【正文】 故障電流行波的折反射波到達(dá)各檢測(cè)點(diǎn)的時(shí)間各不相同，基于電流行波及其折反射波波頭到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)的時(shí)間差可以消除行波波速參數(shù)誤差，更為準(zhǔn)確計(jì)算出故障所在的位置。當(dāng)故障為金屬性接地故障時(shí)，在故障點(diǎn)沒(méi)有折射波，只有反射波。 (219)123()/3/fftYXvLt??????? (220)1230()/fftYvLX????同樣在Y1處，由圖27可以此求出各個(gè)行波到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)Y1的時(shí)刻，及各個(gè)行波到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)的時(shí)間與第一個(gè)行波的時(shí)間差其表達(dá)式分別如式（221） 、式（222）所示。 (224)123= / (Y2 L/)(),4 3/ (,X2)() L/tXvLtvY????????????同理，在檢測(cè)點(diǎn)Y1處， 的表達(dá)式及故障點(diǎn)X，檢測(cè)點(diǎn)Y1的區(qū)間要求如式（2it25）所示。nt?1. 當(dāng)故障為非金屬性接地故障且XY時(shí)， (227)123123/4/2()/ Y///tXvtvtLvttYtX????????； ； 處； ； 處； ；上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 致謝2. 當(dāng)故障為非金屬性接地故障且Y X L/2時(shí)，? (228)12/。?表21 不同檢測(cè)點(diǎn)處行波極性表 　 1bt2tY 處 負(fù) 正 負(fù) 正 負(fù) 正(LY)處 正 負(fù) 正 負(fù) 正 負(fù)此故障定位算法檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)的是線模行波分量，能夠反映各種類型故障，且線模波速度較穩(wěn)定，測(cè)距精度高。此外，還要設(shè)計(jì)合理的模擬信號(hào)通道以減少噪聲的引。（2）當(dāng)故障點(diǎn)離檢測(cè)點(diǎn)較近時(shí)，由于第二個(gè)線模行波和第三個(gè)線模行波的到達(dá)時(shí)間十分接近，檢測(cè)點(diǎn)很難辨識(shí)出第三個(gè)行波波頭，容易導(dǎo)致漏檢或錯(cuò)檢，造成測(cè)距失敗。1t2t ?當(dāng)故障點(diǎn)XL/2時(shí)，由于檢測(cè)點(diǎn)兩端對(duì)稱，在 Y和(LY) 處的測(cè)距方程對(duì)換即可。it? (226)12()/ 2/ 1tLYvXt???????處處從上面分析可得知，選擇合適的檢測(cè)點(diǎn)位置，可以確定 的先后順序，進(jìn)而求出nt?故障點(diǎn)X。當(dāng)檢測(cè)點(diǎn)Y的確定后，故障點(diǎn)X產(chǎn)生的行波到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)的時(shí)間為故障點(diǎn)X的單變量函數(shù)。設(shè)安裝點(diǎn)的位置記為 Y，故障點(diǎn)的位置記為 X。 故障暫態(tài)行波的產(chǎn)生輸電線路發(fā)生故障后的波過(guò)程可由波動(dòng)方程及其解來(lái)描述，在數(shù)值算中，更直觀更適于數(shù)值計(jì)算的方法是疊加法 [29]。因此，波在有損輸電線的傳播過(guò)程中將不斷發(fā)生電場(chǎng)能量向磁場(chǎng)能量的轉(zhuǎn)化，當(dāng)線路參數(shù)滿足 時(shí)，波在每單位長(zhǎng)度線路上的磁場(chǎng)能和電場(chǎng)能之比，恰00//RGLC?好等于電流波在導(dǎo)線電阻上的熱損耗與電壓波在線路電導(dǎo)上的熱損耗之比，所以空間電能密度等于磁能密度，電磁波只是逐漸衰減而并不會(huì)變形。假設(shè)線路 2 沒(méi)有反向行波或者還未到達(dá)。0L0C（29）0012ln2rLhZ????一般情況下，架空單導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的電感 約等于 H/m，??約等于 F/m。 波速和波阻抗由前一節(jié)可知，行波在均勻無(wú)損線傳播，可分為前行波 和反行波 ，兩者的傳quf播速度均如式（24）所示。而以地為回路的線路電阻要引起波的衰減和變形，其影響將隨波的傳播距離而增加。并配合鋰電池保證裝置的供電。D. 傳統(tǒng)的故障定位裝置是安裝在線路兩端變電站，利用電流互感器采集故障行波電流。而在輸電線路發(fā)生的故障中，單相接地故障占總量的 70%一 90%，在該類故障中地模分量起決定性作用，而地模波速受頻變的影響很大。如圖所示，利用到的反射波為 和 。測(cè)距裝置裝在 M 端母線側(cè)，若取母線 M 到線路 N 的方向?yàn)檎较?，則 為從1fmu?故障點(diǎn)到達(dá)母線的初始電壓行波，為一反向行波信號(hào)； 為經(jīng)母線 M 反射的正向行波mfu?浪涌； 為經(jīng)故障點(diǎn)又返回 M 端的反向行波。其中 A 型和 C 型是單端法，B 型和 D 型是雙端法。可以采用電流相位修正法或者零序電流相位修正法提高定位精度。 國(guó)內(nèi)外故障測(cè)距研究現(xiàn)狀和主要方法故障定位技術(shù)在國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者的共同努力下，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，己經(jīng)取得了很多有價(jià)值的成果。