基于行波理論的配電網故障定位方法的研究

徐林波

摘要：從信號的激動度來說對輸電線路故障予以行波定位處理的方法有兩種，一種是電壓行波，第二種是電流行波。但是在實際的工作中，CVT即電容式電壓互感器并不具備較強的暫態響應性，因而其行波測量過程面臨較多的困難，工作人員多采用電流行波的方式對故障進行定位處理。文中也將對以行波傳感器為基礎的輸電線路故障定位方法展開研究，探究提取行波型號、研制行波傳感器的方法，并對故障定位方法展開分析。

關鍵詞：行波傳感器;輸電線路;故障定位;方法

隨著社會經濟的發展，人們對電力能源的需求量越來越高，無論是生產還是生活都離不開電力的支持，但是電力系統在運行的過程中難免會出現一定的故障，繼而影響電力的供給與支持，這對社會的建設與發展來說是極為不利的，因此找到及時有效的故障定位方法顯得尤為必要。以行波傳感器為基礎的輸電線路故障定位方法具有重要的應用價值，工作效率與定位準確性極高，但是與我國電力系統的運行情況之間存在一定的差異，因而應當根據我國電力運行的實際情況，對這一故障定位方法進行改進與完善。對此展開探討有著重要的現實意義。

一、提取行波信號

（一）選取測量信號

線路電壓行波能夠通過CVT地線的電流行波反映出來，繼而對故障進行有效定位，在此基礎上推出行波傳感器是具有可行性的，能夠實現對電網整體的監管與故障定位。而CVT自身不具備較強的高頻傳輸性，因此無法在CVT的二次側將電壓行波直接提取出來，若將入地電流用i表示，將CVT電容用c表示，將對地電壓用u表示，則此時經過CVT地線后電流行波的入地信號可以用公式表示為 。在該公式成立的前提下，CVT電流即為整個線路電壓對應的導數，以正弦波為例，其導數會隨著頻率的增加而變大。由此可以判斷，在故障發生時，線路電壓對應的行波波頭發生的突變遠不如CVT入地電流對應的行波波頭，因而對CVT信號進行測量更能夠提高故障檢測的準確性。

（二）選取測量點

通常情況下，CVT地線的接地點為兩個，其中一個是與濾波器相結合的接地點，另一個是其內部電壓互感器進行接地的一次側點。通過高壓沖擊試驗、仿真分析以及參數計算等方法，可以確定入地電流一般都通過與濾波器結合的接地點流入大地，因而測量點就可以選擇這里。在實際的測量工作中，為了能夠在正常運行的情況下將行波傳感器安裝完成，可以將分接開關與行波傳感器中的導線進行并聯處理。

二、研制行波傳感器

（一）行波傳感器特性

行波傳感器有合金材料與線圈構成，合金材料為鐵鈷鎳，其形狀為環形，截面較為均勻，線圈需以均勻緊密的方式纏繞到鐵鈷鎳材料上。此時大環線圈內需放置測量導體，而它與二次線圈之間在電位方面不存在直接性的聯系。為了避免磁鏈影響的發生，工作人員需按照偶數層的標準纏繞線圈，同時緊挨著的兩層線圈需以相反方向繞制。從等效電路角度進行分析，在負載R上，輸入電流能夠產生相應的輸出電壓，行波傳感器中的線圈各匝之間形成的電容與自感可以構成濾波回路。在這個過程中傳感器可視為帶通濾波器，截止頻率不超過10兆赫茲，不低于6千赫茲，在這個頻率范圍內，傳感器傳遞出的函數為常數。當系統中輸入1安電流后，可輸出1伏電壓。行波傳感器會將不足100次的諧波信號以及工頻信號濾掉。此時就可以根據行波傳感器發出的輸出信號直接定位故障位置，而無需應用告訴采集系統，這一操作過程能夠有效簡化定位過程，減少裝置的使用，最終使定位裝置成本得到有效降低。

（二）檢測行波波頭

行波定位裝置每隔0.1秒就對行波啟動時間進行一次記錄，同時在行波定位計算中使用繼電保護動作跳閘信號作為啟動裝置。通過高壓沖擊實驗與仿真分析方法選擇適宜的波頭辨識方法，辨識的依據包括三點，第一是行波變化頻率，其范圍在0.01pu/μs到0.1pu/μs之間，區中pu表示標幺值，在分析的過程中選取其額定值;第二是行波下降或上升的時間，其選擇范圍在1μs到10μs之間;第三是波頭的變化幅值，其選擇范圍在0.1μs到0.5μs之間。在實際的運行過程中行波高頻分量會被耦合電容方法，此時5千赫茲以下的信號會被行波傳感器濾除，因此行波傳感器自身輸出的信號變化率與幅值相對較大，大多數的故障發生時，TVS都會對輸出信號予以限制。

（三）記錄波頭到達時刻

當行波波頭達到時，正負極性觸發信號會在第一時間產生并被送入到系統中，此時鎖存器會被觸發并將與GPS高度同步的守時鐘的時間值鎖存住。另外行波檢測信號也會被輸送到系統中，繼而使讀數據信號產生，CPU會記錄好鎖存器的數據。在故障行波的定位計算中，會將初始波頭作為計算依據，此時為了使定位的準確性與可靠性得到提升，應當同時展開對三相行波波頭的測量工作，記錄好其到達的時間，以最先達到的時間為基準，此時行波突變的情況最顯著，因而測量將更為準確可靠。

三、機遇行波傳感器的輸電線路故障定位方法

（一）故障定位的具體方法

當電網的在運動的過程中發生故障時，行波傳感器會將行波波頭的到達時間完整的記錄下來，線路故障跳閘后，各變電站的記錄都會被調度所讀取，繼而對故障點位進行確定。此時在故障位置的兩側選擇任意一個變電站就可以展開計算，設兩側的變電站分別為變電站1、2，將變電站1與故障位置之間的距離設為l1，將變電站1、2以及故障線路之間的最短距離設為l，將變電站1、2之間行波的傳播速度設為v，將變電站1、檢測到的波頭達到時間分別設為t1、t2，此時故障定位的計算公式為 。利用變電站進行故障定位能夠降低錯誤的時間記錄對定位造成的不良影響，提高信息處理的質量與效率，使故障處理的魯棒性提升。

（二）仿真分析

通過EMTP模型進行仿真分析，將TVS分壓電路模型與縣衙電路模型、行波傳感器模型等全部加入其中，對故障情況進行處理與分析，對雷擊以及故障狀況下行波傳感器的信號輸出變化情況進行測量，此時可以發現，無論是什么程度的故障，行波傳感器都會對故障產生響應，繼而輸出信號，信號向度與故障位置的電壓變化成正相關關系。

（三）故障定位的有效分析

行波傳感器具有較強的靈敏度，可以及時檢測出行波波頭對應的額高頻帶分量。此時應注意到行波傳輸的另一特性，即色散，因而在故障定位計算中應當將1兆赫茲作用的信號所相對的波速作為計算依據。通過分析線路結構可知，1兆赫茲對應的波速為每秒29.6*104千米。

四、結語

在行波傳感器基礎上研制出的故障定位方法具有較強的應用優勢，其定位極為準確，且成本相對較低，能夠較為準確、快速的實現故障定位。CVT入地電流對應的行波波頭為故障定位中的測量信號，以全網電壓為基礎展開故障定位，其容錯能力、魯棒性、準確度均相對較高，在電網運行的過程中，通過行波傳感器檢測波頭信號，進行故障定位有著重要的現實意義，應當將這一測量方法進行推廣。

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