行波测距技术在超高压输电线路上的应用

行波测距技术在超高压输电线路上的应用

邰　彬

（广东电网公司茂名供电局，广东　茂名　５２５０００）

摘　要：分析了行波测距系统的结构和基本原理，通过实例说明了行波测距技术的优越性。关键词：输电线路；行波测距；故障测距；故障定位

Traveling Wave Location Technology Used in Extra-high Voltage Transmission Line

ＴＡＩ　Ｂｉｎ

（Ｍａｏｍｉｎｇ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｐｏｗｅｒ　Ｇｒｉｄ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，　Ｍａｏｍｉｎｇ　５２５０００，　Ｃｈｉｎａ）

Abstract: Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｂａｓｉｃ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　ｔｒａｖｅｌｉｎｇ　ｗａｖｅ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．　Ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｔｒａｖｅｌｉｎｇ　ｗａｖｅ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｅｘａｍｐｌｅｓ．

Keywords:　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅ；　ｔｒａｖｅｌｉｎｇ　ｗａｖｅ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；　ｆａｕｌｔ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ；　ｆａｕｌｔ　ｌｏｃａｔｉｏｎ

１　行波测距的现状

电力系统的高压输电线路测距传统上一般是采用阻抗法来计算。由于短路过程本身是一个复杂的非线性过程，阻抗法测距的精度受到故障点电阻、互感器的误差、线路结构不对称、线路分布电容、线路走廊地形的变化等因素的影响较大，难以消除过渡电阻，实际效果并不理想。

利用行波进行测距的方法早在２０世纪５０年代就已被提出，但由于技术及设备限制，应用很少。２０世纪７０年代以来随着计算机技术的应用，微机保护和故障录波装置的开发及大量投运，更加速了故障测距的实用化进程。上世纪末，我国提出利用故障暂态电流的高压输电线路行波故障测距技术，从而推动了现代行波故障测距的发展，并迅速商业化［１］。行波测距在实际应用中的误差一般不超过５００ｍ，基本可以实现２根杆塔之间的定位。

测距终端变电站１测距终端变电站２

测距终端变电站３

测距主站

测距终端变电站４

测距终端变电站５

图１　测距系统结构图

障数据，故障数据的分析、处理，定位结果的显示、保存，及有关数据、波形的打印等项功能；测距主站可在远端实现其它测距主站登录和控制，并可实现对其它测距主站故障数据的调用、查看、分析和处理等项工作，其工作原理如图２所示。

２　结构及工作原理

２．１　系统结构

输电线路故障测距系统由多个测距终端及一个

或多个测距主站组成，测距主站可安装在输电线路测距终端中的任意一端的屏上，现场运行人员可通过测距屏上的主站显示器第一时间得到测距结果。测距系统结构如图１所示。

３　分析方法

行波是输电线路发生故障后，在故障点产生的向线路两端传播的暂态故障波形，它的传播速度接近于

光速且基本恒定，不受线路参数、线路负荷以及过渡电阻的影响［３］。如果在线路两端能够精确测量到行波到达线路两端的时间，通过简单的数学计算即可得到故障距离。行波测距装置就是依据这一原理制成的。

行波分析方法可以分为单端法和双端法［４］：

２．２　工作原理［２］

测距终端完成行波信号转换，故障检测及判别，

故障数据采样、加时标、贮存，向测距主站传输故障数据等项功能；测距主站完成接收测距终端传输来的故

作者简介：邰　彬，工程师，从事变电运行管理工作。收稿时期：２０１０－０７－２３

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自动化应用

电力系统自动化

（１）对于一般性故障，单端法测距的关键是准确求出行波第一次到达测量端与其从故障点反射回到测量端的时间差Δｔ，并且包括故障行波分量的提取；对高阻故障而言，单端法测距的关键是准确求出行波第一次到达测量端与对端母线反射回测量端的时间差Δｔ。单端法测距可以表示为：Ｌｄ＝（１／２）ＶΔｔ，Ｖ为行波传播速度。

电流（毫安）电流（毫安）茂名终端波形

８００

６００４００２０００－２００

０　　　　　　　　　　　　　　　５，０００　　　　　　　　　　　１０，０００　　　　　　　　１５，０００　　　　　　　　　　２０，０００　　　　　　　　　２５，０００

时间（微秒）

玉林终端波形

（２）双端法行波测距的关键是记录下电流或电压行波到达线路两端的时间。设线路两侧分别为Ｍ端和Ｎ端，行波到达两端的时间分别为ｔ１和ｔ２，线路全长为Ｌ，则故障点到Ｍ端的距离为Ｌｓ＝（１／２）［Ｌ＋（ｔ１－ｔ２）Ｖ］。

２０００－２００－４００－６００－８００－１０００

０　　　　　　　　　　　　　　　５，０００　　　　　　　　　　　１０，０００　　　　　　　　１５，０００　　　　　　　　　　２０，０００　　　　　　　　　２５，０００

