现代行波故障测距原理及其在实测故障分析中的应用—A型原理

陈平¹，葛耀中¹，徐丙垠²，李京²

(1．西安交通大学电气工程学院，陕西省西安市710049；2．山东科汇电气股份有限公司，山东省淄博市255031)
摘要：长期以来，对输电线路暂态行波现象的研究只停留在理论分析和EMTP仿真方面，而线路上的实际暂态行波波形要比通过仿真获得的暂态行波波形复杂得多，这使得迄今为止所提出的各种单端行波测距算法难以发挥作用。为了将利用故障暂态行波的A型单端现代行波故障测距原理更好地用于实测波形分析，本文将其划分为3种独立的运行模式，即标准模式、扩展模式和综合模式，并给出了各自用于实测电流暂态波形分析的典型实例。实测故障分析表明，A型现代行波故障测距原理具有很高的准确性，其绝对测距误差不超过500m。
关键词：输电线路；现代行波故障测距；A型原理；电流暂态Moderntravellingwavebasedfaultlocationprincipleanditsapplicationstoactualfaultanalysis-TypeAprinciple

ChenPing¹,GeYaozhong¹,XuBingyin²,LiJing²

(1.Xi''anJiaotongUniversity,Xi''an710049,China；2.KehuiElectricCoLtd,Zibo255031,China)
Abstract:Foralongtime,thestudiesoftransienttravellingwavesontransmissionlineslimittotheoryanalysesandEMTPsimulations,thoughtheactualtransientwaveformsoftravellingwavesaremuchmorecomplicated.Thismakeitunapplicabletoactualfaultanalysesforallsortsofsingle-endedtravellingwavebasedlocationalgorithmspresentedtillnow.InordertomaketheTypeAsingle-endedmoderntravellingwavebasedfaultlocationprinciplefortransmissionlinesusingfaultinducedtransienttravellingwavestobeusedbetterinactualwaveformbasedtransientanalysis,itisclassifiedintothreeindependentmodesofoperationinthispaper,whicharecalledstandardmode,extendedmodeandconsolidatedmoderespectively,andthecorrespondingdemonstrationsofactualcurrenttransientwaveformanalysesaregiven.TheactualfaultanalysesshowthattheTypeAprinciplepossessesveryhighaccuracy,anditsabsolutelocationerrordoesnotexceed500m.
Keywords:transmissionlines;moderntravellingwavebasedfaultlocation(MTWFL);TypeAprinciple;currenttransients
0引言
输电线路行波故障测距技术因具有测距精度高和适用范围广等优点，一直为继电保护专业人员所关注^[1]。早在20世纪50年代，国外就研制出A、B、C、D等4种基本型式的行波故障测距装置，但因存在可靠性差、构成复杂以及价格昂贵等问题，终究没有得到推广应用。
20世纪80年代，国内外在A型早期行波故障测距原理的基础上，提出了集保护和测距为一体的行波距离保护原理^[2,3]。但由于测距算法不可靠以及现场试验条件的限制，行波距离保护没有得到进一步的发展。
20世纪90年代，我国提出了利用电流暂态分量的输电线路行波故障测距原理、算法及其实现方案^[4-8]，从而推动了现代行波故障测距(MTWFL)技术的发展^[9]，并相继研制出集A、D、E等多种原理的现代行波故障测距装置和系统，其绝对测距误差已经能够达到200m以内^[10,11]。在应用研究领域，为了进一步提高行波故障测距的精度，小波模极大值检测理论已经被越来越广泛地用于单端和双端行波故障测距研究^[12-15]。
近年来，国内学者开始将A型现代行波故障测距原理用于继电保护，并提出了基于小波变换的测距式行波距离保护原理^[16,17]。
为了将A型现代行波故障测距原理更好地用于实测波形分析，本文将其划分为3种独立的运行模式，即标准模式、扩展模式和综合模式，并给出了各自用于实测电流暂态波形分析的典型实例。

1A型现代行波故障测距原理的运行模式
A型现代行波测距原理为单端原理。根据所检测反射波性质的不同，可以将A型现代行波测距原理分为3种运行模式，即标准模式、扩展模式和综合模式。在标准模式下需要检测故障点反射波，在扩展模式下需要检测对端母线反射波，而在综合模式下则需要检测第2个反向行波浪涌并识别其性质。
1.1标准模式
标准模式下的A型现代行波故障测距原理利用线路故障时在测量端感受到的第1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，其基本原理与早期的A型行波故障测距原理相同。为了实现标准模式下的A型现代行波故障测距原理，在测量端必须能够准确、可靠地检测到故障引起的第1个正向行波浪涌在故障点的反射波。
1.2扩展模式
扩展模式下的A型现代行波故障测距原理利用线路故障时在测量端感受到的第1个反向行波浪涌与经过故障点透射过来的故障初始行波浪涌在对端母线反射波之间的时延计算对端母线到故障点之间的距离。
为了实现扩展模式下的A型现代行波故障测距原理，在测量端必须能够准确、可靠地检测到经故障点透射过来的故障初始行波浪涌在对端母线的反射波。
当故障点对暂态行波的反射系数较小时，在测量端可能检测不到本端第1个正向行波浪涌在故障点的反射波，从而导致标准模式下的A型现代行波故障测距原理失效。但在这种情况下，扩展模式下的A型现代行波故障测距原理却能很好地发挥作用。
1.3综合模式
综合模式下的A型现代行波故障测距原理利用线路故障时在测量端感受到的第1个正向行波浪涌与第2个反向行波浪涌之间的时延计算本端测量点或对端母线到故障点之间的距离。
分析表明，无论母线接线方式如何，故障初始行波浪涌到达母线时都能够产生幅度较为明显的反射波^[4]。可见，当线路发生故障时，测量端感受到第1个正向行波浪涌和第1个反向行波浪涌的时间是相同的。测量端感受到的第2个反向行波浪涌既可以是第1个正向行波浪涌在故障点的反射波(当故障点位于线路中点以内时)，也可以是经过故障点透射过来的故障初始行波浪涌在对端母线的反射波(当故障点位于线路中点以外时)，还可以是二者的叠加(当故障点正好位于线路中点时)。对于高阻故障(故障点反射波较弱)，即便故障点位于线路中点以内，在测量点感受到的第2个反向行波浪涌也有可能为对端母线反射波。对于故障点电弧过早熄灭的故障(故障点不存在反射波)，无论故障点位置如何，在测量点感受到的第2个反向行波浪涌均为对端母线反射波。
因此，当线路故障时，如果在测量端能够正确识别所感受到第2个反向行波浪涌的性质，即可实现单端行波故障测距。具体说来，当第2个反向行波浪涌为本端第1个正向行波浪涌在故障点的反射波时，二者之间的时间延迟对应于本端测量点到故障点之间的距离；当第2个反向行波浪涌为对端母线反射波时，它与本端测量点第1个正向行波浪涌之间的时间延迟对应于对端母线到故障点之间的距离。
可见，为了实现综合模式下的A型现代行波故障测距原理，在测量端必须能够准确、可靠地检测到故障引起的第2个反向行波浪涌并识别其性质。

2利用电流暂态分量实现A型行波测距原理的直接波形分析法
2.1行波故障测距基本关系
从行波故障测距的角度，可以将母线分为两种接线类型^[4]，其中第1类母线连接有同一电压等级的多回线路，而第2类母线只连接有1回线路。电力系统中的绝大多数母线均为第1类母线。相对于来自线路MN方向的行波而言，测量端母线M的等效波阻抗等于该母线上除线路MN以外所有线路波阻抗和母线分布电容的并联阻抗[1][2][3]下一页