高精度故障录波与行波测距装置

高压输电线路高精度故障录波和测距技术,主要内容,技术背景基于电流行波和小波变换的故障测距方法利用电流行波的输电线路故障测距装置XC-11利用电流行波的输电线路故障测距存在的问题组合故障测距方法高精度故障录波与测距装置HPR-7000结论,缩短故障修复时间，提高供电可靠性，减少停电损失。减轻人工巡线工作量。发现造成线路瞬时故障的绝缘薄弱点、线路走廊下的树支等事故隐患，及时处理，防止故障的再一次发生。,技术背景（一）作用,按原理可以分为：阻抗法：通过测量阻抗来计算故障距离。行波法：通过测量电压、电流行波在线路上传播的时间，计算故障距离。按使用的故障量可分为：单端法：仅仅利用线路一端的电压和/或电流。双端法：使用线路两端或多端的电压和/或电流。,技术背景（二）故障测距方法分类,阻抗法：源于线路距离保护中的阻抗继电器1923年出现，早期继电保护没有定量计算功能，故障距离是通过手工测量光电式录波器所记录的电压和电流来计算的，误差很大。80年代，微机型数字式继电保护装置投入电力系统运行，相应地，任何高压线路保护中的阻抗继电器都能给出线路故障距离来。不仅仅是微机保护，所有的线路录波器都具有阻抗故障测距功能。,技术背景（三）阻抗法及其发展历史与现状,阻抗法原理根据在母线处测量到的阻抗（电抗）值计算故障距离Zm=Vm/Im=Rm+jLm=x.R0+x.L0 x-故障距离R0,L0-单位长度电阻、电抗值,技术背景（三）阻抗法及其发展历史与现状,测距误差大，受多种因素影响：故障点弧光电阻电源阻抗电压、电流互感器变换误差线路不对称（换位）影响长线分布电容线路走廊地形变化，引起零序参数变化。,技术背景（三）阻抗法及其发展历史与现状,不宜用于以下线路：直流输电线路带串补电容线路T接线部分同杆架设双回线,阻抗法不足,行波法原理利用行波在故障点和测量点之间传播的时间差来测量故障距离行波法优点行波法不受故障点过渡电阻、线路结构等因素的影响，测距精度高，适用范围广。最早提出的电压行波测距法原理上有缺陷，且没有解决好行波信号的测量、超高速记录、分析等问题。直到二十世纪九十年代，行波测距技术一直没有获得实际的推广应用。,技术背景（四）行波法及其发展历史与现状,行波法：受二战雷达发明的启发1948年提出；50年代末期出现了三种行波测距仪：A型：利用故障点产生的电压行波在故障点与变电站母线往返一次的时间差测距。B型：借助于通道，分别记录下由故障点所产生的行波到达两侧母线的时间实现故障测距。C型：在线路首端注入高压脉冲，测量反射波时间测量故障距离。国内在60年代末70年代初期，西安交大和西北电力中试所联合研制了C型测距仪。,技术背景（四）行波法及其发展历史与现状,1990年山西省电力公司和西安交通大学于签署了联合研制现代数字式行波测距仪的合作研究协议。1995年西安交大和山东科汇开发出利用电流行波的输电线路故障测距系统XC-11，同年底投入试运行。英国CSD公司F.Gale博士开始了类似的工作，也研制出产品。2000年中国电科院于也研制出利用电压行波的故障测距装置。,技术背景（四）行波法及其发展历史与现状,Ts1,Ts2,单端电气量（A）测距法,故障点距S变电站距离：,V-波速度,优点：只需要在线路一端安装装置，投资少缺点：波形分析困难，可靠性差,技术背景（四）行波法及其发展历史与现状,B型测距仪,故障点距S变电站距离：,故障点距R变电站距离：,L-线路全长,优点：利用第一个波头，可靠性高，测距准确缺点：需在线路另一端安装转发装置,技术背景（四）行波法及其发展历史与现状,Ts1,Ts2,t,S,R,C型测距仪图,优点：可重复，可靠、准确缺点：停电，外加信号源,技术背景（四）行波法及其发展历史与现状,A型优点：只需要在线路一端安装装置，投资少；缺点：波形分析困难，可靠性差B型优点：利用第一个波头，可靠性高，测距准确；缺点：需在线路另一端安装转发装置装置。C型优点：可重复，可靠、准确；缺点：停电，外加信号源。,技术背景（四）行波法及其发展历史与现状,测距所利用信号的带宽常规电流、阻抗等保护：0-1KHz（50Hz）阻抗测距装置：0-1KHz（50Hz）行波测距：0-300KHz，距离误差率500m电容式电压互感器（CVT）不能传变电压行波,基于电流行波和小波变换的故障测距方法,在世界上首次提出利用普通的电流互感器测量电流行波并通过数字仿真分析及对实际CT的测试证明利用CT测量电流行波优点具有简单、易于实现的优点。不需要额外投资由于母线有较大的分布电容，母线处感受到电压行波波头幅值较小且上升速度慢，而电流行波波头却有较大的幅值且上升速度很快，利用故障电流行波检测灵敏度高。