行波保护与故障测距

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。

输电线路行波故障测距技术的发展与应用 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。

行波故障测距浅析及配置建议【摘要】：本文介绍了行波故障测距的概念和原理，对两种典型的行波测距方法――单端行波测距法和双端行波测距法的优缺点进行分析，并结合不同电压等级的输电线路，提出了符合对应电网要求的配置建议。

【关键词】：故障测距行波XC-21 输电线路引言对220kV及以上电压等级的电网，当线路发生故障后，必须进行寻线，以寻找故障点，根据故障造成的损坏程度判断线路能否继续运行还是须停电检修。

高压输电线路故障的准确定位，能够缩短故障修复时间，提高供电可靠性，减少停电损失。

对于占绝大多数的能够重合成功的瞬时性故障来说，准确地测出故障点位置，可以区分是雷电过电压造成的故障，还是由于线路绝缘子老化、线路下树枝摆动造成的故障等，从而及时发现事故隐患，采取有针对性的措施，避免事故再次发生。

因此，线路故障后快速寻找故障点就成为保证电网安全稳定运行的一项重要技术，输电线路精确故障定位具有重要意义。

行波测距是利用高频故障暂态电流、电压的行波来间接判定故障位置，包括单端行波测距法和双端行波测距法。

由于其有着较高的精度和准确率，基于行波原理的测距装置已得到较为广泛的应用，其推广和应用对输电线路运行的安全性、经济性和可靠性具有重大意义。

本文介绍了行波故障测距的概念和原理，比较了两种典型的行波测距的方法，根据其特点提出了配置建议。

1行波故障测距原理1.1行波的基本概念线路上任一点电压、电流值实际上是许多个向两个不同的方向传播的电压、电流波值的代数和。

这些电压、电流波以一定的速度运动，因此称为行波。

运动方向与规定方向一致的行波，为正向行波，而把运动方向与规定方向相反的行波为反向行波。

规定由母线指向线路的方向为正向，则由母线向线路运动的行波叫做正向行波（V+、I+），而由线路向母线运动的行波叫做反向行波（V-、I-）。

输电线路故障时，相当于在故障点加上了与该点故障前电压大小相等，方向相反的虚拟电源。

这个虚拟电源产生向线路两端运行的电压、电流行波，经过多次反射、衰减，进入一个新的稳态。

不受波速影响的输电线路双端行波故障测距算法随着电力系统的不断发展，高压输电线路已经成为电力系统的重要组成部分。

然而，由于环境和设备等因素的影响，输电线路会发生各种各样的故障，如短路、接地故障等。

及时准确地测距故障点对于保障电网的稳定运行至关重要。

传统的故障测距方法主要基于行波理论，即利用行波在输电线路上的传播速度来计算故障点的位置。

然而，由于环境和设备等因素的影响，行波的传播速度会受到很大的影响，从而导致测距的不准确性。

为了解决这一问题，学者们提出了一种不受波速影响的输电线路双端行波故障测距算法。

该算法基于双端行波法，即在故障发生时，同时向故障点的两端发送电压波和电流波，通过测量两端的电压波和电流波的相位差，计算出故障点的位置。

该算法不仅可以克服行波传播速度的不确定性，而且可以提高测距的精度。

具体来说，该算法分为两个步骤。

首先，通过双端测量法分别测量故障点两端的电压波和电流波，计算出它们之间的相位差。

然后，根据相位差和线路的特性参数，如线路长度、电容、电感等，利用数学模型计算出故障点的位置。

该算法的优点在于不需要事先知道行波传播速度，因此可以适用于各种环境和设备条件下的输电线路。

此外，该算法的计算精度高、测距范围广，可以用于各种类型的故障，如单相接地故障、两相接地故障等。

然而，该算法也存在一些局限性。

首先，该算法需要准确测量电压波和电流波的相位差，因此需要使用高精度的测量设备。

