【正文】 故 障點(diǎn)電壓可視為故障前的瞬間電壓穩(wěn)態(tài)和與其反相的同幅值故障暫態(tài)電壓的迭 加。因此分析 故障后系統(tǒng)的暫態(tài)行波，就是分析故障后電力系統(tǒng)的故障附加狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的行 波。此時(shí)，電磁波在傳播過(guò)程中向周圍介質(zhì)散發(fā)功率，對(duì)波源的電 源而言，無(wú)限長(zhǎng)均勻輸電線可以用一等值電阻 R=Z來(lái)表示。由線路傳向連接點(diǎn)的行 波稱為入射波，由連接點(diǎn)返回到原線路上的行波稱為反射波，而傳播到其它電 路設(shè)備上的行波稱為折射波。如圖 ()所示，電壓波沿輸電線 1 入射， 在到達(dá)點(diǎn) F 之前，輸電線上只存在正向前行電壓波 ru1 。 根據(jù)彼德遜法則，還可求出具有波阻抗的線路和一個(gè)集中等值電路相連時(shí)， 接點(diǎn)處的電壓和電流。 （ 2）當(dāng)無(wú)限長(zhǎng)均勻輸電線路末端開路 (即 ??2z )時(shí)，同樣根據(jù)上式分別計(jì) 算可得： rf uu 11 ? rf II 11 ?? rz uu 12 2? 02 ?zI 由此可得入射電壓波 ru1 在線路末端發(fā)生了正的全反射，使得入射電壓等于 反射電壓，同時(shí)電流波發(fā)生了負(fù)的全反射，即入射電流等于負(fù)的反射電 流。同理，入射波經(jīng)過(guò)電容的第一個(gè)瞬間，由于電容上的電壓不能突變，相當(dāng)于短路，即 02?z ，電壓波發(fā)生了負(fù)的全反射。通常情況下，由于故障點(diǎn)存在過(guò)渡電阻，由上述的分析可知，在線路的兩 個(gè)端點(diǎn)測(cè)量得到的電流或電壓隨時(shí)間變化的波形中包含了復(fù)雜的波的折射和反 射過(guò)程。 下面從能量轉(zhuǎn)化的角度來(lái)分析電壓波和電流波的衰減規(guī)律。于是，由于電磁能量的損耗而引起的電流波衰減規(guī)律如下所示： 式（ ） 由上面分析可知，由于電壓波和電流波總是相伴傳播的，在二者初始到達(dá) 輸電線的某一點(diǎn)時(shí)，空間的電場(chǎng)能量與磁場(chǎng)能量相等。因此，電壓波和電流波在實(shí)際的傳播過(guò)程中由于衰減，使波頭逐漸削平。 標(biāo)準(zhǔn)模式 當(dāng)被監(jiān)測(cè)的線路發(fā)生故障時(shí)，故障產(chǎn)生的電流行波會(huì)在故障點(diǎn)及母線之間 來(lái)回反射。 設(shè)故障初始行波與由故障點(diǎn)反射波到達(dá)母線的時(shí)間分別為 1sT ，和 2sT ，行波波速 v (接近為光速，具體取決 與線路分布參數(shù) )則故障距離 sX 如下式所示： S F R 初始波行 故障點(diǎn)反射波 t Ts1 Ts2 Ts3 圖 式（ ） 為了實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)模式下的 A型現(xiàn)代行波故障測(cè)距原理，在測(cè)量端必須能夠準(zhǔn)確、可靠地檢測(cè)到故障引起的第 1個(gè)正向行 波浪涌在故障點(diǎn)的反射波。 若當(dāng)故障點(diǎn)在線路中點(diǎn)以內(nèi)時(shí) ，由于來(lái)自故障線路方向的第二同極性行波波頭是故障點(diǎn)反射波，根據(jù)它與故障初始行波的時(shí)間差 t? ，利用式 ()來(lái)測(cè)距。 綜合模式下的 A 型現(xiàn)代行波故障測(cè)距原理是利用線路故障時(shí)，在測(cè)量端感受到的第 1個(gè)正向行波浪涌，與第 2個(gè)反向行波浪涌之間的時(shí)延來(lái)計(jì)算本端測(cè)量點(diǎn)或?qū)Χ四妇€到故障點(diǎn)之間的距離 的。對(duì)于高阻故障 (故障點(diǎn)反射波較弱 )，即便故障點(diǎn)位于線路中點(diǎn)以內(nèi)，在測(cè)量點(diǎn)感受到 的第 2個(gè)反向行波浪涌也有可能對(duì)端母線反射波對(duì)于故障點(diǎn)電弧過(guò)早熄滅的故障 (故障點(diǎn)不存在反射波 )，無(wú)論故障點(diǎn)位置如何，在測(cè)量點(diǎn)感受到的第 2個(gè)反向行波浪涌均為對(duì)端母線反射波。 可見，為了實(shí)現(xiàn)綜合模式下的 A型現(xiàn)代行波故障測(cè)距，在測(cè)量端必須能夠準(zhǔn)確和可靠地檢測(cè)到故障引起的第 2個(gè)反向行波浪涌，并且識(shí)別其性質(zhì)。