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        行波測(cè)距技術(shù)在輸電線路上的應(yīng)用

        2019-12-07 05:39:40楊軍
        科技與創(chuàng)新 2019年22期
        關(guān)鍵詞:雙端行波測(cè)距

        楊軍

        行波測(cè)距技術(shù)在輸電線路上的應(yīng)用

        楊軍

        (云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司大理供電局,云南 大理 671000)

        近年來,中國(guó)的電力系統(tǒng)發(fā)展非??欤w現(xiàn)在輸電線地理環(huán)境復(fù)雜、高壓線路增多以及輸電距離增大等方面。面對(duì)迅速發(fā)展的電力系統(tǒng),需要對(duì)線路故障予以全面排查,讓供電系統(tǒng)維持在穩(wěn)定的狀態(tài)之中,并維護(hù)電網(wǎng)安全。實(shí)踐證明,不斷發(fā)展的行波測(cè)距技術(shù)在促進(jìn)故障測(cè)距準(zhǔn)確度的提高,讓電網(wǎng)安全得到有效維護(hù)方面發(fā)揮了重要作用。結(jié)合工作實(shí)踐,就行波測(cè)距技術(shù)在輸電線路上的應(yīng)用展開了詳細(xì)探討,以供參考。

        行波測(cè)距技術(shù);輸電線路;行波測(cè)距法;停電

        逐漸擴(kuò)張的電力系統(tǒng)規(guī)模,使得中國(guó)遠(yuǎn)距離輸電線路得到了極大的提升,尤其是在夏季,經(jīng)常出現(xiàn)各種惡劣天氣,比如雷雨、大風(fēng)等,進(jìn)而越來越暴露出電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定問題[1]。在線路出現(xiàn)故障時(shí),如果可在第一時(shí)間對(duì)故障做出準(zhǔn)確定位,便能夠很快把絕緣隱患找到,盡早進(jìn)行防范,使其運(yùn)行更加可靠,把因停電帶來的損失有效減少,以在最快的時(shí)間內(nèi)找到線路發(fā)生故障的位置,顯著節(jié)省人力和物力。由此可見,從技術(shù)上確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一項(xiàng)重要措施就是準(zhǔn)確的故障定位,其擁有的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益非常大。

        與高壓輸電線故障定位相關(guān)的問題在很早之前便有學(xué)者進(jìn)行了研究,尤其是在計(jì)算機(jī)計(jì)算的不斷普及下,以及微機(jī)保護(hù)和故障錄波裝置的大量運(yùn)用,更是讓故障測(cè)距的實(shí)用化進(jìn)程加快,現(xiàn)階段,根據(jù)原理劃分高壓輸電線路故障定位方法可分為三大類,即阻抗法、故障分析法和行波法。早期國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)就是以微機(jī)或微處理裝置為基礎(chǔ)的故障測(cè)距方法阻抗法和故障分析法,而現(xiàn)階段新的研究熱點(diǎn)落在了行波法上。

        1 概述

        早在20世紀(jì)中期,人們就開始從理論方面研究行波故障測(cè)距技術(shù),且借助一系列工作,比如時(shí)域、頻域間數(shù)模轉(zhuǎn)換、暫態(tài)數(shù)值計(jì)算等,更清晰地認(rèn)識(shí)了諸多與其相關(guān)的因素,并通過總結(jié)理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),讓對(duì)輸電線路的故障測(cè)距最終實(shí)現(xiàn),促進(jìn)了故障檢查速度的大大提升。而從特點(diǎn)上來說,行波測(cè)距法的優(yōu)勢(shì)較多,包括投資較小、通道可靠性較高、能夠快速傳輸數(shù)據(jù),安全有效地解決問題等。除此之外,利用設(shè)置主站,可將相關(guān)程序設(shè)置的作用發(fā)揮出來,在最短時(shí)間內(nèi)交換雙端故障測(cè)距后的數(shù)據(jù),并傳輸?shù)街髡就瑫r(shí)展開分析,進(jìn)而使足不出戶的目的真正實(shí)現(xiàn),對(duì)故障實(shí)施全程監(jiān)控。且第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)能夠使故障檢查時(shí)間大大縮短,確保后期維修工作,并使檢查成本得到節(jié)省,促進(jìn)電力運(yùn)行安全可靠性的大幅提高。