其次，该算法需要准确测量线路的特性参数，如线路长度、电容、电感等，因此需要事先获取这些参数的准确值。

总之，不受波速影响的输电线路双端行波故障测距算法是一种新兴的故障测距方法，可以克服传统行波法的不足之处，提高测距的精度和可靠性。

随着技术的不断发展，该算法有望在电力系统中得到广泛应用。

输电线路行波法故障测距的分析作者：安洁来源：《科技风》2018年第12期摘要：输电线路在电力系统中非常重要。

本文对输电线路故障测距的方法进行了介绍，主要对行波法进行了研究，并对单、双端行波测距法的各自原理、特点进行分析，文末对故障测距的研究和发展前景进行了展望。

关键词：输电线路；行波法；故障测1 故障测距方法故障定位方法依据不同的原理，主要分成阻抗法、故障分析法和行波法等。

（1）阻抗法。

阻抗法根据工频电气量，利用故障时测量到的电流、电压量来求出故障回路的阻抗，通过构造电压平衡方程，由于线路长度与阻抗成正比，利用数值分析方法即可得到故障点与测量点之间的电抗，因此可求出故障的大致位置。

（2）故障分析法。

故障分析法是利用故障时记录的电流电压数据，经过分析计算，计算出故障点到测量点之间的距离。

提出专家系统来对故障录波数据进行集中处理，并确定切实可用的联网方案，因此可以解决不同型号录波器的联网和数据传送问题。

（3）行波法。

行波法的原理为：当输电线路发生故障时，将会产生电流、电压行波，行波以接近光速的速度向线路两端传播。

通过测量故障出现时的电流、电压行波在线路上传播的时间，计算出故障距离。

2 行波测距法行波测距法主要通过高频故障时暂态电流、电压行波或者断路器重合闸时出现的暂态信号等来确定故障点位置。

其主要可分为A、B、C、D、E、F六种测距方法，A型、D型利用故障信号；B型、C型需要外加信号源；E型利用断路器的重合闸信号；F型则利用断路器的分闸信号。

其中，A、C、E、F为单端测量法，B、D为双端测量法。

目前，行波法故障测距主要采用基于单端电气量的A型和基于双端电气量的D型两种方法。

3 单端行波测距法当线路出现故障时，故障点处的电压发生突变，从故障点产生向线路两端传播的高频故障暂态行波，行波在线路中波阻抗不连续的点和故障点处不断的反射和折射。

在测量点能捕获到初始行波浪涌，从而得到其与第二个行波浪涌到达测量点的时间差，由于行波在线路中传播的速度近似于光速，故可求得故障点与测量点之间的距离。

高压输电线路行波故障测距技术及应用探究摘要：高压输电线路是电力系统的重要组成部分。

快速、准确地故障测距，可以及时发现绝缘隐患，及早采取防范措施，提高运行的可靠性并减少因停电而造成的巨大综合损失。

进一步研究输电线路的行波故障测距，对于提升故障测距的精度，保证电网稳定运行仍具有重要意义。

关键词：输电线路行波故障测距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，具有巨大的社会和经济效益。

输电线路行波故障测距与传统的工频量测距方式相比具有明显的优势，但同时由于受一些干扰因素影响，导致目前的行波故障测距仍存在诸多问题。

为了及时发现绝缘隐患，采取防范措施，保障电力系统运行的可靠性，就必须寻找一种快速、准确的故障测距方法，及时找到高压输电线路的故障点。

1.行波法故障测距的原理及分类近年来，全国电网逐渐升级换代，变电站容量不断增大，作为各变电站间能量传输的通道，高压输电线路在电力系统中地位显得越来越重要，高压输电线路的可靠性相对整个电网的安全运行也具有越来越重要的作用。

随着电压等级从超高压到特高压不断发展，电力系统对电网安全运行的要求越来越高，输电线路发生故障后的影响也将会越来越大，对线路修复的准确性和快速性也提出了更高的要求。

准确快速的故障测距可有效帮助修复线路，保证线路可靠供电，从而保证整个电网的安全稳定运行，最大程度降低线路故障对整个电力系统造成的威胁，以及对国民经济和人民生活带来的综合损失。