上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 致謝 故障定位方法研究的發(fā)展二十世紀(jì)五十年代中后期，人們就開(kāi)始了利用行波對(duì)架空線的故障測(cè)距研制。電壓等級(jí)的提高對(duì)電力系統(tǒng)輸電線路的安全運(yùn)行也提出了新的挑戰(zhàn)。本文的第五章主要介紹了行波故障定位裝置中的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了較為全面地研究。（請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“√” ）學(xué)位論文作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 用于輸電線路故障定位的導(dǎo)線監(jiān)測(cè)裝置的研制用于輸電線路故障定位的導(dǎo)線監(jiān)測(cè)裝置的研制摘 要隨著輸電線路電壓等級(jí)和輸送容量的不斷提高，輸電線路故障不僅嚴(yán)重危及電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，而且對(duì)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)生活造成的影響也越來(lái)越大。 用于輸電線路故障定位的導(dǎo)線監(jiān)測(cè)裝置的研制申請(qǐng)上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文用于輸電線路故障定位的導(dǎo)線監(jiān)測(cè)裝置的研制 用于輸電線路故障定位的導(dǎo)線監(jiān)測(cè)裝置的研制A Dissertation Submitted to Shanghai Jiao Tong University for the Degree of MasterDEVELOPMENT OF CONDUCTOR MONITORING DEVICE USED FOR TRANSMISSION LINE FAULT LOCATIONAuthor：Shao Qingzhu Advisor： Sheng GehaoSpecialty: High Voltage and Insulation TechnologySchool of Electronic, Information and Electrical EngineeringShanghai Jiao Tong UniversityShanghai, January,2022 用于輸電線路故障定位的導(dǎo)線監(jiān)測(cè)裝置的研制上海交通大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。本學(xué)位論文屬于 不保密□。其中重點(diǎn)研究和介紹了故障電流數(shù)據(jù)采集模塊的硬件設(shè)計(jì)，包括基于無(wú)磁滯、線性程度高、暫態(tài)響應(yīng)好的Rogowski線圈的電流采樣通道、故障數(shù)據(jù)高速采集與存儲(chǔ)單元和暫態(tài)行波采樣觸發(fā)單元。特高壓和智能電網(wǎng)已成為我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展的新方向。如果能夠根據(jù)不同的故障特征快速準(zhǔn)確地判定故障點(diǎn)，不僅能有助于及時(shí)修復(fù)故障線路，而且能大量節(jié)省巡線的人力和物力，確保整個(gè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少因停電造成的經(jīng)濟(jì)損失，具有巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益 [1,2]。1988年Sachdev和Agaral提出了最早的雙端測(cè)距思想 [36]。若忽略被測(cè)線路的分布電容，可以采用解微分方程法計(jì)算。各種行波測(cè)距方法主要分為 A, B,C, D 四類:A 型是根據(jù)故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波到達(dá)母線后反射到故障點(diǎn)，再由故障點(diǎn)反射后到達(dá)母線的時(shí)間差來(lái)測(cè)距； B 型是在遠(yuǎn)端設(shè)置信號(hào)發(fā)生裝置，在近端接收到故障行波后開(kāi)始計(jì)時(shí)，遠(yuǎn)端接收到故障行波后發(fā)射脈沖信號(hào)，近端接收到脈沖信號(hào)后停止計(jì)時(shí)，從而故障距離是所測(cè)時(shí)長(zhǎng)與行波波速乘積的一半； C 型是在故障發(fā)生后從線路一端注入高頻脈沖信號(hào)或直流脈沖信號(hào)，利用故障點(diǎn)波阻抗不連續(xù)產(chǎn)生的反射波實(shí)現(xiàn)測(cè)距；上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 致謝 D 型是根據(jù)故障點(diǎn)產(chǎn)生的向兩側(cè)母線運(yùn)動(dòng)的行波到達(dá)母線的時(shí)間差來(lái)判斷故障位置。 (1) 單端行波測(cè)距以電流行波作為分析對(duì)象，圖 11 中表示了單端行波故障測(cè)距算法所用到的折、反射波。其具體方法如圖 12 所示:圖 12 雙端行波故障測(cè)距雙端行波故障測(cè)距利用線路內(nèi)部故障產(chǎn)生的初始行波到達(dá) M,N 兩側(cè)故障測(cè)距裝置測(cè)量點(diǎn)的絕對(duì)時(shí)間差來(lái)計(jì)算故障距離。