        2 常見故障測(cè)距方法

        2.1 阻抗法

        所謂阻抗法,即將測(cè)量到的電壓和電流結(jié)合起來對(duì)故障回路的阻抗予以計(jì)算,并按照線路長(zhǎng)度和阻抗成正比的關(guān)系對(duì)故障距離做出估算[2]。按照算法盡心劃分,阻抗法可分為兩類,即單端數(shù)據(jù)和雙端數(shù)據(jù)。前者的測(cè)距算法因?yàn)槭苣M技術(shù)諸多缺陷的影響,加之只對(duì)線路單側(cè)電流、電壓信號(hào)予以采用,所以在雙側(cè)電源系統(tǒng)中,其測(cè)量精度在過渡阻抗與對(duì)側(cè)助增電流的影響下缺乏良好的定位精度;而后者的測(cè)距算法則對(duì)精確的分布參數(shù)模型予以采用,但還需要進(jìn)一步數(shù)據(jù)同步與波形鑒別等。

        2.2 故障分析法

        故障分析法則是通過故障時(shí)所記錄的電壓、電流,經(jīng)過分析將故障點(diǎn)的距離計(jì)算出來。如果確定了系統(tǒng)運(yùn)行方式,已知線路參數(shù),則在線路某處發(fā)生故障時(shí),故障距離的函數(shù)就包括線路兩端的電壓與電流。此種方法即借助線路故障時(shí)測(cè)量的電壓與電流,通過分析與計(jì)算把故障點(diǎn)的距離求出來。如今,故障分析方法經(jīng)過不斷的發(fā)展,已經(jīng)成為模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)方法。

        2.3 行波測(cè)距法

        所謂行波測(cè)距法,即在將輸電線路分布參數(shù)考慮到的情況下,借助線路故障時(shí)所產(chǎn)生的行波信號(hào)并對(duì)其分析,之后再展開計(jì)算的一種方法,其是通過實(shí)時(shí)跟蹤故障后線路中產(chǎn)生的暫態(tài)行波,并對(duì)其在故障點(diǎn)與母線之間來回運(yùn)動(dòng)一趟所需要的時(shí)間予以記錄,或者計(jì)算故障行波到達(dá)母線兩端的時(shí)間差與行波波速的乘積將故障位置掌握。如今,已發(fā)展為6種類型,分別是A、B、C、D、E、F,其中單端行波測(cè)距法即中A、C、E、F型,其余則為雙端行波測(cè)距法。

        單端行波測(cè)距法中的一項(xiàng)重要技術(shù)就是將初始行波到達(dá)母線測(cè)量端的時(shí)刻以及其從故障點(diǎn)反射回來到達(dá)測(cè)量母線端的時(shí)刻準(zhǔn)確測(cè)出,或者是對(duì)初始行波到達(dá)母線測(cè)量端的時(shí)刻和從對(duì)端母線反射回測(cè)量端的時(shí)刻予以準(zhǔn)確測(cè)量。

        而雙端行波測(cè)距法的核心技術(shù)即通過對(duì)兩端母線處安裝的測(cè)距裝置予以利用,來把故障行波分別到達(dá)兩端母線的初始時(shí)刻記錄下來,借助這兩個(gè)初始時(shí)刻值的差值把故障位置計(jì)算出來。