行波即线路中传播的电磁波。

当输电线路发生故障时，故障点处会产生从基频到很高频率的暂态行波，暂态行波沿输电线向两端传播，在线路末端母线、故障点等波阻抗不连续的点处会发生反射和折射。

经过反射和折射行波的极性会发生改变，频率会发生突变，根据这些变化量可以测量出行波到达这些点的时刻。

利用线路长度，行波到达测量点的时刻以及行波传播的速度可以计算出故障点所在的位置。

按照检测行波的方式，将行波测距法分为四类，A型、B型、C型和D型。

±800kV特高压直流输电线路行波故障测距的应用摘要]输电线路在电力系统中故障率较高，准确的故障定位技术对于电力系统的安全、可靠、经济运行具有重要作用。

利用先进的线路行波故障测距精确地确定故障点距离，具有先进性、精确性、便捷性、免维护等特点。

关键词：±800kV特高压直流输电；行波测距；应用分析0 引言特高压输电线路是电力系统的大动脉。

线路故障的准确定位不仅有利于及时修复和快速恢复送电，且对整个电力系统的安全稳定和经济运行都十分重要。

因此，故障测距装置定位的准确性非常重要。

当线路故障时，故障点将产生向两侧母线运行的行波，行波信号是一种高频暂态信号，有丰富的故障信息，正确识别和提取其中的故障信息，可构成超高速动作的行波保护并实现精准故障测距。

1 直流输电线路行波故障测距基本原理行波故障测距基本原理可分为A型和D型，其中A型为单端测距，D型为双端测距。

目前，在实际应用中将D型作为主要测距原理，将A型作为辅助测距原理。

两种原理配合使用，才能获得最佳的测距效果。

1.1 D型行波故障测距原理D型原理利用线路内部故障产生的初始行波浪涌到达线路两端测量点时的绝对时间之差值计算故障点到两端测量点之间的距离。

如图1，设故障初始行波浪涌以相同的传播速度到达X端和Y端母线（形成各端第一个反向行波浪涌）的绝对时间分别为和，则X端和Y端母线到故障点的距离和可用公式表示为式中L为线路长度。

为了准确标定故障初始行波浪涌到达故障线路两端测量点的绝对时间，在线路两端均要安装行波采集系统。

两端行波采集系统中必须配备高精度和高稳定度的同步时钟，且需采用内置高精度授时系统的同步时钟实现精确秒同步，使两端系统的时钟误差不超过1us。

图1 输电线路故障暂态行波传播图1.2 A型行波故障测距原理A型原理可分为三种运行模式，即标准模式、扩展模式及综合模式。

①标准模式标准模式下的A型行波故障测距原理利用线路故障时在测量端感受到的第一个正向行波浪涌与其在故障点反射波之间的时延计算测量点到故障点之间的距离。

附 录 A （资料性附录）行 波 测 距 基 本 描 述行波测距是利用故障产生的暂态电流、电压行波来确定故障点的距离，如图A.1所示。

它包括双端行波测距法和单端行波测距法。

1M T '2M T 2M T 1N T '2N T 2N T图A.1行波测距示意图双端行波测距是通过测量故障行波达到线路两端的时间差来计算故障距离，公式为：111()2N M L T T v l −−=（A.1） 112()2M N L T T v l −−= （A.2） 式中：Ｌ 线路长度；l 1，l 2 故障点到两端的距离；T M1，T N1 行波到达线路两端时间；ｖ 行波传播速度。

对双端行波测距法而言，线路长度的误差ΔL 将会导致ΔL /2的测距误差，1μs 的时间误差将导致近150m 的测距误差。

单端行波测距是通过测量故障行波在故障点与本端母线之间或故障点与对端母线之间往返一次的时间差计算故障距离，公式为：211()2M M T T v l −= （A.3） '211()2M M T T v l L −=− （A.4） 式中：l 1 故障点位置；L 线路长度；T M1，T M2 故障初始行波到达M 端母线测量点及其从故障点反射回测量点的时间；T’M2经过故障点透射过来的故障初始行波在N端母线的反射波到达M端母线测量点的时间；ｖ行波传播速度。

单端行波测距由于原理上的缺陷，一旦不能正确识别反射波，测距精度就无法保证。

由于实现单端行波法的计算机算法还不成熟，因而难以自动给出准确的测距结果；同时在很多情况下，也无法通过对单端暂态行波波形的离线分析获得准确的测距结果。

双端行波测距受影响因素少，测距结果准确、可靠。

原理上可利用电流行波或电压行波测距，考虑到CT具有较好的传变高频信号的能力，建议使用CT二次侧测到的电流行波信号进行测距。

在实际应用中，一般应利用电流行波故障测距，同时以双端行波测距法为主，辅助以单端行波测距法或其它方法。