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输电线路行波故障测距技术的发展与应用范春菊;姜军;郭煜华;徐礼葆;罗珊珊;杨立璠【摘要】行波法故障测距是利用故障产生的高频暂态电压、电流行波信号的波速及其在母线和故障点间的传播时间进行故障测距的方法.近年来,随着高速数据采集和处理、全球定位系统时间同步等技术的发展,以及行波故障测距装置实际运行经验的不断积累,故障暂态行波测距原理及算法在不断改进,行波故障测距技术也在不断发展.本文对国内外行波故障测距关键技术、改进算法、装置实际运行情况进行了调研、分析和总结,并对行波故障测距技术的发展和应用前景进行了展望.%By using the wave velocities of transient high-frequency voltage and current signals generated due to fault,as well as the traveling time between the bus and fault point,traveling wave fault location (TWFL) method is realized.Recently,with the development of technologies such as high-speed sampling/storage and the time synchronization based on global positioning system,the operation experiences of traveling wave fault locators in practice have been accumulated.Meanwhile,along with the continuous improvement of the principles and algorithms of transient TWFL method,the TWFL technology is developed further.In this paper,the key technologies,improved algorithms and operation experiences of locators both at home and abroad are surveyed,analyzed and summarized,and a prospective study on the development and applications of TWFL in the future is also conducted.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2017(029)004【总页数】6页(P129-134)【关键词】故障测距;行波;行波故障测距装置【作者】范春菊;姜军;郭煜华;徐礼葆;罗珊珊;杨立璠【作者单位】上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240;上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240;上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240;施耐德电气(中国)有限公司,上海200120;施耐德电气(中国)有限公司,上海200120;施耐德电气(中国)有限公司,上海200120【正文语种】中文【中图分类】TM774行波法故障测距是利用故障产生的高频暂态电压、电流行波波速（接近光速）及其在母线与故障点之间的传播时间进行故障测距的方法，具有受故障点过渡电阻、线路结构等因素的影响小，测距精度高，以及适用范围广等优点[1-2]。
