基于行波理论的配电网故障定位方法的研究

徐林波

摘要：从信号的激动度来说对输电线路故障予以行波定位处理的方法有两种，一种是电压行波，第二种是电流行波。但是在实际的工作中，CVT即电容式电压互感器并不具备较强的暂态响应性，因而其行波测量过程面临较多的困难，工作人员多采用电流行波的方式对故障进行定位处理。文中也将对以行波传感器为基础的输电线路故障定位方法展开研究，探究提取行波型号、研制行波传感器的方法，并对故障定位方法展开分析。

关键词：行波传感器;输电线路;故障定位;方法

随着社会经济的发展，人们对电力能源的需求量越来越高，无论是生产还是生活都离不开电力的支持，但是电力系统在运行的过程中难免会出现一定的故障，继而影响电力的供给与支持，这对社会的建设与发展来说是极为不利的，因此找到及时有效的故障定位方法显得尤为必要。以行波传感器为基础的输电线路故障定位方法具有重要的应用价值，工作效率与定位准确性极高，但是与我国电力系统的运行情况之间存在一定的差异，因而应当根据我国电力运行的实际情况，对这一故障定位方法进行改进与完善。对此展开探讨有着重要的现实意义。

一、提取行波信号

（一）选取测量信号

线路电压行波能够通过CVT地线的电流行波反映出来，继而对故障进行有效定位，在此基础上推出行波传感器是具有可行性的，能够实现对电网整体的监管与故障定位。而CVT自身不具备较强的高频传输性，因此无法在CVT的二次侧将电压行波直接提取出来，若将入地电流用i表示，将CVT电容用c表示，将对地电压用u表示，则此时经过CVT地线后电流行波的入地信号可以用公式表示为 。在该公式成立的前提下，CVT电流即为整个线路电压对应的导数，以正弦波为例，其导数会随着频率的增加而变大。由此可以判断，在故障发生时，线路电压对应的行波波头发生的突变远不如CVT入地电流对应的行波波头，因而对CVT信号进行测量更能够提高故障检测的准确性。

（二）选取测量点

通常情况下，CVT地线的接地点为两个，其中一个是与滤波器相结合的接地点，另一个是其内部电压互感器进行接地的一次侧点。通过高压冲击试验、仿真分析以及参数计算等方法，可以确定入地电流一般都通过与滤波器结合的接地点流入大地，因而测量点就可以选择这里。在实际的测量工作中，为了能够在正常运行的情况下将行波传感器安装完成，可以将分接开关与行波传感器中的导线进行并联处理。

二、研制行波传感器

（一）行波传感器特性

行波传感器有合金材料与线圈构成，合金材料为铁钴镍，其形状为环形，截面较为均匀，线圈需以均匀紧密的方式缠绕到铁钴镍材料上。此时大环线圈内需放置测量导体，而它与二次线圈之间在电位方面不存在直接性的联系。为了避免磁链影响的发生，工作人员需按照偶数层的标准缠绕线圈，同时紧挨着的两层线圈需以相反方向绕制。从等效电路角度进行分析，在负载R上，输入电流能够产生相应的输出电压，行波传感器中的线圈各匝之间形成的电容与自感可以构成滤波回路。在这个过程中传感器可视为带通滤波器，截止频率不超过10兆赫兹，不低于6千赫兹，在这个频率范围内，传感器传递出的函数为常数。当系统中输入1安电流后，可输出1伏电压。行波传感器会将不足100次的谐波信号以及工频信号滤掉。此时就可以根据行波传感器发出的输出信号直接定位故障位置，而无需应用告诉采集系统，这一操作过程能够有效简化定位过程，减少装置的使用，最终使定位装置成本得到有效降低。

（二）检测行波波头

行波定位装置每隔0.1秒就对行波启动时间进行一次记录，同时在行波定位计算中使用继电保护动作跳闸信号作为启动装置。通过高压冲击实验与仿真分析方法选择适宜的波头辨识方法，辨识的依据包括三点，第一是行波变化频率，其范围在0.01pu/μs到0.1pu/μs之间，区中pu表示标幺值，在分析的过程中选取其额定值;第二是行波下降或上升的时间，其选择范围在1μs到10μs之间;第三是波头的变化幅值，其选择范围在0.1μs到0.5μs之间。在实际的运行过程中行波高频分量会被耦合电容方法，此时5千赫兹以下的信号会被行波传感器滤除，因此行波传感器自身输出的信号变化率与幅值相对较大，大多数的故障发生时，TVS都会对输出信号予以限制。

（三）记录波头到达时刻

当行波波头达到时，正负极性触发信号会在第一时间产生并被送入到系统中，此时锁存器会被触发并将与GPS高度同步的守时钟的时间值锁存住。另外行波检测信号也会被输送到系统中，继而使读数据信号产生，CPU会记录好锁存器的数据。在故障行波的定位计算中，会将初始波头作为计算依据，此时为了使定位的准确性与可靠性得到提升，应当同时展开对三相行波波头的测量工作，记录好其到达的时间，以最先达到的时间为基准，此时行波突变的情况最显著，因而测量将更为准确可靠。

三、机遇行波传感器的输电线路故障定位方法

（一）故障定位的具体方法

当电网的在运动的过程中发生故障时，行波传感器会将行波波头的到达时间完整的记录下来，线路故障跳闸后，各变电站的记录都会被调度所读取，继而对故障点位进行确定。此时在故障位置的两侧选择任意一个变电站就可以展开计算，设两侧的变电站分别为变电站1、2，将变电站1与故障位置之间的距离设为l1，将变电站1、2以及故障线路之间的最短距离设为l，将变电站1、2之间行波的传播速度设为v，将变电站1、检测到的波头达到时间分别设为t1、t2，此时故障定位的计算公式为 。利用变电站进行故障定位能够降低错误的时间记录对定位造成的不良影响，提高信息处理的质量与效率，使故障处理的鲁棒性提升。

（二）仿真分析

通过EMTP模型进行仿真分析，将TVS分压电路模型与县衙电路模型、行波传感器模型等全部加入其中，对故障情况进行处理与分析，对雷击以及故障状况下行波传感器的信号输出变化情况进行测量，此时可以发现，无论是什么程度的故障，行波传感器都会对故障产生响应，继而输出信号，信号向度与故障位置的电压变化成正相关关系。

（三）故障定位的有效分析

行波传感器具有较强的灵敏度，可以及时检测出行波波头对应的额高频带分量。此时应注意到行波传输的另一特性，即色散，因而在故障定位计算中应当将1兆赫兹作用的信号所相对的波速作为计算依据。通过分析线路结构可知，1兆赫兹对应的波速为每秒29.6*104千米。

四、结语

在行波传感器基础上研制出的故障定位方法具有较强的应用优势，其定位极为准确，且成本相对较低，能够较为准确、快速的实现故障定位。CVT入地电流对应的行波波头為故障定位中的测量信号，以全网电压为基础展开故障定位，其容错能力、鲁棒性、准确度均相对较高，在电网运行的过程中，通过行波传感器检测波头信号，进行故障定位有着重要的现实意义，应当将这一测量方法进行推广。

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