不需要考慮后續(xù)的反射與折射行波，原理簡(jiǎn)單，測(cè)距結(jié)果可靠。各因素的影響分析如下： 首先是線路長(zhǎng)度的影響，嚴(yán)格來(lái)講，無(wú)論是傳統(tǒng)的故障測(cè)距原 理，還是行波 故障測(cè)距原理，其測(cè)距結(jié)果都表示故障點(diǎn)到線路末端的實(shí)際導(dǎo)線長(zhǎng)度。較理想的做法是利用線路設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算出不同溫度條件下沿線各檔距內(nèi)的實(shí)際導(dǎo)線長(zhǎng)度，進(jìn)而獲得 實(shí)際線路導(dǎo)線的總長(zhǎng)度 (用于 D型測(cè)距 )，并最終將故障測(cè)距結(jié)果換算為故障所在檔距或桿塔號(hào)。隨著電壓等 級(jí)的不同，輸電線路暫態(tài)行波中高頻分量的傳播速度大約在光速的 97%一 990%范圍內(nèi)變化，具體可以利用線路結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，也可以實(shí)際測(cè)量。采樣頻率越高，對(duì)故障初始行波波頭起始位置的標(biāo)定誤差越小 。 綜合考慮以上因素， D型現(xiàn)代行波故障測(cè)距原理的準(zhǔn)確性將略低于 A型現(xiàn)代 行波故障測(cè)距原理的準(zhǔn)確性，但測(cè)距誤差一般不會(huì)超過(guò) 1km，這一點(diǎn)也己經(jīng)被實(shí) 測(cè)故障分析所證明。從處理信息過(guò)程來(lái)看，A型則需要有效區(qū)分是從故障點(diǎn)反射來(lái)的行波，還是對(duì)端母線反射來(lái)的行波，以及連于同一母線上的其它線路上傳 播并透射到此線路上的行波； D型利用的是故障點(diǎn)產(chǎn)生的第一個(gè)行波浪涌，較容易取得，且不存在上述問(wèn)題。行波信號(hào)源與故障發(fā)生時(shí)刻也有很大關(guān)系 。各種行波法面臨的一個(gè)共同問(wèn)題是外界干擾問(wèn)題。在線測(cè)距法還有很大的發(fā)展空間，其中 A 型測(cè)距法在以后的開發(fā)研制中可能是主要方法。 單端法優(yōu)缺點(diǎn) 由上述分析可知單端法優(yōu)點(diǎn)是： （ 1）單端測(cè)距法較雙端測(cè)距法的成本降低一半以上，可不需要 GPS 時(shí)標(biāo)系 統(tǒng)及兩端數(shù)據(jù)通訊等，測(cè)距結(jié)果的實(shí)時(shí)性高； （ 2）如果準(zhǔn)確判斷出故障點(diǎn)反射或透射回到測(cè)量點(diǎn)的行波，由于測(cè)距結(jié)果基本不受線路兩端所涉及的設(shè)備和硬件的時(shí)間不一致性影響，則測(cè)距精確，能夠滿足電力系統(tǒng)對(duì)精確故障定位的要求。因此，行波法對(duì)硬件設(shè)施的要求限制了它的應(yīng)用。 雙端法優(yōu)缺點(diǎn) 對(duì)于 D 型雙端法測(cè)距其優(yōu)點(diǎn)主要是： （ 1）由于母線兩端都只檢測(cè)第一個(gè)到達(dá)的行波，線路的過(guò)渡電阻的電弧特性、系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化 （ 是否多分支線路等）、線路的分布電容，以及負(fù)荷電流等對(duì)測(cè)距復(fù)雜性不會(huì)造成大的影響，不用考慮行波的反射與折射，行波幅值大，易于辨識(shí)，使得計(jì)算處理簡(jiǎn)單。 s?1 的時(shí)間誤差所對(duì)應(yīng)的測(cè)距誤差 300m，而這種由藕合和啟動(dòng)等非線性元 件引起的分散性動(dòng)態(tài)時(shí)延對(duì)行波法測(cè)距精度的影響，在現(xiàn)有的文獻(xiàn)中 還幾乎沒(méi)有定量考慮。本文行波法故 障測(cè)距實(shí)驗(yàn)裝置主要根據(jù)行波法的 A型原理和 D型原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的。