基于行波法的输电线路故障测距方法的研究与实现的开题报告一、研究背景及意义随着电力系统的不断发展，输电线路故障的频率也越来越高，因此及时准确地测定故障位置就显得尤为重要。
传统的故障测距方法使用反射法和比较法，但这种方法需要使用专用的测距设备，且准确度有限。
近年来，随着计算机技术的不断发展，行波法已经成为一种被普遍采用的测距方法。
行波法是利用电力系统输电线路上的横波和纵波在同一方向上传播的特性，通过控制脉冲信号的发射和接收时刻及位置，实现对故障点距离的测定。
行波法具有不需要专用设备、准确度高、信号传输迅速等优点，因此越来越受到电力系统工程技术人员的关注和研究。
本课题旨在研究基于行波法的输电线路故障测距方法，探索使用该方法确定输电线路故障的准确度和实际可行性，为电力系统故障快速定位提供更加有效的手段。
二、研究内容及方案1.研究行波法在电力系统输电线路故障测距中的应用原理。
(1)行波法测距的基本原理及原理分析；(2)基于行波法的故障测距系统，包括硬件和软件设计，分析其主要结构和工作原理；(3)分析行波法的精度和准确性，比较与传统方法的差异；2.研究行波法在电力系统输电线路故障实验中的应用。
(1)搭建实验平台，根据实际的输电线路条件设置响应的参数；(2)设计使用行波法进行实际故障测量的方案；(3)记录数据并进行分析，比对行波法与传统方法之间的异同，验证方法的精度、可行性；3.研究基于行波法的故障测距系统的优化与改进方案(1)针对现有的行波法故障测距系统的问题提出优化改进的方案；(2)对系统进行改进，测试效果；三、技术路线1.掌握基于行波法的输电线路故障测距技术的理论基础，理解行波法的工作原理、测距原理和优势；2.搭建基于行波法的故障测距实验平台，测试行波法在实际应用中的效果；3.对现有的行波法故障测距系统进行分析，提出改进方案；4.对行波法故障测距系统进行改进，提高准确性和可靠性。
四、拟达到的预期目标1.深入了解行波法故障测距的理论基础，理解行波法的工作原理与计算公式；2.搭建基于行波法的实验平台，测试行波法在实际应用中的准确性和可行性；3.掌握行波法故障测距系统的优化方案，提高系统的准确性和可靠性；4.探索基于行波法的故障测距系统在电力系统故障快速定位中的实际应用价值。
高压输电线路行波故障测距技术探析摘要：高压输电线路是电力系统的命脉，它担负着传送电能的重任。
同时，它又是系统中发生故障最多的地方，并且极难查找。
因此，在线路故障后迅速准确地把故障点找到，不仅对及时修复线路和保证可靠供电，而且对电力系统的安全稳定和经济运行都有十分重要的意义。
本文概述了故障测距算法的几种方法，详细分析对比了行波测距法。
关键词：高压线路；故障测距；行波0引言高压输电线路的准确故障测距是从技术上保证电网安全、稳定和经济运行的重要措施之一，具有巨大的社会经济效益。
输电线路故障测距按采用的线路模型、测距原理、被测量与测量设备等的不同有多种分类方法。
根据测距原理分为故障分析法和行波法；根据测距所需的信息来源分为单端法、双端法和多端法。
1输电线路故障测距的意义电力系统输电线路上经常发生各种短路故障,在故障点有些故障比较明显,容易辨别,有些故障则难以发觉,如在中性点不接地系统发生单相接地故障时,由于接地电流小,所以在故障点造成的损害小,当保护切除这一故障后,故障点有时很难查找,但这一故障点由于绝缘已经发生变化,对整个线路来讲比较薄弱,很可能就是下次故障的发生地,因此,仍然需要尽快找到其位置。
其次,输电线路穿越的地形复杂,气候恶劣,特别是远距离输电线路,难免要穿越山区,沙漠这些人迹罕至的偏僻地带,交通十分不便。
再者,多数故障往往发生在风雪,雷雨等较为恶劣的天气中发生。
另外,我国电力系统的巡线装备简陋,使得故障测距的准确度,对故障巡线工作起了关键性的作用。
2故障分析法故障分析法根据系统在运行方式确定和线路参数己知的条件下，输电线路故障时测量装置处的电压和电流是故障距离的函数，利用故障录波记录的故障数据建立电压、电流回路方程，通过分析计算得出故障距离。