        通常,雙端行波測(cè)距法的測(cè)距精度較為準(zhǔn)確,受影響較小,諸如故障位置、故障類型、接地電阻、線路長(zhǎng)度等均不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響,但行波故障測(cè)距的精度卻會(huì)受到線路長(zhǎng)度對(duì)波頭的影響、行波波速的選擇以及故障時(shí)刻的準(zhǔn)確提取問題等因素的影響[3]。

        3 行波測(cè)距法在500 kV輸電線路的應(yīng)用

        3.1 行波測(cè)距技術(shù)在500 kV輸電線路的應(yīng)用現(xiàn)狀

        如今,輸電線路故障測(cè)距中使用頻率較高的一種測(cè)距技術(shù)就是行波測(cè)距技術(shù),其優(yōu)點(diǎn)較多,包括操作簡(jiǎn)單、設(shè)備費(fèi)用低廉、計(jì)算簡(jiǎn)單、具有較高的準(zhǔn)確度等。而行波采集與處理系統(tǒng)、行波的綜合分析系統(tǒng)、遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)四個(gè)部分共同構(gòu)成了現(xiàn)代行波故障測(cè)距系統(tǒng)[4]。

        現(xiàn)階段,500 kV已經(jīng)在南方電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了廣泛運(yùn)用。EFI2010雙端行波測(cè)距裝置指的是利用雙端行波測(cè)距,對(duì)定輸電線路存在的故障信號(hào)予以檢測(cè),進(jìn)而將故障行波傳輸?shù)骄€路兩端的具體時(shí)間計(jì)算出來,這樣便能確定發(fā)生故障的部位,同時(shí)測(cè)距誤差不超過500 m。其次,背景超高壓公司35條500 kV線路,將MIS網(wǎng)組網(wǎng)工作和行波測(cè)距技術(shù)順利完成了,融入系統(tǒng)后,在線路跳閘后的短短幾分鐘就可向測(cè)控中心傳送到故障點(diǎn)和波形數(shù)據(jù),進(jìn)而由更多的時(shí)間進(jìn)行輸電電路的排查與故障搶修,促進(jìn)了供電穩(wěn)定性與可靠性的提高,并降低停電造成的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。

        3.2 工作方法

        通常而言,500 kV輸電線路測(cè)距系統(tǒng)的構(gòu)成部分主要有一個(gè)測(cè)距主站和多個(gè)測(cè)距終端,如果輸電線路具有較大的規(guī)模,則測(cè)距主站的組成部分較多,綜合分析區(qū)域信息,通過主站顯示屏,測(cè)距主站的相關(guān)工作人員可以獲得測(cè)距結(jié)果,進(jìn)而全程將測(cè)距工作掌控好。

        3.3 工作原理

        就測(cè)距終端工作職能而言,主要包括行波信號(hào)轉(zhuǎn)換、故障的檢測(cè)和判斷,同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)項(xiàng)測(cè)距主站。測(cè)距主站可以對(duì)各個(gè)測(cè)距終端的故障數(shù)據(jù)予以接收,并展開處理,之后把故障數(shù)據(jù)分析的定位結(jié)果顯示出來,并保存好,除此之外還能夠打印有關(guān)文件,包括數(shù)據(jù)、波形變化等。測(cè)距主站能夠?qū)Ω鳒y(cè)距終端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,同時(shí)可以在不同測(cè)控總站中共享資源,進(jìn)而促進(jìn)測(cè)距速度的有效提高,有更多的時(shí)間將輸電線路故障排除[5]。

        3.4 具體計(jì)算方法

        綜上所述,行波傳輸理論是行波法的基礎(chǔ),借助電流行波和電壓在線路中的時(shí)間進(jìn)行測(cè)定,計(jì)算距離電壓。同時(shí),在輸電線路之中,電流行波在傳輸速度方面屬于固定的,和光速接近。當(dāng)輸電線路出現(xiàn)故障后,測(cè)定故障產(chǎn)生的行波與母線間的時(shí)間,進(jìn)而得出最終的故障點(diǎn),結(jié)合上述原理,通過簡(jiǎn)單計(jì)算就可將故障距離計(jì)算出來,主要包含以下內(nèi)容:

