新型行波故障測距裝置在智能變電站中的應用

王道熠

摘 要：智能變電站是建設智能電網的重要組成部分，由于現有書店線路行波測距裝置應用到智能變電站中存在行波故障信息提起等嚴重問題，通過應用新型行波故障測距裝置，解決電子式互感器中提取行波故障信息的難題，有利于促進智能電站管理水平的提升。本文簡單探討新型行波故障測距裝置在智能變電站中的應用。

關鍵詞：智能變電站；新型行波故障測距裝置；行波故障

中圖分類號： O434.19 文獻標識碼： A

一.引言

隨著IEC61850標準的提出和智能電子設備的采用，使得智能變電站的建設成為現實。目前我國正在大力推進智能變電站的建設，智能變電站已成為管理、應用的重點研究對象。在智能變電站中，由于設備運行方式和常規變電站不同，原有設備無法正常工作，需要進行改進。輸電線路行波測距裝置就存在類似的問題。

二．智能變電站故障測距系統概述

1.智能電網故障測距系統構成。

智能電網故障測距系統的構成與現有測距系統類似，由變電站內的測距終端裝置及測距主站構成。測距終端裝置負責數據的采集、發送，測距主站完成計算、信息發布等功能。測距主站可以就地配置也可配置在遠方，配置遠方主站更有利于后期維護與管理。測距終端裝置和測距主站均就地配置時，一般統稱為測距裝置。

2.智能變電站故障測距裝置

為了符合智能變電站各項技術要求，智能變電站故障測距裝置必須做出較大改動，與傳統變電站故障測距裝置的區別見（圖1，圖中ＭＭＳ為多媒體短信服務，ＧＯＯＳＥ為通用面向對象的變電站事件），體現在以下幾點：

（1）數據的就地采集；

（2）裝置的ＩＥＣ６１８５０標準通信；

（3）算法程序改進，主要體現在增加阻抗法測距及過渡電阻估算等功能。

3. 行波法故障測距的原理及分類

近年來，全國電網逐漸升級換代，變電站容量不斷增大，作為各變電站間能量傳輸的通道，高壓輸電線路在電力系統中地位顯得越來越重要，高壓輸電線路的可靠性相對整個電網的安全運行也具有越來越重要的作用。隨著電壓等級從超高壓到特高壓不斷發展，電力系統對電網安全運行的要求越來越高，輸電線路發生故障后的影響也將會越來越大，對線路修復的準確性和快速性也提出了更高的要求。準確快速的故障測距可有效幫助修復線路，保證線路可靠供電，從而保證整個電網的安全穩定運行，最大程度降低線路故障對整個電力系統造成的威脅，以及對國民經濟和人民生活帶來的綜合損失。

行波即線路中傳播的電磁波。當輸電線路發生故障時，故障點處會產生從基頻到很高頻率的暫態行波，暫態行波沿輸電線向兩端傳播，在線路末端母線、故障點等波阻抗不連續的點處會發生反射和折射。經過反射和折射行波的極性會發生改變，頻率會發生突變，根據這些變化量可以測量出行波到達這些點的時刻。利用線路長度，行波到達測量點的時刻以及行波傳播的速度可以計算出故障點所在的位置。按照檢測行波的方式，將行波測距法分為四類，A型、B型、C型和D型。

A型只在線路一端安裝測量裝置，檢測行波到達測量端的時刻。它需要檢測兩種行波。一是由故障點產生第一次傳播到測量端的行波，稱為初始行波；二是由初始行波經測量端母線反射后到達故障點，再由故障點反射傳輸到測量端的行波，稱為故障點反射波。根據這兩種波到達檢測端的時間差計算故障點的位置。將只在線路一端檢測數據的方法稱為單端法。

