基于单端行波量的故障测距人工分析方法

方毅，纪思

(1.云南电力调度控制中心，昆明 650011；2.云南电网公司楚雄供电局，云南 楚雄 675000)

基于单端行波量的故障测距人工分析方法

方毅1，纪思2

(1.云南电力调度控制中心，昆明 650011；2.云南电网公司楚雄供电局，云南 楚雄 675000)

分析了影响单端测距的因素，归纳了波头识别的原则，总结出人工单端行波测距的分析步骤，由电网内实际故障行波数据验证表面所提方法有效、可靠。

行波测距；单端行波

0 前言

行波测距是一种利用行波暂态量进行故障测距的新型测距技术，以其原理简单、受系统方式影响较小、测距精度高的优点，在电网内得到推广应用。双端行波测距仅利用两侧故障行波的首波头的可靠标定，较为容易实现自动测距功能，但是其成功性依赖于两侧成对配置，且受GPS对时误差及通道完好性的制约，应用范围有限。单端行波测距不受上述制约，并且一台装置可以接入多回线路，在网内未全配置行波测距装置的前提下，单端测距使用范围远远超过双端测距。但是，由于单端测距的影响因素较多，仅利用故障线路行波波头极性判别进行单端测距的行波装置往往不能自动、准确、可靠地判别出有用的波头量，进而无法进行测距，造成了双端测距成功率低、单端测距可靠性差的现状，行波测距未能在实际应用中有效发挥出优势。

单端测距应用范围较广，它可以作为双端测距的有效补充判别方法。本文指在现有实测故障行波信息中，提出一种人工测距分析方法，对单端行波波头进行人工分析判别，提高测距的准确性，增强行波测距装置的实用价值。

1 单端行波测距原理及影响因素

1.1 单端行波测距原理

设图1中首波头到达测量点M端的时刻为t1，故障点反射行波到达M端的时刻为t2，对端母线反射行波到达M端的时刻为t3，那么故障位置距M端的距离LFM就可利用行波自测量点到故障点往返一次的传播时间计算可得，如式 (1)所示：

其中，v为行波波速。

对端母线反射行波到达M端的时刻t3同样包含了故障位置信息，如式 (2)所示：

其中，v为行波波速；MN为线路总长度。

根据式 (1)和式 (2)，可以得到：

式 (3)的意义在于，如果有两个波头对应的故障距离相加等于线路全长，就可初步判定其中一个波头为故障点反射波。

图1 测量点M端的故障后行波波头

1.2 单端行波测距准确性影响因素

1)故障行波数据文件的选取：实际应用中，行波测距存在极为严重的非故障数据干扰问题。行波装置由于启动灵敏度较高，非故障时频繁受干扰启动，装置记录下大量非故障数据，导致故障数据被淹没在大量非故障数据中。

2)故障点反射波 (或对端母线反射波)到达时刻的标定。在测量点标定故障点反射波 (或对端母线反射波)主要受以下几个因素的影响：

a.母线上的出线数目[2]。在母线上有多回出线 (大于等于三回)的运行方式下，故障点反射行波极性与初始行波极性相同，而对端母线反射行波极性与初始行波极性相反，可利用波头极性判别波头性质。

b.过渡电阻大小。行波在故障点透射行波量的大小与过渡电阻大小相关，过渡电阻越大，测量点感受到的故障点反射行波浪涌越小。

c.相邻健全线路的长度。相邻健全线路产生的行波波头在测量点将造成干扰，特别对相邻母线上仅有一回出线 (如电厂出线)时，干扰较大。

由于上述因素的影响，造成装置自动判断波头性质不准确的问题，因此有的行波测距厂家，已不提供由装置自动计算单端测距结果，造成了单端测距只能由人工分析的现状。

1.3 行波波速

行波波速在架空导线中的经验值为光速的97%～99%，即2.91∗108m/s～2.97∗108m/s，考虑到相较于有用行波波头标定不准确所带来的误差，行波波速不准确对测距结果误差较小，因此本文对波速误差不予考虑，计算中均采用2.94∗108m/s。

2 单端行波人工测距方法

2.1 判别原则

在不考虑行波波速的影响时，单端行波测距准确与否取决于准确选取故障行波和有效波头的辨识问题。人工判别时可以按以下原则进行判别：

1)在站内设备GPS对时均准确的前提下，故障行波的启动时间一定与保护装置启动时间(秒级)相一致。

2)首波头能量最大，波头最为明显。

3)测距所需的有用的波头 (故障点反射波与对端母线反射波)一定存在于故障距离等于线路全长的1.1～1.2倍区间内；

4)考虑母线上有多条出线的情况，如果除首波头外的两个波头对应故障距离相加等于线路全长，且波头极性相反，那它们一定是故障点反射波与对端母线反射波，与首波头极性相同为故障点反射波，极性相反为对端母线反射波；

5)故障点反射波与对端母线反射波不一定都能在测量点记录到，如发生金属性故障或断线故障时，对端母线反射波有可能记录不到；如发生山火等高阻故障故障时，故障点反射波可能无法找到。

6)对行波测距结果的正确性判断可结合线路保护及故障录波的测距结果。

2.2 单端行波人工测距分析步骤

根据以上判别原则，提出单端行波人工测距分析步骤如下：

1)在站内设备GPS对时均准确的前提下，首先选择与保护装置启动时间 (秒级)相一致的故障行波，然后再选择微秒级先启动的作为故障行波。

2)将非故障线路波形剔除，保留故障线路行波波形进行分析，并调整行波波形比例，使界面中存在故障距离等于1.1～1.2倍线路全长的波头，除线路充电故障外，去除非故障相；

