【文章內(nèi)容簡介】 行波，行波信號的線模分量或零模分量，基于單端或雙端等多種測距模式。對于自閉/貫通線路，需要結(jié)合其線路結(jié)構(gòu)、電壓電流行波的傳輸特征、行波信號的獲取方式、測距的可靠性等諸多因素確定其具體測距模式。 利用雙端法測距利用單端法測距需要識別故障點反射波與其它阻抗不匹配點的反射波，較為困難。即使在結(jié)構(gòu)較為簡單、電氣參數(shù)較為單一的輸電線路，單端法也未獲得成功應(yīng)用。對于自閉/貫通線路，一般為架空電纜混合線路，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時受沿線變壓器負荷及復(fù)雜環(huán)境的影響，行波在各個一次設(shè)備、各段線路連接處的反射、折射復(fù)雜。故障點反射波波頭幅值有明顯的衰減和畸變，且與阻抗不匹配點的反射波形相混淆，其識別變得非常復(fù)雜和困難。因此，自閉/貫通線路中無法采用單端方法測距。圖 41中所記錄的某10kV貫通線路單相接地試驗波形，很好的證明了這一點。圖 41 單相接地試驗記錄的單端波形而利用雙端法可以最大限度降低上述因素的影響。雙端法行波測距只檢測故障產(chǎn)生的初始行波波頭到達時間，不需要考慮后續(xù)的反射與折射行波，原理簡單，測距結(jié)果可靠。實現(xiàn)雙端測距需要在線路兩端裝設(shè)數(shù)據(jù)采集裝置及時間同步裝置（GPS時鐘）。且兩端要進行通信，以交換各自記錄到的故障初始行波到達的時間信息，利用公式（36）計算故障距離。如不具備自動通信條件，可借用電話聯(lián)系，人工交換記錄到的故障初始行波到達的時間。 利用電壓行波作為測量信號 線路末端電壓電流行波特征對于線路末端，所有來自線路方向的電壓（電流）行波分量及其反射波疊加在一起，形成了本端的電壓（電流）行波信號。自閉/貫通線路雖然為雙電源結(jié)構(gòu)，但正常工作時只由單端電源供電，且末端（備供側(cè)）不帶負荷或帶有較小負荷，等效為開路狀態(tài)。根據(jù)行波理論，在開路狀態(tài)的線路末端，電流行波的反射系數(shù)為－1。即反射行波與入射行波的幅值相等、極性相反，二者完全抵消，如圖 42（a）所示。因此，自閉/貫通線路末端電流始終為零，不可能檢測到電流行波信號。對于電壓行波，情況正好相反。在開路狀態(tài)的線路末端，電壓行波的反射系數(shù)為+1。即反射行波與入射行波的幅值相等、極性相同，電壓加倍，如圖 42（b）所示。因此，自閉/貫通線路末端可檢測到雙倍的電壓行波信號。(a) 電流行波 （b）電壓行波圖 42 線路末端的電壓電流行波特征 自閉/貫通母線電壓電流行波特征對于自閉/貫通母線（主供側(cè)），調(diào)壓器、TA、TV等呈感性的設(shè)備對高頻行波的影響可以忽略。當(dāng)自閉/貫通母線僅為一側(cè)線路供電（單出線）時，線路在此相當(dāng)于開路狀態(tài)，電壓電流行波特征與備供側(cè)的線路末端相同。即，母線處可檢測到雙倍的電壓行波，而不能檢測到電流行波。當(dāng)自閉/貫通母線為兩側(cè)線路同時供電（雙出線）時，電壓電流行波在此既無反射也無折射，其幅值和極性均不變化。即母線處可檢測到電壓行波，也可檢測到電流行波。 綜上所述，在自閉/貫通線路末端（備供電源側(cè)）和首端（主供電源側(cè)）均應(yīng)選用電壓行波信號進行測距。 選擇線模分量實現(xiàn)測距實際線路三相之間存在著電磁耦合，直接分析行波較為困難。