智能電網行波故障測距系統的應用方法探討

穆杉

摘要：故障測距系統的構成部分主要有兩種，第一種為終端裝置，第二種為主站。隨著電力電子技術的快速發展，在電網建設中也融入了智能化技術，基于智能電網的構建也相應的產生了智能變電站，在變電站內部的故障測距系統終端裝置中使用了不同的采樣方式，并利用不同的裝置解決了以往的通訊問題。本文分析了智能電網和傳統故障測距系統之間存在的差異，探討了在測距主站中如何保障測距系統可靠運行的有效措施，并提出了可以對故障進行智能化分析的系統，提高了電網故障的診斷效率。

關鍵詞：智能電網;行波故障;測距系統;應用方法

行波故障測距系統是使用極其廣泛的一種系統，和傳統的阻抗測距法相比，具有準確度高、可靠性高的優勢，特別是在遼寧等地區已然形成了完善的測距系統。智能電網建設速度的不斷提高，使得智能電網的規劃和建設范圍都有所擴大，因此為了保證穩定供電和人們生活的正常運行，就必須要在電力系統發生故障之后，在最短時間內完成供電恢復。在這種情況下傳統的測距方法體現了極大的劣勢，必須要根據智能電網的特點設計符合實際故障檢測需求的測距系統。

一、傳統測距系統存在問題

第一，傳統的測距方法在信號接入方式方面存在著落后的現象。目前很多變電站內的測距終端裝置無法和電子式的互感器信號相匹配，導致二者無法進行連接[1]。并且在采樣的過程中需要把信號電纜放置于控制室的內部，才能夠開展集中式采樣工作，降低了采樣的效率，也無法滿足智能化變電站對技術的要求。第二，無法完成高效的信息共享。在傳統的測距系統中會通過各種協議將測距結果上傳，但是測距系統的錄波數據無法向其他不同的裝置或者系統進行數據傳輸，相應的也無法從其他裝置中或者系統中獲取數據。第三，沒有對電網的整體數據和信息進行有效的利用。傳統的測距系統只會考慮到在輸電線路左右兩側的數據，因此導致算法無法對電網整體的數據進行合理的應用，導致系統運行的可靠性受到影響，也縮小了系統的使用范圍。

二、智能電網故障測距系統構成

在智能電網下故障測距系統仍然是以原有系統為基礎進行構建的[2]。測距終端裝置主要負責的工作內容是采集電力系統或者電網在運行過程中產生的數據，并通過設定好的方式和途徑發送到相應的位置。測距主站則是負責對數據和信息進行計算和分析，并對外進行信息發布。測距主站具有就地配置的特點，但是為了減輕后期主站維修和管理的工作壓力和難度會選擇在遠方進行測距主站的配置。如果故障測距系統均選擇就地配置的時候則會將其組合后的結構統一稱之為測距裝置。

三、智能電網行波故障測距系統的應用

（一）故障測距裝置

1.裝置結構以及信號接入

為了保障輸電線路的穩定運行，需要對輸電線路所遇到的故障進行及時處理，因此需要對測距系統進行不斷的完善，保證可以在短時間內尋找到發生故障的位置[3]。智能電網的變電站通過分層分布的方式來設計裝置的整體結構，根據功能不同的特點分為設備層和間隔層兩種設備。且智能變電站的測距裝置會根據本身所攜帶的數據完成單元采集工作，達到了就地采樣的效果，在此之后可以利用合并單元使其達到時間同步。在完成同步工作后利用光纖將數據傳輸給測距主站，主站對數據實施后續的一系列處理，只需要通過網絡即可完成，不需要再次鋪設其他的電纜裝置。在測距裝置中負責信號采樣的結構頻率可以達到500kHz之上，相對于傳統的裝置而言頻率大幅度提升，因此在實際的施工過程中會利用自定義協議完成數據傳輸工作。傳統和智能變電站中的合并單元存在著較大的差異，需要通過文件來達到數據共享的效果。信號接入方式的選擇需要建立在傳感原理以及采集器安裝手段之上，整體結構仍然為分布式。

