基于暂态行波的输电线路故障测距与保护.

基于暂态行波的输电线路故障测距与保护内容概述故障行波的形成和特点故障行波的应用1.输电线路行波测距2.配电线路行波选线3.超/特高压输电线路行波保护结论概述故障信息的分类故障信息电量故障信息非电量故障信息低频稳态故障信息高频暂态故障信息光声音温度转速故障信息是故障检测技术的基础故障检测技术继电保护、故障测距、接地选线现有故障检测技术存在的问题1.特高压交/直流输电线路保护灵敏度低2.输配电线路准确故障测距困难3.中性点非有效接地的配电系统单相接地选线困难原因—由工频故障信息构成，受以下因素影响1.过渡电阻2.线路分布电容3.CT饱和概述是由故障引发的、运动的电场和磁场高频暂态故障信息，具突变性质、非平稳变化故障行波故障行波中包含着丰富的故障信息；现有故障检测技术把故障行波当作噪声信号加以滤除电流行波电压行波概述1948年R.F.Stevens提出行波测距1950年代末期出现了三种行波测距仪，分为A、B、C型1976年ASEA公司研制出行波保护装置RELADA1995年中国专家葛耀中和他的学生，英国专家PGele博士等人研制出现代行波测距装置2001年中国电科院研制出类似的装置2003年清华大学研制出基于行波的配电线路接地选线装置2005年清华大学等单位联合研制出单端量测距装置行波简史概述故障行波的形成和特征叠加原理行波的形成故障行波的形成和特征行波的形成tuCxitiLxu单导线等值电路故障行波的形成和特征行波的形成波动方程波动方程的通解22222222tuLCxitiLCxu)()(1)()(2121vxtuvxtuZcivxtuvxtuu故障行波的形成和特征波动方程的特解)4(...)3()()(...,)3()()(,...)3()3()()()(...,)3()3()()()(222mmmmmmmmmCmmmmmmmmmmmmmmmmtetetutetetuZtetetetetitetetetetu)5(...)3()()(...,)3()()(,...)3()3()()()(...,)3()3()()()(222nnnnnnnnnCnnnnnnnnnnnnnnnntetetutetetuZtetetetetitetetetetu故障行波的形成和特征SRTr1初始波Tr2反射波Trs对端反射波初始波Ts1反射波Ts2对端反射波TsrA相行波的小波变换模极大值A相行波的小波变换三相行波波形故障行波和它的小波变换间的内在联系行波不同尺度下的小波变换故障行波的小波变换模极大值表示行波的模极大值类似于正弦信号在Fourier变换下的幅值相位小波变换模极大值彼此等价故障行波的形成和特征故障行波的形成和特征故障行波具有如下特性：只在故障发生时出现，能准确反映故障发生；包含着故障发生时刻、故障位置、故障相、故障线等有用的故障信息；具有高频、暂态突变的性质，难以分析；不可重复，具有易逝性，造成捕捉困难；同时是时间和位置的函数，因此传统的时间分析方法和频率分析方法不能有效刻划暂态行波的故障特征。故障行波的应用输电线路行波测距利用电流行波的故障测距—双端法单端电气量组合法故障测距—单端法配电线路行波选线超/特高压输电线路行波保护利用电流行波的故障测距Ts1Ts2ttSR单端电气量（A）测距法)(212112SSSTTvtvX故障点距S变电站距离V--波速度TsTRSR基于GPS的双端测距法故障点距S变电站距离：故障点距R变电站距离：LvTTXRSS)(21LvTTXRSR)(21L--线路全长利用电流行波的故障测距Ts1Ts2ttSR利用重合闸的测距原理说明图)(212112SSSTTvtvX故障点距S变电站距离：利用电流行波的故障测距利用电流行波的输电线路故障测距装置1）采样频率800kHz2)误差小于1公里3)最多监视8条线路利用电流行波的故障测距行波测距在葛洲坝直流换流站运行现场小结利用GPS的双端量行波故障测距技术是目前最先进的故障测距技术已广泛应用于各种电压等级的交直流输电线路获国家发明奖利用电流行波的故障测距单端行波测距不够稳定、可靠缺乏GPS同步时钟没有条件安装两套行波测距仪需要单端法利用电流行波的故障测距存在的问题单端电气量组合法故障测距单端电气量组合法故障测距解决单端量故障测距问题的对策故障测距的组合算法由具有鲁棒性的阻抗测距算法测距，给出故障范围由行波测距法进行精确故障定位，误差小于1kM。