行波采集裝置采用插箱式單 CPU(單片 機(jī) )結(jié)構(gòu)，包括模擬信號(hào)變換器、高速 A/D轉(zhuǎn)換器、高速數(shù)據(jù)行波采集與處 理系統(tǒng) 行波采集與系統(tǒng)處理 信息通道 PC主站 行波綜合分析系統(tǒng) 采集單元 (DSP)、 SDRAM、可編程邏輯控制器、中央處理器、高精度時(shí)鐘單元以及電源等插件，它主要是功能是負(fù)責(zé)暫態(tài)電流 /電壓信號(hào)的采集、緩存以及暫態(tài)啟動(dòng)，并生成啟動(dòng)報(bào)告，其包括暫態(tài)行波觸發(fā)時(shí)刻 (精確到 μs觸發(fā)線路、觸發(fā)類型和暫態(tài)電流 /電壓波形等信息。它由一臺(tái)普通 PC 機(jī)構(gòu)成，主要有以下主 要功能： (l)自動(dòng)或人工遠(yuǎn)程提取廠站端行波采集與處理系統(tǒng)的暫態(tài)啟動(dòng)報(bào)告，并永 久保存； (2)自動(dòng)進(jìn)行雙端行波故障測(cè)距； (3)提供人工波形分析功能及基于匹配濾波器、小波變換和計(jì)算機(jī)仿真等技 術(shù)的自動(dòng)波形分析功能，以便對(duì)單端和雙端行波故障測(cè)距結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和校正； TGPS 電力系統(tǒng)同步時(shí)鐘 GPS 接口單元 高精度晶體振蕩器 計(jì)數(shù)分頻 高速 A/D 信號(hào)調(diào)整器 交流交換器 當(dāng)?shù)靥幚砥? 中央處理器 SDRAM 可編程邏輯控制器 高精度時(shí)鐘 鍵盤 LED 顯示屏 打印機(jī) 開關(guān)量輸出 啟動(dòng) 比較器 高速數(shù)據(jù)采集單元 DSP 遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng) 模擬信號(hào)輸入 (4)歷史故障及測(cè)距結(jié)果的統(tǒng)計(jì)和查詢。 模擬信號(hào)采集單元 故障的選線與故障的定位，關(guān)鍵是要對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采集。因此，本文研制的系統(tǒng)均采用統(tǒng)一的高采樣頻率，通過(guò)系統(tǒng)硬件的分析最終可得到故障線路的距離。由于來(lái)自一次側(cè)的高電壓和大電流可以通過(guò)二次側(cè) CT 和 PT 轉(zhuǎn)變成可以進(jìn)行采集和測(cè)量的低電壓信號(hào)，在進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡，這樣可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力； (2)電平調(diào)節(jié)。帶寬 :O2OOKHz。通過(guò) n型 LC 濾波器，使得減少了干擾能力，且 濾波效果好。 通過(guò)放大電路中的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)比較器，然后通入可編程邏輯控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)高速 A/D的控制，本文所選用的是 LM339比較器。由于 LM339使用靈活，應(yīng)用廣泛，所以世界上各大工 C生產(chǎn)廠和公司竟相推出自己的四比較器，如 IR233 ANI33SF339等，它們的參數(shù)基本一致，可互換使用。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電 壓 (也稱為門限電平，它可選擇 LM339輸入共模范圍的任何一點(diǎn) )，另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。 LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，其在使用時(shí)輸出端到正電源之間一般須接一只電阻 (稱為上拉電阻，選 315K)。而 D型 測(cè)距原理是需 要記錄行波信號(hào)到達(dá)線路兩端的時(shí)間。 現(xiàn)在 A/D轉(zhuǎn)換器種類很多，像美國(guó)模擬器件公司 (AnalogDeviCes工 ) 推出一款小型低功耗和高性能 12 位單片模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)AD9237。該器 件在 65MSPS時(shí)的功率消耗為 19OmW，在 4OMSPS時(shí)為 135mw， ZOMSPS時(shí)為 gomW， 使得有更高的通道數(shù)目，從而簡(jiǎn)化手持 12位系統(tǒng)的信號(hào)通路。這使得設(shè)計(jì)者很容易改變分辨率和速度，或在下一代系統(tǒng)中升級(jí)性能。 