【《输电线路的行波传输特性分析概述》2600字】

输电线路的行波传输特性分析概述目录TOC\o"1-3"\h\u20354输电线路的行波传输特性分析概述 1207481.1故障行波的产生机理 1322241.2故障行波依频变化模型 2190651.3输电线路行波传播过程 4299791.4波的折射和反射 5263381.5单端故障行波时–频唯一性分析 6故障行波是一个全频带阶跃信号，当行波沿线路传播时，一方面，线路参数的分布不均和各相线路的不完全换位将使土壤沿传输线的电阻率发生变化，线路参数也会相应地随着频率而变，同时，不同频率的行波分量具有不同的波速度和衰减系数，在检测点测得的波形上就表现为色散现象ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>覃剑，陈祥训，郑健超</Author><Year>1999</Year><RecNum>312</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[43]</style></DisplayText><record><rec-number>312</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="taxd9za5xafax9erwfp5d0fad5a25rv2radt"timestamp="1620308217"guid="fa36bb13-6d06-447a-84be-24f7bd10076e">312</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">覃剑，陈祥训，郑健超</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">行波在输电线上传播的色散研究</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">中国电机工程学报</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>中国电机工程学报</full-title></periodical><pages>28-31+36</pages><volume>19</volume><number>09</number><dates><year>1999</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[43]；另一方面，输配电网络拓扑结构复杂，故障行波沿不同路径传播到各检测点，在每段线路上具有不同的折、反射过程，导致各检测点测得的时域波形有很大差别本章从故障行波的产生机理，依频变化的性质以及行波传播和折、反过程出发，分析了行波的时-频唯一性。1.1故障行波的产生机理图1.1基于叠加原理的故障行波的产生图1.1(a)为某双端电源输电线路。当f点发生故障，根据叠加原理，故障线路可等效为图1.1(b)所示故障网络，进一步分解为正常负荷分量和故障分量。从图1.1(d)可以看出，故障分量相当于在故障点处附加一个与该点正常情况下幅值相等、方向相反的电压源，于是故障行波从故障点沿线路向远处传播，其中不仅有高频故障分量，还包含低频，特别是工频分量。在研究输电线路的行波过程时，如果考虑所有参数的影响将使模型变得特别复杂。实际输电线路一般为均匀线路，即电阻、电感、电容沿线路均匀分布且恒定不变。为了简化问题，以下讨论忽略了线路电阻和电导，认为输电线路是无损的。图1.2均匀无损线路分布参数等效电路图中，L和C分别表示单位长度的电感和电容，当在f点施加电压Uf，由于电容C2与UF之间存在电感L2dx，所以电容电压需要经过一段时间才能达到UF，而离f更远处的电容电压则需要更长时间才会达到Uf。由此可见，电场从故障点以一定速度向两端延伸，在给电容充电的同时，将产生电流if，并在线路周围建立起磁场，磁场也以一定速度移动。随着电压波、电流波的到达，某点获得相应的电压和电流以及电磁场，这两种波同时存在。1.2故障行波依频变化模型如图1.2，对一个微元dx用基尔霍夫定律，可以得出线路电压波和电流波的具有如下关系： （2-1） （2-2）式中，和表示在t时刻和x点处的电压和电流值，对公式(2-1)和(2-2)化简可得公式(2-3)： （2-3）式中，R0，L0，C0，G0是频率的函数，如果已知线路和杆塔的运行条件，就能准确算出每根导线的参数是怎样根据频率变化的，然后通过合并分裂导线、消去地线就能得到每一相的频变参数。在计算中C、G一般忽略不计，R和L依频变化较大，需要准确计算不同频率的数值。由公式(2-3)转换得到频域方程： （2-4） （2-5）式中，为串联阻抗，为并联导纳；对于每一个确定的频率，，都有对应的值。将公式(2-4)和(2-5)对x求导可求得波动方程如下： （2-6）该方程的通解为： （2-7）式中，为线路波阻抗，、、和分别为电压、电流的前行波和反行波的幅值。 （2-8）线路传播系数γ为： （2-9）式中，为衰减系数，表征故障行波在传播过程中的幅值衰减特性；为相位系数，表征故障行波的相位滞后特性，如公式(2-10)和(2-11)所示。 （2-10） （2-11）波速度为： （2-12）(2-13)是传输函数的公式： （2-13）1.3输电线路行波传播过程均匀无损单导线线路的等值电路如图1.3所示，图中、、、分别为线路图1.3单导均匀传输线微分元电路单位长度的电阻和电感、对地电容和电导。线路的分布参数特性使得线路中的能量传递或者线路上的扰动均以电压、电流波的形式在线路上按一定的速度运动，故称之为线路中的行波。在实际情况下，这些参数都与频率和电压有关，但在分析行波过程的基本规律时可以假定这些参数都是常数。这样，可以列出下列波动方程 （2-1） （2-2）式中，、表示在x点处的电流和电压，和表示电流与电压在x点附近相对于距离的变化率，类似的，和表示其对于时间的变化率。在一般情况下，输电线路的对地电导很小可以略去；导线与大地的电阻将引起行波的衰减和变形，其影响随波的传播距离增加而增大，但在分析短线路时，其影响可以略去，于是可略去和。式（1.1）和（1.2）可改写为： （2-3） （2-4）将式（1.3）和（1.4）分别对x,t微分，可得波动方程 （2-5）上式的达朗贝尔解为： （2-6）可以看出行波电压和电流由前向行波，和反向行波，构成。是波阻抗，波速。从电磁场的角度分析，行波在无损线路上的传播过程就是在导线周围空间建立起电场和磁场的过程，行波的传播也表现为能量的交替。1.4波的折射和反射在实际线路中，行波从一个波阻抗的线路传输到另一个时，或者线路末端连有集中参数表示的阻抗时，行波在连接点处会同时发生折射和反射。研究行波在连接点的折、反射，是实现行波测距技术的基础之一。图1.4行波的折射与反射如图1.4所示，A点为两段具有不同波阻抗的线路的连接点，行波在经过该点时将发生折射和反射。当前向行波到达A点时,一部分经过折射变为进入输电线2,一部分经过反射变为沿来时方向往回传播，而在输电线2中传播时不会经过波阻抗不连续点,故无方向行波返回,因此交点处有： （2-7）可得电压行波的折射、反射关系： （2-8） （2-9）式中、分别为电压行波的折射、反射系数。若A是故障点，由公式(2-9)可知：电压反射系数恒小于0，故障点折射系数恒大于0。若A为母线系统，则和的取值不能简单根据公式算出，还需要考虑到母线出线数、母线上连接的高压电力设备等因素对行波的影响。1.5单端故障行波时–频唯一性分析图1.5为一典型输电线路，在f1和f2设置故障。图1.5典型输电线路根据以上分析可知，从频域的角度来看，输电线路参数、、、、和均具有依频变化特性。故障行波的幅值衰减程度和相位变化都随频率而异：高频分量衰减更快；传播距离越远，衰减越大；不同频率分量在波阻抗不连续点的折、反射程度不同，故而，在故障点不同的情况下，故障行波的频率分量有不同的空间分布。图1.6所示为在f1和f2故障情况下检测到的频率分布，可见明显差异。图1.6不同故障点行波频率分布从时域的角度来看：在一定频带内，行波波形是由初始行波经过折、反射过程，并按照一定时序叠加得到的，故障点位置不同，则行波传播路径和折、反射过程都不一样，图1.7为检测点M测得的时域波形，可以明显看出两者差异。图1.7不同故障点行波波形时域图综上所述，电力系统中任意一