新型故障录波测距装置既能记录行波故障信息、又能记录工频故障信息，实现组合法测距。单端电气量组合法故障测距单端电气量组合故障测距算法单端电气量组合法故障测距测量阻抗法确定的故障区间行波信号的二进小波变换故障情况:相间故障、0过渡电阻.故障距离:40km.阻抗法输出结果：19.8km~59.8km.行波法输出结果：39.5km.组合法输出结果：39.5km.单端电气量组合法故障测距HPR-7000的外形结构单端电气量组合法故障测距前置机外形工频故障信息电流行波及其小波变换Testedsystem电压行波电压行波棒图分析相量分析单端电气量组合法故障测距小结组合故障测距算法有望从根本上解决单端量故障测距问题获国家发明专利授权已经应用于实际电力系统单端电气量组合法故障测距行波选线小电流接地系统单相接地选线中性点不接地或经消弧线圈接地的系统发生单相接地后，由于未形成短路通路，接地电流非常微弱，无法确定是那一条线路发生接地，给接地查找和修复带来困难。问题的症结由于中性点不接地或经消弧线圈接地，接地线路和非接地线路仅仅流过微弱的电容电流。迄今所提出的方法－基于基波零序电流大小、方向等方法效果都不好。解决问题的思路2CIjfCU行波选线采用暂态高频分量电流单相线路接地后的行波现象线路1线路2线路3FBGTSl1l2lNi1iNi2行波选线三相线路发生单相接地的行波现象线路1线路2线路3FBGTSZLRK1K2l1l2lN行波选线对三相电压和电流施行相模变换得到各模独立的模分量电压和电流行波选线cbauuuuuu101011111310cbaiiiiii101011111310解耦)(31)(31,,,,000bacbaiiiiiiiuuuiii和线模分量零模分量FBGS12NFBGS12NFBGS12NFBGS12Ni#1i#Ni#2i01i0Ni02线模网络零模网络线路1线路2线路nFBGTSZLRK1K2l1l2lN三相线路发生单相接地行波的传播i#1i#ni#2行波选线配电线路行波的特点接地线路初始行波远大于非接地线路的初始行波，极性相反非接地线路的初始行波数值相等，极性相同与中性点接地方式几乎无关，只影响等效阻抗基于电流行波的单相接地选线原理故障线路的电流行波远大于非故障线路故障线路与非故障线路的电流行波极性相反行波选线方案1：基于零序电流互感器方案2：基于每回出线上的三相电流互感器方案3：每回出线上只安装了两相电流互感器方案4：每回出线上只利用一相电流互感器行波选线基于微机和高速数据采集技术的行波接地选线装置SL-01行波选线SL-01发明专利证书及检测报告行波选线小结配网中存在电流行波，且可以用于故障选线;小波变换及其模极大值可以准确刻划暂态行波特征，可以构成有效的行波选线算法;根据现场情况，可以构成多种行波选线方案;行波和小波选线技术为故障选线提供了新的思路和新的方案，有望从根本上解决小电流系统故障选线难题。行波选线行波保护根据输电线路发生故障后所产生的暂态行波构成的继电保护称为行波保护行波保护的特点快速动作性能不受过渡电阻影响不受CT饱和影响不受系统振荡影响不受长线分布电容影响行波保护行波保护例——波阻抗方向继电器基于行波的方向继电器—波阻抗方向继电器，它根据初始电压和电流行波的比值来判别故障方向。行波保护行波保护正向故障时rufrrufriiiiuuuu)1()1(反向故障时行波保护uucrurucfrfrcZiuZiiuuZiu11.)1()1()(.ffiiuu1..cffcZiuZiu提出阻抗方向继电器原理提出行波选相原理出纵联方向保护基于小波变换的行波保护理论电压电流行波小波变换判断故障发生选故障相投波阻抗方向继电器判方向比较线路两端方向Sm，Sn反向判据1cZiuiiiiiiiBBB20310区内故障跳闸区外故障闭锁例如BC两相短路0nmSS0nmSS逻辑行波保护行波保护方向比较式行波保护系统构成框图输电线路行波保护装置PSL-611行波保护结论故障行波是有用、可用的故障信息双端量故障测距技术已实用单端电气量组合故障测距法是故障测距的新发展线路故障后电流行波与中性点接地方式几乎无关行波选线技术解决了小电流接地选线难题行波保护在超高压特高压线路保护中大有可为