2.IEC61850標準通信

在故障測距系統的通信裝置設置過程中，會設置站內以及站間共兩個部分的通信裝置，其中站內通信的建設是與傳統故障測距系統有明顯差異的一部分[4]。智能變電中測距裝置利用以IEC61850為標準的MMS通信模式，可以將測距裝置的信息進行上傳到不同的平臺之中。GOOSE是能夠及時采集到不同開關情況數據的通信部分，需要建立在準確的建模以及標準通信的完成。建模過程中需要注意的兩大要點分別為：（1）設計服務模型，要想實現IED所具有的通信功能，必須要保證GOOSE的通信服務以及定制組操作等其他通信服務的落實。定制組操作、報告控制功能以及日志功能是必不可少的重要功能，其余的功能可以在現場進行配置。（2）明確具體的邏輯節點，要求在邏輯設備的內部必須要含有三個種類的 邏輯節點。明確數據對象時可以結合具體的工程情況對數據對象進行自由化的配置。在實現標準通信時需要先將日志進行初始化、內存進行初始化、底層通信功能進行初始化，之后對有關文件進行解析，結合所生成的對象空間完成通信服務。

（二）故障測距系統主站

主站具有信息共享的特點，可以使用暫態電氣量的手段達到對故障實施初步診斷的效果，并且還可以從中提取出發生故障的主要原因[5]。主站可以對一定區域范圍內的終端數據進行調用，能夠保證電網可以利用自適應的方式完成參數修正。測距主站的應用包括三個要點：（1）故障分析系統，即對故障的出現原因進行分析，根據具體的電流波形進行判定，常見的原因包括雷電擊穿、短路、短線或者站內設備損壞等。（2）故障定位系統，能夠及時尋找到發生故障的區域，但是測距終端裝置的應用效果、GPS時差會影響到定位系統的工作效果，隨著智能電網快速建設，這種因素所產生的影響也持續提升。（3）能夠做到對線路長度進行自主適應的測距方法。在實際電路系統運行的過程中，經常會由于線路長度錯誤而影響到測距的精度，可以利用區域電網對線路的實際長度進行核對和檢驗，或者選擇單端測距法也可核對出正確的線路長度。未來集成化技術將會在智能電網中有著更多的應用，因此之后電力行業會選擇建設統一式的測距主站，對于電力行業的健康發展和電力系統運行穩定性的提高均有重要意義[6]。

結束語：

行波故障測距系統目前已然成為了一種較為成熟的故障檢測技術，在電力系統的故障檢測工作中占有較大的比重。近年來，電力行業紛紛引進各種自動化技術以及新型的通信技術，為測距系統的快速發展和進步提供了重要的數據支持。目前在智能電網的變電站內部會選擇分層分布的方式來組織測距終端裝置的結構，并且也利用這種方式進行集中采樣工作，可以和電子式的互感器進行連接。測距系統的終端裝置通信水平也大幅度提高，可以滿足IEC61850所提出的標準和要求。

參考文獻：

[1]薛士敏，劉沖，劉存甲，等.直流配網下基于線性方程組系數逆矩陣范數估計的單端測距原理[J].中國電機工程學報，2020，40（05）：1443-1453.

[2]薛士敏，劉存甲，李蒸，等.基于控保協同的環形直流微網單端測距保護技術[J].電力系統自動化，2020，44（05）：122-129+269-274.

[3]卜威，王韜，普凱.電力電纜故障診斷技術在智能電網中的應用研究[J].機電信息，2019（17）：23+25.

[4]張璇，王敬華，劉國棟，等.基于行波法的鐵路自閉/貫通線路故障測距技術[J].國網技術學院學報，2017，20（04）：11-14+41.

[5]李斌，張紀航，劉海金，等.基于波形相似度分析的直流輸電線路故障測距[J].電力自動化設備，2019，39（09）：27-32+53.

[6]薛士敏，陸俊弛，劉沖，等.基于虛擬線路阻抗的MMC-HVDC輸電系統單端故障測距方法[J].電網技術，2019，43（08）：2868-2875.