數(shù)字信號(hào)處理器 (OSP) (1)DSP的概述 [49] 數(shù)字信號(hào)處理是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。世界上第一片單片 DSP芯片是 1978年 AMI公司 宣布的 52811， 1979年美國(guó) Intel公司宣布誕生的商用可編程器件 2920是 DSP 芯片的一個(gè)主要里程碑。 1983年，日本 Fujitsu公司推出的 MB8764， 其指令周期為 12OnS，且具有雙內(nèi)部總線，從而使處理的吞吐量發(fā)生了一個(gè)大的 飛躍。 TI公司在 1982年成功推出其第一代 DSP芯片 TMS32O10及其系列產(chǎn)品， 它生產(chǎn)出第一個(gè)單片數(shù)字信號(hào)處 理器 (DSP)。 (2)DSP的發(fā)展 DSP的技術(shù)在不斷的發(fā)展。建立在 VLSI技術(shù)整體高速發(fā)展的基礎(chǔ)上， DSP芯片的性能不斷提高、價(jià)格連續(xù)下降、單位運(yùn)算量的功耗顯著降低。二是片內(nèi)多處理器集成 (MIDI)，使單片處理器能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用的需求，且保持低價(jià)格 ； 三是片內(nèi)多運(yùn)算器并行 (SIMD)，在保持單一指令流與比較簡(jiǎn)單的編程技術(shù)的情況下，達(dá)到高速并行處理能力，典型技術(shù)是超長(zhǎng)指令字技術(shù) (VLIW)。微處理器是低成本的，主要執(zhí)行智能定向控制任 務(wù)的通用處理器能很好執(zhí)行智能控制任務(wù)，但是數(shù)字信號(hào)處理功能很差。例如，有多個(gè)處理器的 Motorola公司的 DSP5665x，有協(xié)處理器功能的 Massan公司 FILU200，把 MCU功能擴(kuò)展成 DSP和 MCU功能的 TI公司的 TMS32OC27xx以及 Hitaehi公司的 SHDSP，都是 DSP和 MCU融合在一起的產(chǎn)品。 LS工 LogiC公司的 LS工 4012 采用高檔 CPU 的分支預(yù)示和動(dòng)態(tài)緩沖技術(shù)，結(jié)構(gòu)規(guī)范，利于編程，不用擔(dān)心指令排隊(duì)，使得性能大幅度提高。比如 Virata公司購(gòu)買了 LS工 Logic公司的 ZSP40O處理器內(nèi)核使用許可證，將其與系統(tǒng)軟件如 USB、 10BASET、以太網(wǎng)、 UART、 GP 工 0、 HDLC等一起集成在芯片上，應(yīng)用在 xDSL上，得到 了很好的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)報(bào)道， Xilinx公司的 Virtex一 HFPGA 對(duì)快速傅立葉變換 (FFT)的處理可提高 30 倍以上。只有選定了 DSP芯片才能進(jìn)一步設(shè)計(jì)其外圍電路及系統(tǒng)的其它電路。 (5)芯片的開發(fā)工具 。它們可通過(guò)一條單獨(dú)接入家庭的 寬帶線路傳輸大量的個(gè)性化數(shù)據(jù)、視頻和語(yǔ)音，并可通過(guò) 3。 (7)其它因素。不同的 DsP 應(yīng)用系統(tǒng)由于應(yīng)用場(chǎng)合、應(yīng)用目的等一些因素不同，所以對(duì) DSP芯片的選擇也有所不同。 xilinx公司開發(fā)出一種稱作 Turbo卷積編譯碼器的 高性能內(nèi)核。 FPGA是現(xiàn)場(chǎng)編程門陣列器件。 SOC(System 一 On一 Chip)是指把一個(gè)系統(tǒng)集成在一塊芯片上。 CPU的融合。在許多應(yīng)用中均需要同時(shí)具有智能控制和數(shù)字信號(hào)處理兩種功能，如數(shù)字蜂窩電話就需要監(jiān)測(cè)和聲音處理功能。其發(fā)展趨勢(shì)主要由以下幾點(diǎn) : ，多通道 結(jié)構(gòu)和單指令多重?cái)?shù)據(jù) (SIMD)特大指令字組 (VLIM)將在新的高性能處理器中將占主導(dǎo)地位，如 Analog Deviees的 ADSP一 2116x。總的來(lái)說(shuō)， DSP是朝著用并行化進(jìn)一步提高運(yùn)算能 力的方向發(fā)展。與當(dāng)時(shí)通用處理器完成一次乘法運(yùn)算需要幾十個(gè)指令周期相比，運(yùn)算效率大大提高。在此間 20 年里， DSP技術(shù)得到