2.1利用单端数据的故障分析法利用单端数据的故障分析法包括阻抗法、电压法和解方程法。
阻抗法瞄。
是利用故障时在线路一端测到的电压、电流计算出故障回路的阻抗，其与测量点到故障点的距离成正比从而求出故障距离。
电力系统行波测距方法和发展随着科学技术的不断发展，越来越多的先进技术被应用到电力系统当中，行波测距技术就是其中一个。
行波测距就有较多的优势，如较快的定位速度、十分精确的测距等，目前在高压输电线路中主要应用该技术。
首先，本文详细的分析了行波测距的方法，主要有单端测距法、双端测距法、三端测距法以及广域网络信息的行波测距法。
然后对行波提取及波速的确定进行了分析，最后对电力系统行波测距的发展进行了详细分析。
标签：电力系统;行波测距;方法;发展在电力系统中，对输电线路故障进行准确快速的寻找可以有效的降低工作人员的巡线压力与负担，并且修复故障的时间也进一步缩小，可以进一步提高电力系统供电的安全性、可靠性，减少停电发生的故障，降低停电带来的损失。
行波法是一种新型故障测距技术，与传统的故障测距技术相比，其具有较多的优势，如受到较少的线路负荷、系统参数、系统运行方式以及过渡电阻的影响，具有较好的发展空间与发展前景。
利用初始行波和测量端接收到故障点反射波的时间差，与行波波速进行有效的结合，从而对故障的距离进行确定，这就是行波测距法的基本原理。
行波测距法具有较快的定位速度、十分精确的测距以及较广的使用范围等特点，从而在电力系统中的应用日益广泛。
1 行波测距的方法1.1 单端测距法当电力系统发生故障的时候，因为初始行波没有相同的来源，因此测距原理具有A型、C型、E型、F型四个类型。
如果初始行波的来源点是故障点，那么就是A型;利用脉冲反射，对脉冲到达故障点并反射回测距装置所使用的时间对故障距离进行测量的原理是C型;對线路故障发生以后自动重合闸暂时所产生的行波进行利用，通过其在故障点与测距装置之间的传播对故障距离进行确定的原理是E型;在发生故障的时候，断路器会发生跳闸，从而有暂态行波产生，根据此波对故障点距进行测量的原理就是F型[1]。
如果在输电线路中发生故障，那么要对A型、C型、F型进行应用。
不管是重合闸所产生的暂态行波还是断路器跳闸所产生的暂态行波，对其计算的方法全部都是暂态行波行驶速度乘以两点之间运行速度的积[2]。
行波测距技术在超高压输电线路中的应用现代电力电网的正常运行离不开可靠准确地得到输电线路的故障点的定位。
当超高压输送电线路出现故障时，故障点产生的行波将沿着输电线路向故障点两边进行传播。
行波动作快速，但可以根据行波的特点对其进行距离测量，从而找到故障所发生的位置。
本文将首先简析行波故障测距所使用的物理学机理，并结合具体案例来说明其在超高压输电线路中的应用。
标签：超高压输电；故障测距；行波。
我国经济的高速发展驱动着电力系统朝着更大、更稳定的方向发展。
超高电压输电技术是应时代发展要求应运而生，更高的电压意味着更低的线路损耗和更大的能量传输。
高压输电线路作为电力系统的大动脉，是最容易和最频繁发生故障的部位。
由于输电线路全部在户外，除了恶劣的自然环境，本身的老化等都会导致故障的发生，而由于超高电压输电在远距离输电才更有经济优势，以上原因导致当输电线路发生故障时，极难查找出故障点。
准确快速的故障测距可以有效帮助修复线路，保证线路可靠稳定供电，从而保证整个电网的安全稳定运行，最大限度降低线路故障对整个电力系统造成的威胁和对国民经济和人民生活带来的综合损失。
1、电力输电线路测距现状基于工频电气量的工频阻抗法是当前电力系统使用较多的定位故障点的方法，其主要是通过测量故障输电线的电压电流等量并计算出系统故障回路的阻抗值来估算故障点的距离。
但阻抗法极易受输电线路本身阻抗、负载电荷等的干扰，测距的精度没法得到保证。
高频数字量采集和电磁暂态理论的进步推动了基于行波的测距技术的发展，其测距精度相较传统工频阻抗法有了大大提高。
2、行波测距的物理学释义及实际应用方法根据叠加原理将发生故障的输电线分为正常状态和附加故障状态的叠加。
