【正文】 但是也存在下列問題：（1）由于檢測點需檢測線模行波前三個波頭，對于長線路而言，第三個波頭一般能量較小，不易檢測；另外在單相接地故障的情況下，故障點的過渡電阻越大，反射波也越弱，可能導致第三頭識別不到，測距失敗。上海交通大學碩士學位論文 致謝(225)123= / (1X L/2)() , / (, )()1/2tYvLYXtv????????????2. 金屬性接地故障金屬性故障時在故障點沒有折射波，在檢測點的 較為明確，由圖26可知當故障it?發(fā)生在的X處時，在YY2點檢測到 的表達式如式15所示?，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點檢測到的行波特性。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，因磁場能量消耗引起的電流波的衰減為上海交通大學碩士學位論文 致謝（216）RxLviIe???通常情況下，磁場能量比電場能量消耗得快，空間電場能量密度將大于磁場能量密度。其值取決于線qfui??路單位長度的電感 和對地電容 ，與線路的具體長度無關。圖 2l 均勻無損傳輸線的分布參數(shù)等值電路 長距離輸電線路的波過程一般情況下，輸電線路的對地電導很小，可以忽略。能否迅速、準確的判斷線路故障對定位精度有很大影響。其具體方法如圖 12 所示:圖 12 雙端行波故障測距雙端行波故障測距利用線路內(nèi)部故障產(chǎn)生的初始行波到達 M,N 兩側(cè)故障測距裝置測量點的絕對時間差來計算故障距離。各種行波測距方法主要分為 A, B,C, D 四類:A 型是根據(jù)故障點產(chǎn)生的行波到達母線后反射到故障點，再由故障點反射后到達母線的時間差來測距； B 型是在遠端設置信號發(fā)生裝置，在近端接收到故障行波后開始計時，遠端接收到故障行波后發(fā)射脈沖信號，近端接收到脈沖信號后停止計時，從而故障距離是所測時長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或直流脈沖信號，利用故障點波阻抗不連續(xù)產(chǎn)生的反射波實現(xiàn)測距；上海交通大學碩士學位論文 致謝 D 型是根據(jù)故障點產(chǎn)生的向兩側(cè)母線運動的行波到達母線的時間差來判斷故障位置。1988年Sachdev和Agaral提出了最早的雙端測距思想 [36]。特高壓和智能電網(wǎng)已成為我國電網(wǎng)發(fā)展的新方向。本學位論文屬于 不保密□。（請在以上方框內(nèi)打“√” ）學位論文作者簽名： 指導教師簽名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 用于輸電線路故障定位的導線監(jiān)測裝置的研制用于輸電線路故障定位的導線監(jiān)測裝置的研制摘 要隨著輸電線路電壓等級和輸送容量的不斷提高，輸電線路故障不僅嚴重危及電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，而且對社會的經(jīng)濟生活造成的影響也越來越大。電壓等級的提高對電力系統(tǒng)輸電線路的安全運行也提出了新的挑戰(zhàn)。 國內(nèi)外故障測距研究現(xiàn)狀和主要方法故障定位技術在國內(nèi)外許多專家學者的共同努力下，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，己經(jīng)取得了很多有價值的成果。其中 A 型和 C 型是單端法，B 型和 D 型是雙端法。如圖所示，利用到的反射波為 和 。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。0L0C（29）0012ln2rLhZ????一般情況下，架空單導線單位長度的電感 約等于 H/m，??約等于 F/m。因此，波在有損輸電線的傳播過程中將不斷發(fā)生電場能量向磁場能量的轉(zhuǎn)化，當線路參數(shù)滿足 時，波在每單位長度線路上的磁場能和電場能之比，恰00//RGLC?好等于電流波在導線電阻上的熱損耗與電壓波在線路電導上的熱損耗之比，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變形。設安裝點的位置記為 Y，故障點的位置記為 X。it? (226)12()/ 2/ 1tLYvXt???????