行波測距準(zhǔn)確性影響因素

1)故障行波數(shù)據(jù)文件的選?。簩?shí)際應(yīng)用中，行波測距存在極為嚴(yán)重的非故障數(shù)據(jù)干擾問題。行波裝置由于啟動靈敏度較高，非故障時(shí)頻繁受干擾啟動，裝置記錄下大量非故障數(shù)據(jù)，導(dǎo)致故障數(shù)據(jù)被淹沒在大量非故障數(shù)據(jù)中。

2)故障點(diǎn)反射波 (或?qū)Χ四妇€反射波)到達(dá)時(shí)刻的標(biāo)定。在測量點(diǎn)標(biāo)定故障點(diǎn)反射波 (或?qū)Χ四妇€反射波)主要受以下幾個(gè)因素的影響：

a.母線上的出線數(shù)目[2]。在母線上有多回出線 (大于等于三回)的運(yùn)行方式下，故障點(diǎn)反射行波極性與初始行波極性相同，而對端母線反射行波極性與初始行波極性相反，可利用波頭極性判別波頭性質(zhì)。

b.過渡電阻大小。行波在故障點(diǎn)透射行波量的大小與過渡電阻大小相關(guān)，過渡電阻越大，測量點(diǎn)感受到的故障點(diǎn)反射行波浪涌越小。

c.相鄰健全線路的長度。相鄰健全線路產(chǎn)生的行波波頭在測量點(diǎn)將造成干擾，特別對相鄰母線上僅有一回出線 (如電廠出線)時(shí)，干擾較大。

由于上述因素的影響，造成裝置自動判斷波頭性質(zhì)不準(zhǔn)確的問題，因此有的行波測距廠家，已不提供由裝置自動計(jì)算單端測距結(jié)果，造成了單端測距只能由人工分析的現(xiàn)狀。

1.3 行波波速

行波波速在架空導(dǎo)線中的經(jīng)驗(yàn)值為光速的97%～99%，即2.91?108m/s～2.97?108m/s，考慮到相較于有用行波波頭標(biāo)定不準(zhǔn)確所帶來的誤差，行波波速不準(zhǔn)確對測距結(jié)果誤差較小，因此本文對波速誤差不予考慮，計(jì)算中均采用2.94?108m/s。

2 單端行波人工測距方法

2.1 判別原則

在不考慮行波波速的影響時(shí)，單端行波測距準(zhǔn)確與否取決于準(zhǔn)確選取故障行波和有效波頭的辨識問題。人工判別時(shí)可以按以下原則進(jìn)行判別：

1)在站內(nèi)設(shè)備GPS對時(shí)均準(zhǔn)確的前提下，故障行波的啟動時(shí)間一定與保護(hù)裝置啟動時(shí)間(秒級)相一致。

2)首波頭能量最大，波頭最為明顯。

3)測距所需的有用的波頭 (故障點(diǎn)反射波與對端母線反射波)一定存在于故障距離等于線路全長的1.1～1.2倍區(qū)間內(nèi)；

4)考慮母線上有多條出線的情況，如果除首波頭外的兩個(gè)波頭對應(yīng)故障距離相加等于線路全長，且波頭極性相反，那它們一定是故障點(diǎn)反射波與對端母線反射波，與首波頭極性相同為故障點(diǎn)反射波，極性相反為對端母線反射波；

5)故障點(diǎn)反射波與對端母線反射波不一定都能在測量點(diǎn)記錄到，如發(fā)生金屬性故障或斷線故障時(shí)，對端母線反射波有可能記錄不到；如發(fā)生山火等高阻故障故障時(shí)，故障點(diǎn)反射波可能無法找到。

6)對行波測距結(jié)果的正確性判斷可結(jié)合線路保護(hù)及故障錄波的測距結(jié)果。

2.2 單端行波人工測距分析步驟

根據(jù)以上判別原則，提出單端行波人工測距分析步驟如下：

1)在站內(nèi)設(shè)備GPS對時(shí)均準(zhǔn)確的前提下，首先選擇與保護(hù)裝置啟動時(shí)間 (秒級)相一致的故障行波，然后再選擇微秒級先啟動的作為故障行波。

2)將非故障線路波形剔除，保留故障線路行波波形進(jìn)行分析，并調(diào)整行波波形比例，使界面中存在故障距離等于1.1～1.2倍線路全長的波頭，除線路充電故障外，去除非故障相；

2.3 兩種故障情況

1)非線路充電故障。故障起始波頭位置為第一個(gè)波頭位置，分別計(jì)算第二、三個(gè)行波波頭與首波頭的時(shí)間差，根據(jù)式 (1)分別計(jì)算兩個(gè)波頭的故障距離。若兩個(gè)故障距離相加得線路全長，且第二、三個(gè)波頭的極性相反，則可根據(jù)波頭極性判斷出故障點(diǎn)反射波，相對應(yīng)的故障距離為故障點(diǎn)距本端的距離；若不等于線路全長，則需要將線路全長的1.1～1.2倍區(qū)間內(nèi)所有波頭與首波頭進(jìn)行極性比較，并結(jié)合實(shí)際母線接線進(jìn)行波形性質(zhì)判別，找到故障點(diǎn)反射波或?qū)Χ四妇€反射波，最終確定故障位置。

