電力系統行波測距方法和發展

張倩

摘 要：隨著科學技術的不斷發展，越來越多的先進技術被應用到電力系統當中，行波測距技術就是其中一個。行波測距就有較多的優勢，如較快的定位速度、十分精確的測距等，目前在高壓輸電線路中主要應用該技術。首先，本文詳細的分析了行波測距的方法，主要有單端測距法、雙端測距法、三端測距法以及廣域網絡信息的行波測距法。然后對行波提取及波速的確定進行了分析，最后對電力系統行波測距的發展進行了詳細分析。

關鍵詞：電力系統;行波測距;方法;發展

在電力系統中，對輸電線路故障進行準確快速的尋找可以有效的降低工作人員的巡線壓力與負擔，并且修復故障的時間也進一步縮小，可以進一步提高電力系統供電的安全性、可靠性，減少停電發生的故障，降低停電帶來的損失。行波法是一種新型故障測距技術，與傳統的故障測距技術相比，其具有較多的優勢，如受到較少的線路負荷、系統參數、系統運行方式以及過渡電阻的影響，具有較好的發展空間與發展前景。利用初始行波和測量端接收到故障點反射波的時間差，與行波波速進行有效的結合，從而對故障的距離進行確定，這就是行波測距法的基本原理。行波測距法具有較快的定位速度、十分精確的測距以及較廣的使用范圍等特點，從而在電力系統中的應用日益廣泛。

1 行波測距的方法

1.1 單端測距法

當電力系統發生故障的時候，因為初始行波沒有相同的來源，因此測距原理具有A型、C型、E型、F型四個類型。如果初始行波的來源點是故障點，那么就是A型;利用脈沖反射，對脈沖到達故障點并反射回測距裝置所使用的時間對故障距離進行測量的原理是C型;對線路故障發生以后自動重合閘暫時所產生的行波進行利用，通過其在故障點與測距裝置之間的傳播對故障距離進行確定的原理是E型;在發生故障的時候，斷路器會發生跳閘，從而有暫態行波產生，根據此波對故障點距進行測量的原理就是F型[1]。如果在輸電線路中發生故障，那么要對A型、C型、F型進行應用。不管是重合閘所產生的暫態行波還是斷路器跳閘所產生的暫態行波，對其計算的方法全部都是暫態行波行駛速度乘以兩點之間運行速度的積[2]。因此，下述以A型為例，對行波測距的計算方法與原理進行介紹。

根據測距裝置對不同行波的識別，可以將單端測距法A型分為三類：（1）標準模式。對故障電流在測量點的時間與反射時間進行計算，然后再乘上波速，從而計算出故障距離;（2）拓展模式。對測量點故障電力的經過時間進行計算，對端母線故障電流經過并反射，再流經故障點然后測量點接收到其透射的時間差，再乘上波速，從而計算出故障距離;（3）綜合模式。與標準模式、拓展模式的不同點在于，前兩個模式對第一個反向行波進行采用，而綜合模式對第二個反向行波進行采用，然后對故障距離進行確定。

單端法就是僅僅在線路的一端對數據進行測取（圖1為其原理），測量公式如下：

在上述公式中，表示的是線摸速度;表示的是零摸速度;表示的是測量點M接收到線摸的時間;表示的是測量點M接收到零摸的時間;表示的是測量點M接收到初始波、經過故障F點反射以后到達測量點M的時間差。

1.2 雙端測距法

雙端測距法就是對第一個初始行波進行利用，然后通過到達兩端的時間差對故障距離進行測量，以下是其測距公式：

雙端測距法僅需要對故障點初始行波到測量兩端的時間進行檢測確保其準確性就可以完成對故障點的定位，不需要對反射波進行識別與分析，具有較高的距離測量可靠性。和單端測距法相比，雙端測距法也存在不確定的行波波速對測定結果有較大影響的穩定，同時還包括線路長度的影響，但是在科學技術不斷進步，對行波測量法不斷深入研究的情況下，行波波速和線路長度對測定結果的影響越來越小，目前對雙端測距法有影響的就是線路兩端時鐘對時因素。

目前所使用的雙端測距法基本上都利用GPS技術對線路兩端時鐘同步進行實現，在利用GPS基礎上的時針同步輸出，可以進一步精準線路兩端裝置的同步時間，并且同步精度可以達到1，這樣對故障距離定位時所產生的誤差在150m之內，對故障測距精準度的要求完全滿足。雖然目前在行波測距形態中GPS屬于較好的時鐘同步單元，但是其也存在一定授時不穩定的缺陷。因此，在對GPS秒脈沖進行修正的時候可以對GPS高精度時鐘的誤差修正法進行采用，動態平均秒脈沖間的技術值，估計秒脈沖誤差，從而使得GPS的誤差得到有效降低，確保信號穩定的輸出[3]。

