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1、输电线路行波测距技术,2012-7-30,主要内容,故障测距技术的发展输电线路中的波过程行波测距原理核心技术装置介绍实际故障分析,1,故障测距技术的发展,必要性电力线路故障查找极其困难线路多穿越山区、森林、荒漠等偏僻地带故障经常发生在风雪、雷雨等恶劣气候下多数故障没有明显的破坏痕迹故障查找往往花费几天的时间。停电经济损失达数千万，甚至上亿元。线路长时间停电会威胁电力系统安全,故障测距的作用,电力部门迫切需要解决电力线路故障精确测距难题,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。
2、运行要求，线路出线跳闸必须找出故障原因及故障点，误差在3%以内。,故障测距的作用,故障测距方法,故障分析法：根据故障时电压、电流录波图估算故障距离。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。其他方法。,5,故障测距技术发展,阻抗法：测量故障回路阻抗换算故障距离误差经常在几公里、十几公里以上，不满足快速查找故障点的要求。不适用于直流输电线路、带串补电容线路、T接线路等不能解决配电线路小电流接地故障测距,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,阻抗法测距误差大,测距误差大，受多种因素
3、影响，包括：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。,7,阻抗法适用性差,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,8,故障测距技术发展（续）,行波测距原理：利用故障行波在线路上的传播时间测距早期行波装置：上世纪50年代，美国、日本等开展过行波测距的研究。早期行波测距装置利用电压行波测距法，原理有缺陷，技术不成熟，成本高，可靠性达不到实用化要求。60年代被逐步放弃。,变电所,10,现代微电子技术技术的发展为研究新的行波测距方法与设备创造了条件现在公司克服了早期行波测距装置存在的可靠性、成本等
4、问题，将行波测距实用化，解决了线路故障测距难题。,现在公司于1995年开发出利用电流行波的输电线路故障测距系统，投入试运行。,行波法（续）,测距装置投运过程1995年，XC-11行波测距装置在东北电网交流500kV董辽线上投入运行。2001年，XC-2000行波测距装置在葛洲坝-上海500kV直流输电系统投入运行。2002年，XC-2000T行波测距装置在胶济铁路配电线路上投入运行。,XC-2000行波测距装置在葛洲坝直流换流站运行现场,XC-2000行波测距装置,故障测距技术发展（续）,课题组研制的XC系列行波测距系统广泛应用于电力系统 覆盖了全国40%以上的超高压输电线路，包括：三峡电力外
5、送、西电东送交/直流输电线路大同-北京500kV带串补电容交流输电线路青藏铁路配电线路晋东南-荆门1000kV交流、云南-广东800kV直流特高压线路利用项目研究成果生产的GPS同步时钟，已推广应用5000多套。,国内应用情况,故障测距技术发展（续）,国外应用情况 电流行波测距装置在英国、阿根廷、南非、意大利、马来西亚等国获得了应用,故障测距技术发展（续）,获得的奖项,2002年9月，利用暂态电流行波的输电线路故障测距技术与系统获山东省科学技术奖三等奖2003年3月，基于小波变换的输电线路暂态行波分析和故障测距理论研究获北京市自然科学技术奖二等奖 2008年，基于行波原理的电力线路在线故障测距
6、技术获国家技术发明二等奖,故障测距技术发展（续）,输电线路上的波过程,行波的概念,沿输电线路传播的电压、电流波，其中沿参考方向传播的行波称为正向行波（或前行波），沿参考方向的相反方向传播的行波称为反向行波（或反行波）。行波过程由建立在分布参数线路模型基础上的电报方程来描述。说明：1）行波是一种电磁波，分电压行波和电流行波。2）从传播方向上分正向行波和反向行波。3）行波传播是有速度的。,16,行波的概念-总结,行波是沿线路行进的电压或电流浪涌电压行波：建立电流到达处的线路分布电容的电场的充电电流电流行波：线路分布电容的充电电流行波是电磁波的一部分观测到的行波都是多个行波的叠加,行波的概念,18,
7、稳态行波是指系统正常运行时沿线路传播的行波，它是由系统的电源产生的。电能的传输和交换是通过稳态行波的传播来实现的。暂态行波是指系统运行过程中突然出现，而后又逐渐消失的行波，它是由系统的扰动，如短路、断线、开关操作、雷击及雷电感应等引起的。,暂态行波的产生,19,输电线路故障暂态行波的产生,(a)故障等效网络(b)正常负荷网络(c)故障附加网络,行波的概念-性质：畸变,20,行波的概念-性质：透射与反射,21,阻抗不匹配点：线路末端、故障点、接头,透射波,反射波,对于电流行波而言：开路-1，短路+1。对于末端变电站采用间接测量信号到达时间的方式。,入射波,暂态行波的传播特性,22,故障暂态行波传
8、播网格图,在线路中一般取：291-294m/us,23,Ts1,Ts2,行波测距原理,V-波速度,行波故障测距基本原理,24,D型双端原理,行波测距原理（续）,单端法优点：只需要在线路一端安装装置，投资少；缺点：波形分析困难，可靠性差双端法优点：可靠性高，测距准确；缺点：需要在线路两端安装装置及通信配合。利用重合闸信号的方法适用于测量永久短路及断线故障实际应用中，三种方法配合使用，确保测距可靠性及精度。,核心技术,行波测距系统的构成,变电所S,变电所R,分析主站,行波测距装置,行波测距装置安装在变电所，记录故障产生的行波信号。故障行波数据经通信网络送到调度中心的分析主站分析主站保存、处理数据，