,基于电流行波和小波变换的故障测距方法,利用电流行波的输电线路故障测距技术特点1）仅使用电流行波2）采用高速数据采集技术3）采用单片机技术4）采用GPS技术5）采用小波变换技术,基于电流行波和小波变换的故障测距方法,利用电流行波的输电线路故障测距原理1）单端行波测距原理2）两端电气量行波测距原理3）利用重合闸信号的行波测距原理,基于电流行波和小波变换的故障测距方法,Ts1,Ts2,故障点距S变电站距离：,V-波速度,基于电流行波和小波变换的故障测距方法,投资小，但波形复杂，不亦识别,基于电流行波和小波变换的故障测距方法,简单可靠，但需装设两端装置,Ts1,Ts2,t,S,R,利用重合闸的测距原理,基于电流行波和小波变换的故障测距方法,测量永久短路、断线故障,根据不同频带下模极大值的大小与极性判断检测到的信号突变是否是来自故障点的行波脉冲,基于小波变换的行波测距算法,基于电流行波和小波变换的故障测距方法,1）采样频率800kHz2）误差小于1公里3）最多监视8条线路4）双端法测距，已广泛应用于各种电压等级的交直流输电线路。,利用电流行波的输电线路故障测距装置XC-11,利用电流行波的输电线路故障测距装置XC-11,湖北双河变电站500kV双玉线故障波形及测距结果,利用电流行波的输电线路故障测距装置XC-11,柳州洛埠变电站110Kv屯秋线故障波形及测距结果,由于行波的高频暂态特性，由于非故障点反射波的存在，难以唯一识别出来自于故障点的反射波。导致单端行波测距方法的测距结果不够稳定、可靠。这种情况在缺乏GPS同步时钟，或者没有条件安装两套行波测距仪的情况下尤为突出。,利用电流行波的输电线路故障测距存在的问题,利用电流行波的输电线路故障测距存在的问题,利用电流行波的输电线路故障测距存在的问题,解决单端量故障测距问题的对策研究故障测距的组合算法组合测距算法：由具有鲁棒性的阻抗测距算法给出故障发生的范围，误差不超过线路全长的10%，然后由行波测距法进行精确故障定位，误差小于1公里。开发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。,组合故障测距方法-问题的提出,具有鲁棒性的阻抗故障测距算法把单端阻抗故障定位算法对各种类型故障（包括不同过渡电阻、系统运行方式、系统功率角、CT饱和以及线路长度等情况）的广泛适应能力定义为该定位算法的鲁棒性。即，如果某类故障定位算法在系统运行方式变化、系统功率角改变、大过渡电阻、CT深度饱和、长输电线路等情况下仍然能得到一个误差虽然大，但是稳定的而不是谬误的结果，则称这类故障定位算法具有鲁棒性。研究表明：测量阻抗法是所有阻抗算法中最鲁棒的故障测距算法。,组合故障测距方法阻抗法的鲁棒性,组合故障测距方法阻抗法的鲁棒性,具有鲁棒性的阻抗故障测距算法-测量阻抗法,利用电流行波和小波变换的单端测距法用作行波算法测距精度由该算法保证,组合故障测距方法行波法,组合故障测距方法-组合故障定位方法基本原理,a)行波信号的二进小波变化结果,b)测量阻抗法确定的故障区间,高精度故障录波与测距装置HPR-7000,HPR-7000整体构成,高精度故障录波与测距装置HPR-7000,高精度故障录波与准确行波故障测距相结合录波：能够记录高频、暂态行波波形，采样频率1MHz也能够记录开关量和高频载波信号波形同时还能够记录传统的工频、谐波故障波形，采样频率10kHz测距：仅仅利用单端量实现故障测距，测距精度高（绝对误差小于1公里）、可靠性好也可以利用两端电气量实现故障测距，可靠、准确,主要特点,适用范围广泛实现单端、双端故障录波与精确测距(误差0.5公里)单端精确测距与故障录波双端精确测距与故障录波数据记录全面开关量、高频量工频、稳态故障波形高频、暂态行波故障波形,高精度故障录波与测距装置HPR-7000,发明专利证书及产品检验报告,高精度故障录波与测距装置HPR-7000,HPR-7000与其他同类产品比较,高精度故障录波与测距装置HPR-7000,模量综合分析向量分析电流小波变换谐波分析序量综合分析暂态波形组合法测距,全面记录工频、稳态故障信息和高频、暂态行波故障信息；高精度、高可靠性的线路故障测距，误差小于1公里。,HPR-7000功能图解,高精度故障录波与测距装置HPR-7000,模量综合分析,高精度故障录波与测距装置HPR-7000,高精度故障录波与测距装置HPR-7000,高精度故障录波与测距装置HPR-7000,高精度故障录波与测距装置HPR-7000,利用电流行波和小波变换的故