2 行波提取及波速的確定

2.1 行波信號的獲取

互感器有兩個類型，電容式和電磁式，與普通的互感器相比，電容式互感器對高頻率的信號不能有效傳送，而電磁式互感器則可以完成傳輸，因此，當前測控設備中主要對電磁式互感式進行使用。

在當前科學技術不斷發展的背景下，數字化變電站越來越多，從而電子式互感器也隨之而產生。但是目前電子式互感器測量暫態信號的研究還不成熟，其主要是在電壓和電流的測量與計量以及電力保護系統中應用。在文獻[4]中，電子式互感器對數據進行采集，并經過采用以后，在IEC 61850的基礎上進行傳送，然后設計出可以在波形傳送中應用的ECT，并且對相關數字化系統模型進行建立，這樣電子式互感器就可以和其他店址設備進行集成與操作。

2.2 行波特性分析及波速的確定

暫態行波分量在各個頻段都有暫態行波分量，各個階段的暫態行波分量頻率的不同也導致它們的行波速度、衰減常數各不相同、在故障發生的情況下一定會有故障相產生，可以對其經常劃分，分別是線摸分量、零摸分量，大量研究發展，線路分量和零摸分量相比較，線路分量受到的影響較小，因此在行波測距中，主要應用線路分量。

在確定行波波速的時候，其難點就是行波存在頻散現象。線路分布參數直接決定行波波速，并且大地電阻率對行波波速也有一定的影響。目前計算行波波速常用的方法有：對別人測量出的波速進行查找與參考，從而對行波波速進行計算;結合線路常規分布參數對行波波速進行計算;對線路波速進行自動測量;當線路產生故障以后，可以對行波波速進行在線測量。

3 消除波速影響的故障測距法

3.1 單端法

對行波前三個波頭到達測量段的時刻進行利用，然后再加上故障點發生的位置，對故障距離進行測量，以下是測距公式：

在公式中：代表是的行波從故障點第一次到達M端的時刻;代表是的行波從故障點第一次到達N端的時刻;代表是的對端母線反射波經過故障點以后透射到本端的時刻。

線路弧垂對單端法沒有影響，在理論上具有較高的計算精度，但是要注意，在特殊情況下，波形混疊現象有可能會出現，或者是對故障點反射波、對端母線反射波難以同時檢測到，因此單端法的計算可靠性低于單端測距法，但是可以當做是對單端測距法的補充。

3.2 雙端法

通過對初始行波線摸波速、零摸波速的使用對波速影響進行消除，以下是其測距公式：

在公式中，，，。

該方法對線路參數不同、雷擊對電暈的沖擊等因素對測距準確性的影響可以有效消除。但是因為對零摸分量進行了使用，所以頻散、零摸衰減快的問題依舊存在，并給還要具有雙端數據交換通道、同步對時設備，在實際中沒有較多的應用。

4 電力系統行波測距的展望

行波測距是一種新型的定位技術和計算方法，并且因為具有簡單的原理、精確的測距度，在電力行業中一直是熱門研究對象。對現代行波測距方法進行研究和分析發現，目前還存在以下方法需要解決：第一，反射波的自動識別問題;第二，對時的行波測距裝置在IEEE1588的基礎上的研究;第三，對電子式互感器的成熟研究;第四，如何有效的控制波速誤差以及波速準確性;第五，不同波頭的檢查方法之間如何進行有效的配合，如何將行波測距有效的結合起來等。

未來對行波側庫研究過程中，具有較大的研究空間，以下是其研究方向：第一，研究出對故障進行自動識別并且使用行波對其位置進行定位的算法;第二，研制出可以對行波暫態信號有效獲取的電子式互感器;第三，研究出在IEC61850基礎上對IEEE1588采用的對時的行波測距裝置;第四，在行波理論測量算法的基礎上新的研究，以及行波和新技術的有效結合及應用等。

5 結束語

隨著社會經濟的快速發展，對電力的需求日益提高，確保電力系統供電的安全性與穩定性十分重要。而在科學技術不斷發展的背景下，行波測距是一種新的對故障進行定位的技術，該技術具有簡單的操作，并且與傳統的測距技術相比具有較高的測距精準度。現代行波測距具有單端測距法、雙端測距法以及三端測距法三種方法，行波測距技術可以快速準確的對故障進行定位，同時檢修與維護也十分便捷，給電力系統運行的安全性、可靠性以及高效性提供保障。

參考文獻：

[1]慕容建輝.淺析行波測距技術在500kV輸電線路上的運用[J]. 科技經濟市場，2015（01）：18-19.

[2]李聰聰.交流輸電線路雙端行波測距方法研究[D].山東大學， 2017.

[3]彭小青，呂朦.電力系統中故障測距方法綜述[J].科技廣場， 2016（07）：53-56.

[4]董義華.基于電子式互感器的智能行波測距系統[D].濟南：山東大學，2013.