2.3 两种故障情况

1)非线路充电故障。故障起始波头位置为第一个波头位置，分别计算第二、三个行波波头与首波头的时间差，根据式 (1)分别计算两个波头的故障距离。若两个故障距离相加得线路全长，且第二、三个波头的极性相反，则可根据波头极性判断出故障点反射波，相对应的故障距离为故障点距本端的距离；若不等于线路全长，则需要将线路全长的1.1～1.2倍区间内所有波头与首波头进行极性比较，并结合实际母线接线进行波形性质判别，找到故障点反射波或对端母线反射波，最终确定故障位置。

2)线路充电故障。首先确定起始波头位置，计算第二个波头与首波头的时间差，根据式 (1)计算故障距离，如果故障距离等于线路全长，则判定第一个波头不是故障首波头，需要计算第三个波头与第二个波头的时间差，计算故障距离，以此类推，直到故障距离不等于线路全长后，可以判定故障起始波头位置。后续波头性质判断与非充电故障相似。

2.4 对行波测距结果进行校验

若行波波形中可以判定故障点反射波和对端母线反射波，即使行波测距与保护测距两者差别较大，也可以采用行波测距结论；若行波测距中只能判定故障点反射波或对端母线反射波，则必须与保护测距相比较，如果两者差别较大，则判断单端行波测距失败。

测距方法流程如图2所示。

图2 单端人工行波测距方法流程图

3 典型实例分析

某500 kV线路发生C相瞬时故障，故障查线结果为故障点距M端141.1 km。根据上文所述的单端行波人工测距方法进行分析：

1)准确选择故障行波

由故障线路M端主一保护报文中得到启动时刻，在行波测距装置中找到与保护启动时刻 (秒级)对应的行波测距文件。

2)去除非故障线路及非故障相，进行相关波头对应故障距离分析。

3)将左时标卡到首波头上升沿，右时标分别卡到第二个、第三个波头的上升沿，得到第二个波头对应故障距离为60.5 km，第三个波头对应故障距离为142.2 km，相加得到202.7 km≠295 km。

4)对1.1倍线路全长内的所有波头进行分析，1.1倍线路全长内共有四个波头。根据母线接线可以知道，两侧母线均为3回及以上出线，可用正常极性判别进行分析。由波头极性上看，第二个波头、第三个波头极性与首波头相同，第四个波头极性与首波头相反，且第四个波头对应故障距离 (155.8 km)与第三个波头对应故障距离相加得到298 km，略长于线路全长。考虑测量端M侧相邻线路长度为60.3 km，可以确定第二个波头为相邻母线 (L侧)反射波，第三个波头为故障点反射波，第四个波头为对端母线 (N侧)反射波，由此可得行波测距结果为故障点距M端142.2 km，距N端155.8 km。

5)与保护测距相比较。线路主一保护测距结果为127.4 km，与行波测距结果142.2 km有较大差距，考虑行波测距分析中可以准确找到对端母线反射波，因此可以认定单端测距结果有效。

6)与最终查线结果比较。故障查线结果距M端141.1 km，行波测距误差1.1 km，保护误差13.7 km，行波测距结果更优。

4 结束语

单端行波测距受波头判别准确性的影响，单纯依赖机器测距准确性较差，且并不是所有厂家的行波测距装置均能自动给出单端行波测距结果，单端人工测距是提高装置利用率的有效途径。本文从实际应用的角度出发，总结了单端行波测距的人工判别方法，实际故障波形验证了本文提出的单端人工测距方法的有效性，可以判断出有用的行波量，可以有效发挥行波测距的优势。

[1] 葛耀中.新型继电保护与故障测距原理与技术 (第二版) [M].西安：西安交通大学出版社，2007.

[2] 陈平，葛耀中，徐丙垠，等.现代行波故障测距技术原理及其在实测故障分析中的应用 [J].继电器，2004，32 (2)：13-18.

[3] 董新洲，葛耀中，徐丙垠.利用暂态电流行波的输电线路故障测距研究 [J].中国电机工程学报，1999，19(4)：76-80.

[4] 施慎行，董新洲，周双喜.单相接地故障行波分析 [J].电力系统自动化，2005，29(23)：2 9-32，53.

Research on Fault Location Method Based on Artificial Single-ended Traveling Wave

FANG Yi1，JI Si2
(1.Yunnan Electric Power Dispatching Center，Kunming 650011，China；2.Chuxiong Power Supply Bureau，Yunnan Power Grid Company，Chuxiong，Yunnan 675000，China；)

This paper analyzes the factors that affect the traveling wave identification，according to the principle of wave head discriminant，propose artificial single-ended traveling wave fault location method.The actual fault traveling wave verify the proposed method effective and reliable.

travelling wave fault location；single-ended；

TM75

B

1006-7345(2014)06-0091-03

2014-06-30

方毅 (1985)，女，硕士，工程师，云南电力调度控制中心，从事电力系统继电保护运行管理工作 (e-mail)fangyi_yn＠139.com。

纪思 (1985)，男，工程师，云南电网公司楚雄供电局，主要从事电力系统调度运行工作 (e-mail)282685687＠qq.com。