时间（微秒）

４　应用

５００ｋＶ茂名变电站与玉林站之间玉茂Ⅰ线和玉茂Ⅱ线构成一个双端测距系统，同时每个站向外可以构成单端测距系统。图３、图４分别为玉茂Ⅱ线一次故障的测距报文和波形，测距结果与实际查线的结果相差较小。其可靠、精确的故障测距，大大节约了工作人员查找线路故障的时间，缩短了恢复供电的时间，提高了供电可靠性。

图４　玉茂Ⅱ线故障波形

路上的应用。行波测距技术的优越性在于精度高、适用性强、方便使用等。因此，行波测距技术将在电力系统

中得到广泛的应用，必将成为今后测距技术的主流。

参考文献

［１］方力谦，李晓明，黄斌．输电线路行波故障定位装置研究

现状与展望［Ｊ］．高压电器，２００５，４１（５）：３７７－３８２［２］中国电力科学研究院电力电子公司．　ＷＦＬ２０１０输电线

路故障测距系统技术说明书［Ｚ］．北京，　２００５：９－１０

图３　玉茂Ⅱ线故障报文

［３］柳树平，刘景勤，沈立宏．现代行波测距技术及系统在绥

化电网中的应用［Ｊ］．黑龙江电力，２００３，２５（４）：２７７－２７９［４］束峻峰．行波测距技术在繁昌变电站的应用分析［Ｊ］．安

徽电力，２００６，２３（２）：２０－２１

５　结语

通过实例分析了行波测距技术在超高压输电线（上接第４７页）

在电缆芯断路较多，算法退化的情况下，最坏情

况耗时为：

Ｔ′　（ｔｂ×３×Ｎ＋　ｔａ×Ｎ×Ｎ）×１．１＝９．６８ｓｍａｘ＝

９９％；７．２Ｖ，２０００ｍＡｈ镍－镉电池供电，连续可靠工作时间

大于２ｈ；在电缆芯断路较少的情况下，测试时间小于３ｓ；测试距离大于３００ｍ；在至少２路电缆芯可靠连接的情况下，可完成断路及短路检测。从测试结果看，本设计性价比较高，仪器便携可靠，具有良好的应用价值与开发前景。

参考文献

［１］任爱峰，初秀琴，常存，等．基于ＦＰＧＡ的嵌入式系统设

计［Ｍ］．西安：西安电子科技大学出版社，２００４

［２］刘飞，项建涛，杨江平．手持式电缆分线器设计［Ｊ］．北京：

空军雷达学院学报，２００６，３－２０

［３］Ｊｉａｎｌｉａｎｇ　Ｚｈｅｎｇ，Ｌｅｅ，Ｍ．Ｊ．　Ｗｉｌｌ　ＩＥＥＥ　８０２．１５．４　ｍａｋｅ

ｕｂｉｑｕｉｔｏｕｓ　ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ　ａ　ｒｅａｌｉｔｙ？：　ａ　ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　ａ　ｐｏ－ｔｅｎｔｉａｌ　ｌｏｗ　ｐｏｗｅｒ，　ｌｏｗ　ｂｉｔ　ｒａｔｅ　ｓｔａｎｄａｒｄ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｃｏｍ－ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｍａｇａｚｉｎｅ，２００４，（６）：１１０－１１６

［４］　Ｓｔｅｐｈｅｎ　Ｈ．Ｈａｌｌ，　Ｇａｒｒｅｎｔｔ　Ｗ，　Ｊａｍｅｓ　Ａ．　Ｈｉｇｈ－Ｓｐｅｅｄ　Ｄｉｇｉｔａｌ

Ｓｙｓｔｅｍ　Ｄｅｓｉｇｎ［Ｍ］．　ＵＳＡ：［ｓ．ｎ．］，　２０００

［５］樊昌信．　通信原理教程［Ｍ］．北京：电子工业出版社，

２００５

２．２　可扩展性分析

系统设计的检测线路为３２路，单套检测设备最多可

检测３２芯电缆。对大于３２条电缆的对准，系统设计了可扩展部分。首先将若干套主检测器共地，然后将相应的从检测器共地，再手动选择某主检测器为主控主检测器，其它主检测器为协主检测器，主控主检测器通过无线通知协检测器控制各路继电器状态，并完成与各个从检测器的通信。各从检测器设置为不同的接收地址，主控制器可通过切换发送地址完成对各从检测器的控制。此外，如果待测电缆的两端距离较远，可引入中继通信的方式来增加检测距离。由于检测器采用ＦＰＧＡ为核心控制芯片，在硬件电路不改变的情况下，通过修改配置程序可快速完成程序升级。

３　结论

本系统经实地测试，性能指标如下：准确性大于

自动化应用２０１０　　　１１期

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