需采用相模變換將相域系統(tǒng)變換為沒有耦合的模域系統(tǒng)。相模變換形式并不唯一。本系統(tǒng)中使用卡倫鮑厄（Karrenbauer）變換，其形式為： (41)其中：XA、XB、XC為A相、B相、C相電壓或電流。X0、XX2為電壓或電流的0模、1模、2模分量。由于1模、2模的含義與參數(shù)完全相同，統(tǒng)稱其為線模。對于單相接地故障，根據(jù)單相（設(shè)為A相）接地故障時故障點的故障分量邊界條件： (42)其中：IA、IB、IC、UA分別為故障點A、B、C三相相電流和A相電壓故障分量；UF、IF分別為故障電壓（虛擬電源）、故障電流?？梢缘玫剑? (43)其中：UUU0、III0分別為故障電壓電流的1模、2模、0模分量?？紤]故障點過渡電阻RF，單相接地故障時初始行波的線模和零模分配如圖8所示。（a） 模量分配UF3RFZ1Z1Z2Z2Z0Z0（b） 初始行波傳輸UF3RF1模2模0模圖 43單相接地故障初始行波模量分配及傳輸示意圖圖中：ZZZ0分別為線路1模、2模、0模的波阻抗。根據(jù)圖 43，故障點初始電壓行波的線模和零模分量分別為： (44) （45）上述分析表明，小電流接地故障時，三相電壓之間保持平衡、故障對線電壓沒有影響的結(jié)論，只對穩(wěn)態(tài)量成立。而對于故障暫態(tài)過程，故障產(chǎn)生的電壓電流行波信號中既包含對地分量（地模分量），也包含三相線路之間的分量（線模分量）。且由于一般線路零模波阻抗大于線模波阻抗，初始電壓行波的線模分量將小于零模分量。但由于線路零模阻抗較大，零模信號損耗較大，經(jīng)過長距離的傳輸后零模分量將可能小于線模分量。對于兩相短路故障，根據(jù)兩相（設(shè)為BC相）短路故障時的故障分量邊界條件： （46）可以得到： （47）考慮故障點過渡電阻RF，兩相短路時初始行波的線模和零模分配如圖 44所示。a 模量分配b 初始行波傳輸UF3RFZ1Z1Z2Z2RFUF31模2模圖 44兩相短路故障初始行波模量分配及傳輸示意圖根據(jù)圖 44，故障點初始電壓行波的線模分量分別為： (48)短路故障的行波只有線模分量，而無零模分量。且1模和2模電壓行波極性相反。對于三相短路故障，由于三相線路嚴格意義上的同時短路的可能性很小，一般均為兩相短路后再與第三條線路短路。其初始行波過程由第一次短路故障產(chǎn)生，特征完全等同于兩相短路故障。因此，三相短路故障的行波測距原理可完全等同兩相短路故障。同理，對于兩相或三相接地并短路故障，其行波測距原理可完全等同單相接地故障或兩相短路故障。由于故障產(chǎn)生的初始電流行波與電壓行波完全對應(yīng)。綜合上述分析，在發(fā)生各種故障時，均會產(chǎn)生在線路相與相之間運動的電壓和電流行波（線模分量），而零模行波只在接地故障時產(chǎn)生。綜上所述，對于短路故障，故障行波只有線模分量，沒有零模分量，因此，只能使用線模分量測距。對于接地故障，根據(jù)行波地模分量和線模分量均可確定故障位置。但地模分量的傳播速度慢、衰減大、受環(huán)境影響大，使行波波形分析較為困難、測量精度相對較低。而行波線模分量傳播速度較為穩(wěn)定，受環(huán)境影響小，且衰減小。因此，應(yīng)使用行波線模分量用于測距。 自閉/貫通線路行波測距模式綜合本章的分析過程，將行波故障測距理論應(yīng)用到自閉/貫通線路時，應(yīng)采用電壓行波信號的線模分量，并基于雙端測距原理。第 5 章 關(guān)鍵技術(shù)問題及解決從原理講，行波測距技術(shù)是可行的，且有很多優(yōu)點。