處處從上面分析可得知，選擇合適的檢測點位置，可以確定 的先后順序，進而求出nt?故障點X。（2）當故障點離檢測點較近時，由于第二個線模行波和第三個線模行波的到達時間十分接近，檢測點很難辨識出第三個行波波頭，容易導致漏檢或錯檢，造成測距失敗。?表21 不同檢測點處行波極性表 　 1bt2tY 處 負 正 負 正 負 正(LY)處 正 負 正 負 正 負此故障定位算法檢測點檢測的是線模行波分量，能夠反映各種類型故障，且線模波速度較穩(wěn)定，測距精度高。 (224)123= / (Y2 L/)(),4 3/ (,X2)() L/tXvLtvY????????????同理，在檢測點Y1處， 的表達式及故障點X，檢測點Y1的區(qū)間要求如式（2it25）所示。當故障為金屬性接地故障時，在故障點沒有折射波，只有反射波。圖 24 均勻有損導線分布參數(shù)等值電路幅值為 U 的電壓波沿均勻有損輸電線傳播時，單位長度導線周圍空間的電場能將為 ；線路存在對地電導 G，則電壓波傳播單位長度所消耗的電場能量將為21C。由式（25 ） ，Z 有阻抗的性質(zhì)，我們稱之為波阻抗。這時若有外加電壓作用于0L 0C導線時，則在過渡過程中某一瞬間沿線各點的電流可能處處不同，即要考慮線路上的波過程。尤其當電壓故障分量初始相角較小時，行波信號很弱，難以檢測到。雙端法要求兩端采集裝置同步采集數(shù)據(jù)，近年來隨著全球定位系統(tǒng)（GPS）技術的普遍，雙端對時精度高達 1us 甚至 50ns，可以達到很高的測距精度 [24]。 行波法 [1523]行波定位是建立在考慮輸電線路的分布參數(shù)，直接利用故障產(chǎn)生的暫態(tài)行波信號，并對其進行分析和計算的基礎上的。1985年L．Eriksson考慮了系統(tǒng)運行方式變化的影響，提出了遠端饋入補償算法，應用解二次方程的方法求解故障距離。2022年9月13日，晉東南－南陽－荊門1000千伏特高壓交流試驗示范工程變電站及線路大跨越工程初步設計正式通過了審查，這標志著特高壓交流試驗示范工程進入全面建設階段。 保密□，在 年解密后適用本授權書。當輸電線路發(fā)生故障時，如果能夠根據(jù)不同的故障特征快速準確地判定故障點，不僅能有助于及時修復故障線路，而且能大量節(jié)省巡線的人力和物力，確保整個電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，具有巨大的社會和經(jīng)濟效益。輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，負責電能的輸送，它的正常運行關系到整個電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。但是電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜多樣，影響故障定位精度的因素很多，對輸電線路精確故障定位到目前為止還有很多問題沒有完全解決。其中 B 型和 C 型需要使用脈沖和信號發(fā)生裝置。設從fmufnF 點向 M 側(cè)傳播的故障初始行波 到達 M 點的時刻為 。電流互感器的鐵心在一次暫態(tài)電流的作用下趨于飽和，勵磁阻抗減小，勵磁電流急劇上升，其電流傳遞特性表現(xiàn)為非線性，而電容式電壓互感器的二次電壓不能隨一次暫態(tài)電壓的下降而下降，有一定的時延 [27]，若按照穩(wěn)態(tài)或恒定的變比計算一次電流（或電壓）并用于計算故障位置，必然會造定位誤差。為了簡化分析，我們從理想的均勻無損線路來分析沿線波過程。因此，架空單導線的波阻抗 Z 約為 500 。 分布式輸電線路故障定位原理目前輸電線路故障定位裝置多安裝于變電站且大多數(shù)故障定位算法基于簡化線路模型的數(shù)值求解，受系統(tǒng)運行方式的變化、線路參數(shù)的變化、故障過渡電阻的變化等一些不確定因素的影響，一直難以滿足現(xiàn)場運行的要求。 非金屬性接地故障電流行波特性當故障為非金屬性接地時，故障電流行波在故障點將發(fā)生折射和反射。由式13可知當 時，在Y處 、 、 的表達式可以唯一確定且 L/3?1t23，當 時，在Y處 、 的表達式可以確定。所以，在臨近檢測點的范圍內(nèi)會有測距死區(qū)。