由工程经验知，一般故障点和地短接使得故障点的电压变为0V。
输电线正常工作时，定义该点电压为U。
由叠加原理易知，假定叠加的故障时，定义该点电压为-U，这样叠加之后故障点的电压为0V。
假定的叠加故障状态中-U电压将使得高压输电线产生由故障点向线路两端传播的前进波，即故障行波。
输电线路行波故障测距技术的发展与应用
发表时间：2018-03-13T16:20:56.700Z 来源：《电力设备》2017年第30期作者：常文杰
[导读] 摘要：伴随我国现代化建设的初步完成与城市化水平的不断提升，对于电力的需求也在不断的增长，然而较早的供配电系统常因安全性、供电质量等出现各种不间断的故障，怎样才能利用一些新技术
（国网新疆电力有限公司检修公司新疆乌鲁木齐 830001）
摘要：伴随我国现代化建设的初步完成与城市化水平的不断提升，对于电力的需求也在不断的增长，然而较早的供配电系统常因安全性、供电质量等出现各种不间断的故障，怎样才能利用一些新技术，更快速、更准确的将这些故障及时诊断出来，并为维护与检修提供充足的时间，并使电力恢复更为及时，是当下应该考虑的重要问题；另一方面，我国在火力发电、水力发电以及新的生物能源发电方面，有了长足的累积，尤其是随着三峡工程、南水北调工程等这些重大项目的完成，更是为发电企业提供了一股新的动力；加之配套性的电网改造也成功的实现了电网的升级与优化，向智能化、自动化、一体化方面又迈进了重要的一步。
关键词：故障测距；行波；行波故障测距装置
引言
随着我国电力行业的不断发展，为保证电力系统安全可靠性，我们国家对电力系统提出了更高的标准要求。
为保证可靠供电，降低停电损失，在输电线路发生故障时，要求对电力系统输电线路故障进行快速准确的定位。
早期的故障测距方法可以分为阻抗法、故障分析法、行波法等3种。
其中，阻抗法和故障分析法受故障点过渡电阻等因素影响，有比较大的测距误差，不但达不到运行要求，而且适用性不高。
而行波法测距主要是通过采集故障电压或电流的波形，标定行波到达时刻来进行测距。
运用行波法的原理进行测距，其精度比较高，也有广泛的适用性，故而大量应用在电力系统中进行测距。
本文通过对国内外行波测距关键技术、改进算法、实际装置的调研，对行波测距关键技术的发展、算法的改进和实际中应用的装置进行了总结，对行波测距技术的未来发展提出了展望。
1行波测距技术原理、特征
（1）行波的发现有赖于研究者对输电线路故障点在附加电源作用的影响分析，行波主要是指输电线路在此情况下，线路上出现与光速传播较接近的电压、电流行波；从原理的角度来看，行波理论主要是以行波为载体，分析故障点、测量点之间传播的时间差，利用它计算或测量出故障距离，对其加以定位。
（2）行波测距方法表现为4大类型，分别为单端测距、雷达测距、脉冲信号测距、双端测距。
（3）与基于工频量的故障测距技术比较，行波测距技术与行波测距特征表明了自身的最大优势，目前来看，集中表现在不受故障点过渡电阻、线路结构等因素的阻碍，另外，如同概述所言，它在测量方面测距精度非常高，适用范围也相当广泛；而且由于在行波理论流行的现在，小波变换理论、数学形态理论也在不断发展，对于各种交叉性质的理论研究，在未来的突破可能性极大，所以行波测距技术的可发展空间还非常广阔，也表明了它的研究需要不断加强，从而向着完善化的方向不断推进。
2行波测距的关键技术
2.1行波信号的提取
暂态行波所覆盖的频带很宽，信号的提取可由电压或电流互感器完成。
高压输电线路普遍采用的电容分压式电压互感器CVT （capacitivevoltagetransformer），截止频率低，传变高频电压信号会带来衰减和相移，因此很少使用。
常规的电流互感器可以传变100kHz以上的电流暂态分量，能够满足行波测距的要求，在实际应用中常用电流互感器提取行波信号。
同时，对于新建变电站使用的电子式电流互感器ECT（electroniccurrenttransformer），文献提出了相应的行波信号提取方法。
2.2行波信号的采集与时间同步