人們早在50年代就開始行波測距裝置的研究，但受當(dāng)時對線路行波現(xiàn)象認識及技術(shù)條件限制，這些裝置很不成熟，存在著可靠性差、復(fù)雜、投資大等問題，基本上沒有得到推廣應(yīng)用。進入90年代，影響行波測距技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)問題都有了經(jīng)濟可行的解決方案，行波測距技術(shù)（特別在輸電系統(tǒng)）已趨向成熟，進入了商業(yè)化應(yīng)用階段。由于自閉/貫通線路結(jié)構(gòu)的特殊性，行波測距技術(shù)應(yīng)用中又面臨著一些新的問題和難點。 行波信號的獲取及信號利用方式實現(xiàn)雙端行波測距首先需要解決在線路兩端如何獲取故障產(chǎn)生的暫態(tài)電壓行波信號。如果為實現(xiàn)故障測距而在線路上專門裝設(shè)互感器來獲取行波信號，不僅加大了投資，還增加了工程安裝復(fù)雜程度以及提高了線路安全隱患。所以，利用線路已有設(shè)備獲取行波信號是首選之策。由于中性點為不接地方式，自閉/貫通出線一般只有兩相（A相和C相）線路裝有TA。自閉/貫通母線上配備有3相TV（稱為母線TV），用以測量母線3相對地電壓。同時，開口三角可以提供母線零序電壓信號。為了在線路失壓時實現(xiàn)備用電源自投，任何一端電源的斷路器外側(cè)均裝有TV（稱為線路TV），用來測量線路上電壓，一般測量AB間及CB間線電壓。自閉/貫通線路單端電壓電流信號互感器的配置如圖 51所示。TA斷路器CBBAC母線線路TVTV圖 51 自閉/貫通線路電壓電流互感器配置圖對于任何一端配（變）電所，當(dāng)斷路器閉合時，母線TV和線路TV測量同一系統(tǒng)的電壓，TA測量的電流即為出線電流。當(dāng)斷路器斷開時，母線TV與線路TV測量不同系統(tǒng)的電壓，TA測量的電流為零。即無論作為主供端還是備供端，線路TV均可以感受線路電壓的變化。而只有作為主供端時，母線TV才能感受到線路電壓的變化。由于一般情況下兩個線路TV分別測量AB間及CB間線電壓，即直接利用該TV可獲得故障電壓行波的線模分量。分析表明，任何一相接地或任何兩相短路時，均可產(chǎn)生AB相和（或）CB相間線電壓行波信號。同時，已經(jīng)證明，10kV系統(tǒng)中普遍采用的電磁式TV可以傳變暫態(tài)行波信號。因此，利用系統(tǒng)已有的線路TV可獲得所需要的行波信號。 超高速數(shù)據(jù)采集早期開發(fā)的行波測距裝置不具備行波波形采集記錄功能，只是使用一個電壓比較電路，通過判斷輸入信號是否超過門檻值來檢測行波脈沖。這種檢測方法存在著易受干擾信號影響、檢測可靠性差的缺點。采用現(xiàn)代微電子技術(shù)可以實現(xiàn)暫態(tài)行波波形的超高速記錄，應(yīng)用高級的數(shù)字信號分析處理方法檢測行波脈沖到達時刻，具有精確、抗干擾能力強、可靠性高的特點。為了保證行波測距分辨率在500米以上，行波信號采集頻率一般不應(yīng)少于500KHz，使用常規(guī)的由微處理器直接控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）的方式很難實現(xiàn)。需要設(shè)計由硬件實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集電路單元（DAU）記錄故障電流行波信號。線路故障