D型需要在線路兩端安裝測量裝置，檢測從故障點傳輸到兩個測量端的第一個行波。將在線路兩端檢測數據的方法稱為雙端法。B型和C型根據雷達原理制成，需要附加設備脈沖或信號發生器，在線路發生故障后，施加高頻或直流信號，然后在檢測端檢測施加信號初始波和故障點反射波到達各個檢測端的時刻即與A型和D型類似。

近年，提出E和F型測距方法，E和F型測距方法通過檢測故障線路分合閘時產生的暫態行波實現測距。這種方法易受保護動作影響，對于瞬時性故障可能分合閘時故障已經消失，無法找出故障點，對于線路存在的隱患不能及時查找出來。另外根據故障行波的物理性質，有電壓行波法和電流行波法。根據獲取故障行波的方式又可分為單端法和雙端法。

三. 行波的優越性

現有繼電保護設備中故障測距方式有2種：工頻阻抗計算法和行波分析計算法。兩種方法的區別在于采用的原理不同，前者采用電壓平衡方程，通過計算故障點與測距裝置安裝點之間的線路電抗，計算故障距離，后者采用測量和記錄線路發生故障時由故障點產生的行波到達母線的時間，計算出故障距離。它的基礎是行波在輸電線路上有固定的傳播速度(接近光速)。兩種方法的共同點是，根據所使用的原理中參數量，都可分為單端量算法和雙端量算法。但前者由于互感器的誤差、過渡阻抗和負荷電流等因素的影響，阻抗算法往往不能滿足對故障測距的精度要求。國家標準對故障錄波器的測距精度要求為3％，但對500 KV較長距離輸電線路，一般故障錄波器的該項指標較難達到。作為行波測距法可以解決過渡電阻及線路分布參數的影響。

早期行波法使用的是電壓行波，而理論和實踐證明普通的電容分壓式電壓互感器不能轉換頻率高達數百kHz的行波信號，為了獲取電壓行波則需要裝設專門的行波耦合設備，因而使得裝置構成復雜、投資大，而且缺乏測量和記錄行波信號的技術條件，也沒有合適的數學方法來分析行波信號，因此制約了行波測距的研究和發展。WFL2010輸電線路故障測距系統中，采用了行波測距技術，使用的是電流行波，其優越性主要體現在運用了小波變換技術。小波分析作為數學學科的一個分支，在理論和運用上，受到重視。由于小波變換具有良好的時、頻局部化分析能力，能對信號或圖像的微小細節進行分析。如用小波變換對一個突變的鋸齒形波進行分析，在每秒采樣256次的條件下，可用16個小波來表示；但若采用傅立葉變換，由于很難分析信號中間的突變部分，則需用256個正弦波才行，這就限制了它的實際應用。因此，小波變換是利用故障暫態行波實現保護和故障測距的相對更為有效的分析方法。

四.新型行波故障測距裝置在智能變電站中的應用。

1.利用行波法測距需要解決的問題。

行波法測距的可靠性和精度在理論上不受線路類型、故障電阻及兩側系統的影響,但在實際中則受到許多工程因素的制約。

1)行波信號的獲取。

數字仿真表明:故障時線路上的一次電壓與電流的行波現象很明顯,包含豐富的故障信息,但需要通過互感器進行測量。關鍵是如何用一種經濟、簡單的方式從互感器二次側測量到行波信號。一般來說,電壓和電流的互感器的截止頻率要不低于 10khz,才能保證信號不過分失真。用于高壓輸電線路的電容式電壓互感器(CVT)顯然不能滿足要求。利用故障產生的行波的測距裝置,最好能做到與其他的線路保護(如距離保護)共用測量互感器,否則難以應用推廣。為了達到一個桿塔(小于1km)的測距精度,二次側信號上升沿時間應該在幾個微秒之內。實驗研究表明,電流互感器(CT)的暫態響應特性能滿足如此高的響應速度。所以,行波測距裝置可以與其它保護裝置共用電流互感器,因而易于被推廣使用。

2)故障產生的行波信號的不確定性。

故障產生的行波信號的不確定性主要表現在三個方面:

①故障的不確定性。