行波传播波速接近光速，1μs的采样误差将带来约±150m的测距误差。
因此对行波信号的采样频率要求在1MHz及以上，使用双端原理时，线路两侧必须配置高精度和高稳定度的实时时钟。
随着微电子技术的高速发展，实现高速数据采集和处理己非难事，现有的A/D转换芯片转换频率完全可以满足，并且GPS接收模块的电力系统同步时钟装置可以实现1μs时间同步以满足测距要求，为实现准确的TWFL奠定了所需的硬件基础。
在实际应用中，由于GPS接收模块存在输出信号不稳定、卫星失锁、时钟跳变、信号干扰等原因导致的同步时钟信号失步的问题，因此必须附加高稳定度守时钟，并且需要消除偏差超过某一限定范围的时间同步信号，从而提高双端原理的测距精度。
2.3行波信号达到时间的标定
行波信号到达时间的标定和波速的确定是行波法最关键的技术，时间与波速相互对应，必须同时讨论才有意义。
判定检测到的行波波头频率，然后根据线路参数的频率特性计算出行波在该频率下的传播速度，以此用于测距是最为准确的。
求取暂态行波信号的一阶或二阶导数，并与设定的门槛值进行比较来判断行波信号是否到达，此方法对噪声比较敏感，当故障距离较短，行波中高频分量明显时，其效果较好。
相关法和匹配滤波器法是以首次到达母线的行波信号为参考，利用从故障点反射回母线的行波信号与参考信号的反极性相似性，根据互相关函数的最大值判定反射波达到时间，进而求出故障位置的方法，但其测距结果受母线端所连接的输电线数目等因素影响，行波在传播过程中的波形畸变会降低算法的可靠性。
中的主频率法是一种频域分析方法，该方法从较长的时间段来考察行波频率范围，由行波中频谱最强的分量决定行波到达时间，然后求解故障距离，其缺点是所求行波主频往往较低，定位精度会受到影响。
小波分析方法利用小波变换在时频域内都具有局部化特性，对信号进行局部化分析，可有效提取故障行波特征，得到信号中的奇异点，小波分量的模极大值出现时间即为电流行波脉冲的到达时刻，并且通过得到信号被分析频带的中心频率和模极大值对应时间能同时解决行波到达时间和传播速度的选取问题，在实际设备中也有广泛的应用。
3行波故障测距系统应用实例
当系统中任一被监视信号超过预设值，高速采集单元启动，发出触发信号，标定当前时间，激活CPU中的采集控制定时电路，经过大约几毫秒时间，高速采集单元终止工作从而向CPU发外部中断信号。
CPU在中断服务程序中获取到这次触发的时间信息后释放高精度时钟，并处理触发的暂态数据，判断是否为有效触发。
如果有效，设置启动标志。
在主循环程序中，系统进入故障处理程序的前提是CPU能够获取到启动标志，数据存储过程也是在处理程序中进行，从而形成启动报告，通过串口发出上报信号。
（图1）广域行波测距系统框图
在行波采集装置中，通过针对软件和硬件的设计，实现数据采集过程中CPU单元与高速数据采集单元的工作互相不产生干涉，提高了数据采集速度也解决了数据采集与CPU处理之间速度不匹配的冲突。
CPU中产生的暂态启动报告被处理故障的程序读取后，通过通信网络与线路对端的采集处理系统来交换启动数据，从而显示屏上能够自动显示出故障类型、故障时间、故障结果、线路信息等，同时发出告警信号给值班的人员，向系统综合分析部分报告。
当地的处理机能够接受来自键盘的直接输入或者由综合分析部分下达的、由故障线路对端的采集与处理部分所记录下的故障暂态触发时间，并进一步进行自动的计算与结果的显示。
系统的硬盘中存储当地处理机中的测距结果和波形数据，供以后查询和调用。
结语
随着行波测距装置的大量使用，全网装置各方面的统一成为电力用户的强烈要求，能够将管理、维护、故障分析等方面统一起来的广域系统的研制也更加迫在眉睫。
本文提供了一种能够解决上述问题，保证测距精度的广域行波故障测距系统。
但该系统仍存在一些弊端，需要通过更多的实践来修改和完善。
参考文献：
[1]葛耀中.新型继电保护与故障测距原理与技术［M］.西安：西安交通大学出版社，2007.
[2]徐丙垠.利用暂态行波的输电线路故障测距技术［D］.西安：西安交通大学，1991.。