2)線路充電故障。首先確定起始波頭位置，計(jì)算第二個(gè)波頭與首波頭的時(shí)間差，根據(jù)式 (1)計(jì)算故障距離，如果故障距離等于線路全長，則判定第一個(gè)波頭不是故障首波頭，需要計(jì)算第三個(gè)波頭與第二個(gè)波頭的時(shí)間差，計(jì)算故障距離，以此類推，直到故障距離不等于線路全長后，可以判定故障起始波頭位置。后續(xù)波頭性質(zhì)判斷與非充電故障相似。

2.4 對行波測距結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)

若行波波形中可以判定故障點(diǎn)反射波和對端母線反射波，即使行波測距與保護(hù)測距兩者差別較大，也可以采用行波測距結(jié)論；若行波測距中只能判定故障點(diǎn)反射波或?qū)Χ四妇€反射波，則必須與保護(hù)測距相比較，如果兩者差別較大，則判斷單端行波測距失敗。

測距方法流程如圖2所示。

圖2 單端人工行波測距方法流程圖

3 典型實(shí)例分析

某500 kV線路發(fā)生C相瞬時(shí)故障，故障查線結(jié)果為故障點(diǎn)距M端141.1 km。根據(jù)上文所述的單端行波人工測距方法進(jìn)行分析：

1)準(zhǔn)確選擇故障行波

由故障線路M端主一保護(hù)報(bào)文中得到啟動時(shí)刻，在行波測距裝置中找到與保護(hù)啟動時(shí)刻 (秒級)對應(yīng)的行波測距文件。

2)去除非故障線路及非故障相，進(jìn)行相關(guān)波頭對應(yīng)故障距離分析。

3)將左時(shí)標(biāo)卡到首波頭上升沿，右時(shí)標(biāo)分別卡到第二個(gè)、第三個(gè)波頭的上升沿，得到第二個(gè)波頭對應(yīng)故障距離為60.5 km，第三個(gè)波頭對應(yīng)故障距離為142.2 km，相加得到202.7 km≠295 km。

4)對1.1倍線路全長內(nèi)的所有波頭進(jìn)行分析，1.1倍線路全長內(nèi)共有四個(gè)波頭。根據(jù)母線接線可以知道，兩側(cè)母線均為3回及以上出線，可用正常極性判別進(jìn)行分析。由波頭極性上看，第二個(gè)波頭、第三個(gè)波頭極性與首波頭相同，第四個(gè)波頭極性與首波頭相反，且第四個(gè)波頭對應(yīng)故障距離 (155.8 km)與第三個(gè)波頭對應(yīng)故障距離相加得到298 km，略長于線路全長?？紤]測量端M側(cè)相鄰線路長度為60.3 km，可以確定第二個(gè)波頭為相鄰母線 (L側(cè))反射波，第三個(gè)波頭為故障點(diǎn)反射波，第四個(gè)波頭為對端母線 (N側(cè))反射波，由此可得行波測距結(jié)果為故障點(diǎn)距M端142.2 km，距N端155.8 km。

5)與保護(hù)測距相比較。線路主一保護(hù)測距結(jié)果為127.4 km，與行波測距結(jié)果142.2 km有較大差距，考慮行波測距分析中可以準(zhǔn)確找到對端母線反射波，因此可以認(rèn)定單端測距結(jié)果有效。

6)與最終查線結(jié)果比較。故障查線結(jié)果距M端141.1 km，行波測距誤差1.1 km，保護(hù)誤差13.7 km，行波測距結(jié)果更優(yōu)。

4 結(jié)束語

單端行波測距受波頭判別準(zhǔn)確性的影響，單純依賴機(jī)器測距準(zhǔn)確性較差，且并不是所有廠家的行波測距裝置均能自動給出單端行波測距結(jié)果，單端人工測距是提高裝置利用率的有效途徑。本文從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，總結(jié)了單端行波測距的人工判別方法，實(shí)際故障波形驗(yàn)證了本文提出的單端人工測距方法的有效性，可以判斷出有用的行波量，可以有效發(fā)揮行波測距的優(yōu)勢。

[1] 葛耀中.新型繼電保護(hù)與故障測距原理與技術(shù) (第二版) [M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2007.

[2] 陳平，葛耀中，徐丙垠，等.現(xiàn)代行波故障測距技術(shù)原理及其在實(shí)測故障分析中的應(yīng)用 [J].繼電器，2004，32 (2)：13-18.

[3] 董新洲，葛耀中，徐丙垠.利用暫態(tài)電流行波的輸電線路故障測距研究 [J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，1999，19(4)：76-80.

[4] 施慎行，董新洲，周雙喜.單相接地故障行波分析 [J].電力系統(tǒng)自動化，2005，29(23)：2 9-32，53.

Research on Fault Location Method Based on Artificial Single-ended Traveling Wave

FANG Yi1，JI Si2
(1.Yunnan Electric Power Dispatching Center，Kunming 650011，China；2.Chuxiong Power Supply Bureau，Yunnan Power Grid Company，Chuxiong，Yunnan 675000，China；)

This paper analyzes the factors that affect the traveling wave identification，according to the principle of wave head discriminant，propose artificial single-ended traveling wave fault location method.The actual fault traveling wave verify the proposed method effective and reliable.

travelling wave fault location；single-ended；

TM75

B

1006-7345(2014)06-0091-03

2014-06-30

方毅 (1985)，女，碩士，工程師，云南電力調(diào)度控制中心，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運(yùn)行管理工作 (e-mail)fangyi_yn＠139.com。

紀(jì)思 (1985)，男，工程師，云南電網(wǎng)公司楚雄供電局，主要從事電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行工作 (e-mail)282685687＠qq.com。