由式(218)可知，在 Y處第二個行波波頭極性為負，第三個行波波頭極性為正，而在（LY）處第二個和第三個波頭的極性相同都為負，因此當故障為非金屬性接地故障且Y X L/2可以通過第二、第三個行波波頭的極性的同異來剔除偽故障點。i1. 非金屬性接地故障當故障發(fā)生在如圖25所示的X處時，在Y2點檢測到 的表達式及故障點X 、 檢it?測點Y2的區(qū)間要求如式224所示。為簡化分析過程本文只取 3 個前向行波和 3 個反向2ft?fNt1b2t?bNt行波分析線路的波過程。當波沿著實際輸電線傳播時會由于輸電線電阻、大地電阻、絕緣的泄漏電導與介質(zhì)損耗、輻射損耗以及沖擊電暈等損耗而發(fā)生衰減和變形 [28]。將936r?上述參數(shù)代入式（24）可得電磁波在架空輸電線路上的傳播速度為 80130(/)rvms?????由上可知，電壓行波和電流行波沿線傳播的速度與導體周圍的媒質(zhì)有關，而與導線的幾何尺寸和導線的對地高度無關。均勻無損傳輸線的分布參數(shù)等值電路如圖 21 所示，長度為 的輸電線，單位長度線路l的電感為 ，單位長度導線和大地之間還存在分布電容 。這種方法抗干擾能力差，且難以精確地確定電流行波波頭前沿到達的時刻。雙端法不考慮波的折射和反射，只要捕捉行波的第一個波頭，行波幅值大，波頭容易檢測。利用雙端信息的阻抗法原理上可以消除過渡電阻等的影響，做到精確測距，但是要求硬件成本較高，雙端同步的方法需要 GPS 提供同步時鐘。1982年Takagi和1983年A．Wisznicwski先后提出利用故障前后的電氣量，將電力網(wǎng)絡分解成正常狀態(tài)網(wǎng)絡和故障分量網(wǎng)絡，考慮負荷電流的影響，并且求取故障分量電流分布系數(shù)解決兩側(cè)系統(tǒng)阻抗的影響。2022年12月27日，國家電網(wǎng)公司黨組會議提出發(fā)展特高壓輸電技術，建設以特高壓電網(wǎng)為核心的堅強國家電網(wǎng)的戰(zhàn)略構(gòu)想。本人授權上海交通大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。目前的輸電線路故障定位裝置大多采用行波定位法，包括單端法和雙端法，行波信號的采集多利用變電站內(nèi)部已有的電壓電流互感器。由于高壓輸電線路往往較長，而且途中地理和氣候環(huán)境比較復雜，故障的發(fā)生不可避免。當前輸電線路故障定位方法主要有兩類 [7]:一類是阻抗法，另一類是行波法。B 型需要單獨的通信信道，而 C 型中注入的高頻脈沖信號的檢測會受到本身故障行波的影響。從 F 點向 N 側(cè)傳播的故障初fmuMT始行波 到達 N 點的時刻為 ；行波的傳播速度為 ，線路全長為 。 本論文研究的主要工作本文在參閱國內(nèi)外大量文獻的基礎上對目前主要的故障定位方法進行總結(jié)和整理，上海交通大學碩士學位論文 致謝分析了各種方法的優(yōu)點和不足。 長線路波動方程及求解上海交通大學碩士學位論文 致謝對均勻無損線路，忽略線路中的能量損耗即導線電阻和對地電導后，其單元等值線路如圖 22 所示圖 22 均勻無損單導線的單元等值電路將線路看成無數(shù)個長度為 的小段組成，則每段具有電感 和對地電容 ，dx0Ldx0Cdx對圖 22 單元回路，線路電壓 和電流 都是距離和時間的函數(shù)，依據(jù)基爾霍夫定律，ui有（21）0iLxtiuC???????由此可以得到描述單根均勻無損長線路上 點在時間 的電壓和電流的波動方程xt（22）22022uLxtiiC???????應用拉氏變換和延遲定律，可得上波動方程的通解（23）()()qfuxvtuxvtii???????式中（24）01vLC?， （25）qfuZi?0Z上海交通大學碩士學位論文 致謝式(2 一 4)表明，電壓 和電流 分別是由兩個分量組成，即 和ui ()quxvt?及 和 。當輸電線在電壓很0C127?? ?高的雷電波作用下發(fā)生電暈時，會導致單位長度的電容 增大，從而使波阻抗降低。采用行波測距方法目前基本上沒有把行波的到達時間與故障定位用的行波傳播速度聯(lián)系起來，導致故障定位的精度可能較低。檢測點YY2分別位于故障點的左側(cè)和右側(cè)，其行波網(wǎng)格圖如圖25所示。當故障點 時，21t?? /21t?2 X L/2?可在（LY）處安裝一檢測點，此時在（LY ）處檢測到的 表達式同樣是唯一確定nt?的。 分布式行波故障定位裝置的技術難點本裝置采用的分布式行波故障定位方法，其關鍵在于鍵在于行波信號的有效提取以及行波波頭起始