行波测距方法的比较

行波测距方法的比较

电力网络与电力用户相连。地理环境复杂，线路曲折多，接地电阻和分布电容能力大，误差定位困难，一直被认为是困难。近年来,行波法日趋成熟,其优越性越来越受到电力行业的重视。尤其是C型行波法,在故障后可以重复测距判断,很大程度上保证了测量精度,在配电网故障测距中有较大的优势。行波法是通过测量故障产生的行波在故障点及检测端(母线)之间往返一趟的时间或利用故障点行波到达线路两端的时间差来计算故障距离,一般分为A、B、C、E4种。本文通过分析行波反射和折射原理,介绍了这几种行波测距方法的原理和特点。最后通过对10kV多分支配电线路单相接地故障进行仿真分析,验证了C型行波法在配电网故障测距中的可行性。一、两线路的反射系数k行波在线路上传播时,遇到波阻抗不连续点(如故障点)会发生反射与折射。反射和折射是行波的重要特性,其中,反射波是用来实现故障测距的重要依据。如图1所示,行波Ui(入射波)沿波阻抗为Z1的线路传播,到达O点,波阻抗由Z1变为Z2,发生反射和折射;一部分行波Ur(反射波)沿Z1线路返回,另一部分行波Uj(透射波)沿Z2线路继续传播。O点的反射系数可以用反射电压(电流)与入射电压(电流)之比来表示,电压反射系数为:电流的反射波极性会发生改变,电流反射系数与电压反射系数大小相等,符号相反。当线路出现开路点或行波运动到线路的开路终端时,相当于z2→8,有反射系数Ku=1,Ki=-1。线路中短路点相当于z2,有反射系数Ku=-1,Ki=1。如果线路经阻抗接地,此时波阻抗z2可以看做是接地电阻R和波阻抗zi并联的等值阻抗,此时电压反射系数为二、故障点距离的计算利用行波进行故障测距有几种方法,按信号采集位置可以分为单端测距和双端测距。利用故障产生的行波进行单端故障测距的方法称为A型行波测距方法,利用故障产生的行波进行双端故障测距的方法称为B型行波测距方法,故障后由人工注入脉冲信号单端测距的方法称为C型行波测距方法,利用线路故障发生后开关重合闸的瞬间,注入电流脉冲双端测距的方法称为E型行波测距方法。(1)A型行波测距。在线路发生故障时,故障点产生的电压(电流)行波在故障点与母线之间来回反射,根据行波在测量点与故障点之间往返一次的时间和行波的波速来确定故障点的距离。下面以线路发生金属性接地为例,说明A型行波测距法原理。图2中,设在t=0时刻,线路上F点发生金属性接地故障,故障点的电压行波uf以波速v向两侧传播,行波在t1时刻到达检测端M,由于M点为波阻抗变化点,行波发生反射,设该点反射系数为K,则反射波K×uf由检测端M向故障点方向传播。由于故障点为金属性短路,当反射波到达故障点时会发生全反射并改变极性,在t2时刻又返回检测端M。设故障点到信号检测点M的距离为XL,则故障点的计算公式为:如果是经电阻接地的故障,则在接地点还有一部分波透射到接地点的另一侧,但仍有反射波回到检测点,由于能量的分散,使反射波幅值比金属性接地时要小。(2)B型行波测距。B型行波测距方法利用故障点产生的行波到达线路两端的时间差来确定故障距离。设线路发生故障时,行波到达线路两侧M和N的时间分别为t1和t2,波速为v,则故障点到M的距离XL由下式求出:其中,L为母线M、N之间的线路长度。(3)C型行波测距。C行波原理与A行波原理一样,如图3所示。该方法不是利用故障发生时产生的行波信号,而是在故障后,由人工向故障线路发射高频脉冲信号,然后检测并识别来自故障点的反射波。测距公式同(3)。(4)E型行波测距。E型行波测距是利用线路故障切除后开关重合闸时向线路注入一个合闸电流脉冲。如果线路发生的是永久性短路故障,则合闸脉冲会在故障点被反射回来,利用检测合闸脉冲与反射脉冲的时间差可以测量故障距离,测距公式同(4)。如果线路是瞬时性故障,则不会发生反射,线路恢复供电。三、较少投资,避免了缺少快速识别A型行波法测距装置简单,但行波在不断折、反射中衰减很大,有时不易区分是来自故障点还是其他节点的反射波。B型行波测距只利用第一个波头,信号幅度大,容易识别,计算处理简单;但线路两端都需要检测装置,且需要通讯设备来实现时间同步,投资比较大。由于故障发生是随机的,当在线路电压过零点发生接地故障时,产生的行波信号很微弱,难以识别,此时A、B型行波定位就会失效,而E型行波法可以弥补这种缺陷。C型行波法是离线测距,不受信号故障时刻行波信号强弱的影响,在进行故障测距时可以重复进行判断。当一次接收到的信号不能清楚分析故障点位置时,可以重新发一个行波信号进行再次测距。此外C型行波法可以节省装置投资,它不需要在每条线路上装设高频采集装置。但该方法的不足之处是在高阻抗接地和闪络性故障时,接地点的反射信号很弱甚至不产生反射信号,此时需要高压脉冲发生器产生高压脉冲信号击穿故障点绝缘,这对信号发生装置提出了更高的要求。四、高压脉冲信号利用C型行波法对带分支线路进行测距,通过ATP软件进行仿真,如图4所示,在线路分支BE中间处发生单相接地故障,其接地电阻为1000Ω。信号源采用幅值为10kV,宽度为2微秒的高压脉冲信号。其中,线路波阻抗为460Ω,MN=15km,AD=3km,MA=5km,MB=9km,BE=2km,BC=3km,CG=1km。在检测点采用100MHZ的采样率进行采样,得到的正常线路波形如图5所示,当F点发生单相接地故障时,故障波形如图6所示。正常线路与故障线路波形相减,得到的波形差如图7所示,其中第一个波形畸变点是来自故障点的反射波。对图7的波形差信号用matlab小波包分解和重构,得到故障时20刻t=66.70μs,根据公式(3),取v=300m/μs,则:与实际距离相差5m,测距精度满足实际要求。五、行波测距法检测行波法不受系统参数、运行方式、线路不对称及互感器变换误差等因素的影响,构成简单、容易实现。故障行波信号在传播途中会夹杂着一些混合信号,使得行波信号在传播过程中发生畸变,检测起来困难。所以,行波测距法的关键是要能