        單端法的計(jì)算公式:

        式(1)中:為行波傳播速度;△為行波第一次到達(dá)測(cè)量端與行波從故障點(diǎn)返回到測(cè)量端的時(shí)間差。

        4 工作展望

        行波測(cè)距技術(shù)這一故障測(cè)距方法具有非常強(qiáng)的可操作性以及很高的測(cè)距精度,在故障排除的實(shí)際操作中優(yōu)勢(shì)十分明顯。該種方法相較于其他類型的故障測(cè)距方法來說,其兩種方法(單端法和雙端法)的測(cè)量水平精度都很高,進(jìn)而有效節(jié)省了大規(guī)模線路巡查的寶貴時(shí)間,并確保輸電線路故障排查工作有據(jù)可依?,F(xiàn)階段,全球定位系統(tǒng)得到了大力普及,信息技術(shù)發(fā)展速度日益加快,電力工作人員在進(jìn)行故障測(cè)距和排除工作中,需將計(jì)算機(jī)所具備的作用全面地運(yùn)用起來,進(jìn)而促進(jìn)工作效率的全面提升,讓人力、財(cái)力、物力得到大大節(jié)約,并積極引進(jìn)先進(jìn)技術(shù),增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力,并立足于實(shí)踐推動(dòng)行波測(cè)距技術(shù)的發(fā)展,以強(qiáng)大的電力支持推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的更好發(fā)展。

        5 結(jié)語(yǔ)

        綜上所述,從理論上說,故障電阻、兩側(cè)系統(tǒng)和線路類型不會(huì)對(duì)行波法測(cè)距的精度以及可靠性造成影響,而這也是長(zhǎng)時(shí)間以來研究的重要課題。特別是不斷出現(xiàn)的全球定位系統(tǒng)、小波理論和其在工程中的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了暫態(tài)行波信號(hào)提取效率的最佳化,使兩端數(shù)據(jù)的同步過程更加簡(jiǎn)化,確保了時(shí)間同步的精度性,為行波測(cè)距提供了更加可觀的研究前景?,F(xiàn)行的各種測(cè)距算法既有優(yōu)點(diǎn),也有缺點(diǎn),在500 kV超高壓輸電網(wǎng)絡(luò)中,行波測(cè)距法原理簡(jiǎn)單、先進(jìn),外部因素不會(huì)對(duì)其測(cè)距精度造成較大的影響,單端、雙端測(cè)距的精度能夠達(dá)到較高的程度,從而在未來得到進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

        [1]徐亮,宋巍.500 kV輸電線路行波測(cè)距單端波形研究及應(yīng)用[J].華北電力技術(shù),2010(8):1-4.

        [2]孟榮,張志昊,褚罡.線路行波測(cè)距在500 kV變電站的應(yīng)用分析及改進(jìn)措施[J].華北電力技術(shù),2012(3):30-32.

        [3]劉巍,徐亮,李佩軍.行波測(cè)距技術(shù)在500 kV輸電線路上的應(yīng)用及實(shí)例分析[G]//京津冀晉蒙魯電機(jī)工程(電力)學(xué)會(huì)第十六屆學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集.泰安:京津冀晉蒙魯電機(jī)工程(電力)學(xué)會(huì)第十六屆學(xué)術(shù)交流會(huì),2006:37-41.

        [4]汪敏.小波變換在輸電線路行波故障測(cè)距中的應(yīng)用[D].北京:華北電力大學(xué),2014.

        [5]周東,鄧清,毛鵬.江西電網(wǎng)500 kV輸電線路行波測(cè)距系統(tǒng)運(yùn)行分析[J].江西電力,2015(3):45-48.

        TM75

        A

        10.15913/j.cnki.kjycx.2019.22.064

        2095-6835(2019)22-0152-02

        〔編輯:張思楠〕

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