9、计算故障距离。,WAN通信网络,调度控制中心,分析主站,行波测距装置电原理框图,S,人机界面,中央处理单元,GPS信号接收单元,超高速数据采集单元,行波信号提取单元,行波测距装置原理框图,行波测距装置,通信网络,核心技术-行波信号的获取,保护与测距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）行波保护：0-2KHz行波测距：0-300KHz，距离分辨率500m电容式电压互感器（CVT）不能传变电压行波，早期行波测距使用电容分压（耦合器）测量电压行波，安装复杂，需要额外投资。,29,核心技术-利用电流信号的双端行波测距原理的实现,30,电流行波
10、比电压行波上升速度快,31,核心技术-超高速行波数据采集技术,32,核心技术-GPS时间精确同步技术,常规的越限触发方式检测行波脉冲，测距精度低，抗干扰能力差。,核心技术行波脉冲的小波检测方法,把小波变换用于行波分析，精确标定行波脉冲达到时刻，保证测距可靠性与精确度。,XC-2000系统介绍,34,GPS同步时钟,XC-21行波采集装置,显示器，显示波形及软件，软件应该常开状态,工控机，处理数据及通信,打印机，打印波形,其他，通信设备在屏柜后面,主要技术指标与特点,测距精度小于500m最多监视8条线路装置本身存储96次故障记录，后台机存1000次使用一台工业PC机作为后台分析机，读取、分析、长
11、期保存故障记录与有关变电站的装置通信，交换故障行波到达时间，计算故障距离。,XC行波测距装置（续）,XC-2000系统-XC21采集装置,36,行波数据采集单元 XC-100,输入通道：312 可配置适用于 1-4 条线路.A/D转换采样率：100 kHz-4MHz 可配置，标准 1MHz.采样位长:12 Bits故障记录长度 110ms可配置，标准4ms通讯口 2 RS-232 串口1 Ethernet 网口时间同步 1PPS GPS 加 RS-232/422IRIG-B,XC-100 后面板,4x 模拟输入板（AI）1x 时间同步板1x 通信板1x 数字IO板1x 电源板1x 背板（或内置
12、Modem板）,实际故障分析,典型波形-双端,40,典型波形-单端,41,典型波形-单端,42,典型波形-单端,43,典型波形-单端,44,典型波形-单端,45,典型波形-单端,46,行波测距系统主站,2010-12-27,主要内容,行波测距主站简介主站典型配置基本功能,48,49,行波测距系统主站简介,XC-2200行波测距分析系统,面向省、地一级的行波测距系统主站拥有一定数量的站端行波测距装置通过主站提高整个行波系统的运行、维护水平,XC-2200行波测距分析系统,主要功能站端设备的运行监控通讯通道的监视和报警行波双端自动测距行波测距功能的WEB发布行波系统数据的可靠集中存储与其他系统的集
13、成,52,XCF-2200行波测距分析系统,基于Windows操作系统支持数据文件管理或SQL Server商用关系数据库C/S系统结构,53,主站典型配置,54,XCF-2200行波测距分析系统,XCF2200行波测距分析系统包括的模块有：行波测距功能服务模块前置通讯模块主数据库工作站模块WEB发布服务器模块WEB数据库上述6个模块可以灵活部署,55,典型配置1（最小模式）,所有模块部署在同一台计算机上，此时WEB发布的客户端（运检公司）与XCF2200系统在同一个安全分区，主数据库和WEB数据库使用同一个数据库。,56,典型配置2,此种配置方式考虑了安全分区问题，一般运检公司客户端是在安全
14、III区，而XCF2200行波系统工作在安全II区，所以需要增加单相数据控制的安全隔离装置。,57,典型配置2,此种配置方式考虑了安全分区问题，一般运检公司客户端是在安全III区，而XCF2200行波系统工作在安全II区，所以需要增加单相数据控制的安全隔离装置。,58,典型配置2,主站典型配置2的功能模块计算机节点分布推荐采用此种方式配置，该方式可靠性较高、运行维护较方便。,59,典型配置3（最大模式）,最大部署模式由5个计算机节点和1台安全隔离装置构成，工作站的数量可以根据需要扩充。,60,行波测距系统主站基本功能,61,系统功能,该系统可以与站端XC-2000系统进行通信，对站端行波数据进
15、行分析处理系统功能可以分为两大部分前置功能：完成与站端的通信功能，并对数据进行处理，保存到硬盘或数据库系统。后台功能：完成数据的查询与分析功能，还包括参数配置功能。,62,系统结构,63,系统功能分布,64,主站系统控制台界面,运行界面,登录后界面,65,行波测距系统结构图,66,厂站索引界面,67,按变电站、线路索引,68,双端分析-波形显示,69,单端分析-波形显示,70,参数编辑,在系统控制台上点击“参数编辑”按钮进入可以完成地区、变电站、线路等参数的配置,71,参数编辑,72,数据库管理,也可以浏览查询、查询故障记录、测距结果和运行状态,73,WEB发布,地市局管内的线路行波测距可以通过XC2000软件调取数据分析 跨地区的线路要可以通过WEB发布系统获取故障测距结果,74,WEB发布页面,通过访问WEB服务器的IP，就能访问WEB系统,75,故障信息查询,76,故障定位信息查询,77,波形分析,78,工况信息查询,79,谢谢各位！,