高壓線路沿線的地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜，不同地質(zhì)段的土壤電阻率有不同的取值，且與氣候密切相關(guān)。能否迅速、準(zhǔn)確的判斷線路故障對(duì)定位精度有很大影響。（3） 研究了利用取電線圈直接從架空線路上取電部分的硬件電路設(shè)計(jì)。圖 2l 均勻無(wú)損傳輸線的分布參數(shù)等值電路 長(zhǎng)距離輸電線路的波過(guò)程一般情況下，輸電線路的對(duì)地電導(dǎo)很小，可以忽略。導(dǎo)線任意一點(diǎn)的電壓和電流，都等于在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)上面四個(gè)基本方程（26）qfqffuiZi???????由上我們可知:架空輸電線出現(xiàn)暫態(tài)過(guò)渡過(guò)程后，電壓和電流均可分解成以一定速度傳播的前行波和反行波；前行波和反行波分別在架空輸電線上按照自身的傳播方向獨(dú)立傳播，當(dāng)兩者相遇時(shí)，可以進(jìn)行算術(shù)相加。其值取決于線qfui??路單位長(zhǎng)度的電感 和對(duì)地電容 ，與線路的具體長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。1Z2其中 、 為入射電壓、電流波， 、 為折射電壓、電流波， 、 為反射電壓、1qui 2qui 1fufi電流波。電能的消耗降引起電壓波的衰減/Gv（215）0GxCvuUe???同理，幅值為 I 的電壓波沿均勻有損輸電線傳播時(shí)，因磁場(chǎng)能量消耗引起的電流波的衰減為上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 致謝（216）RxLviIe???通常情況下，磁場(chǎng)能量比電場(chǎng)能量消耗得快，空間電場(chǎng)能量密度將大于磁場(chǎng)能量密度。多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的相關(guān)信息通過(guò)GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)方式將測(cè)量信息以短信的方式傳回監(jiān)控主站，由后臺(tái)的專家系統(tǒng)綜合分析判斷，給出輸電線路故障準(zhǔn)確位置?，F(xiàn)分別就金屬性接地和非金屬性接地故障兩種情況分析在檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)到的行波特性。 (221)123()//btYvXt??????? (222)1230/btYvX??????從上面分析可知故障發(fā)生后，在檢測(cè)點(diǎn)可以檢測(cè)到多個(gè)行波，其到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)的時(shí)上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 致謝間t可用函數(shù)表示為 (223)(,)tfXY?X為故障點(diǎn)，Y為檢測(cè)點(diǎn)位置。上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 致謝(225)123= / (1X L/2)() , / (, )()1/2tYvLYXtv????????????2. 金屬性接地故障金屬性故障時(shí)在故障點(diǎn)沒(méi)有折射波，在檢測(cè)點(diǎn)的 較為明確，由圖26可知當(dāng)故障it?發(fā)生在的X處時(shí)，在YY2點(diǎn)檢測(cè)到 的表達(dá)式如式15所示。/ YLtYvtv?????處()處3. 當(dāng)故障為金屬性接地故障且XY時(shí)： (229)122()/()/ tLvtXvY???????； 處； 處4. 當(dāng)故障為金屬性接地故障且Y X L/2：? (230)12// Y()Ltvtv????； 處； 處從上面分析可以看出檢測(cè)點(diǎn)對(duì)不同區(qū)間的故障，檢測(cè)到的 滿足以下規(guī)律：nt?a) 兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)到的 不相等時(shí)，故障為金屬性接地故障且XY；1t?b) 兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)中如有 =2 時(shí)，故障為非金屬性接地故障且XY,利用式16即可2求出故障點(diǎn)X；c) 兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)中如兩個(gè) ， 都相等，故障為非金屬性接地故障，如當(dāng)L/4≤Y1t?2時(shí)，可判定為故障出現(xiàn)在兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)之間的故障且Y X L/2；?d) 兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)中如兩個(gè) 相等而 不等，故障為屬性接地故障且Y X L/2。但是也存在下列問(wèn)題：（1）由于檢測(cè)點(diǎn)需檢測(cè)線模行波前三個(gè)波頭，對(duì)于長(zhǎng)線路而言，第三個(gè)波頭一般能量較小，不易檢測(cè)；另外在單相接地故障的情況下，故障點(diǎn)的過(guò)渡電阻越大，反射波也越弱，可能導(dǎo)致第三頭識(shí)別不到，測(cè)距失