【正文】 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(dǎo)致故障定位的精度可能較低。本裝置采用的是分布式故障測距方法，對于故障電流行波的檢測本裝置采用多點分布式檢測方法，由安裝在輸電線路上的監(jiān)測裝置檢測導(dǎo)線故障電流行波傳輸時間實現(xiàn)。如圖 24 所示，通過沿輸電線路安裝若干個檢測裝置進行電流行波波頭檢測，利用故障電流行波到達時間進行故障定位。監(jiān)測節(jié)點可以沿線分布部署，利用故障電流行波及其折反射波的波頭到達時間或得波速信息，提高測距精度，減少洞穴和盲區(qū)，消除系統(tǒng)運行方式的變化、線路參數(shù)的變化、過渡電阻造成的測量精度不準確，簡化分析計算。上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 致謝圖 24 輸電線路故障檢測節(jié)點配置圖輸電線路發(fā)生故障時啟動故障電流行波信號采集，由于故障電流行波的折反射波到達各檢測點的時間各不相同，基于電流行波及其折反射波波頭到達檢測點的時間差可以消除行波波速參數(shù)誤差，更為準確計算出故障所在的位置。多個檢測點的相關(guān)信息通過GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)方式將測量信息以短信的方式傳回監(jiān)控主站，由后臺的專家系統(tǒng)綜合分析判斷，給出輸電線路故障準確位置。 故障暫態(tài)行波的產(chǎn)生輸電線路發(fā)生故障后的波過程可由波動方程及其解來描述，在數(shù)值算中，更直觀更適于數(shù)值計算的方法是疊加法 [29]。電力系統(tǒng)輸電線路 F 點處發(fā)生故障時，相當(dāng)于一附加電源 作用于故障點，故障后的網(wǎng)格可以等效為故障前正常運行時的網(wǎng)格和故障()Fut?附加網(wǎng)格的疊加，線路上會出現(xiàn)向兩側(cè)母線運動的電壓、電流行波。UF UFMNFUFMNF UFMNF圖25 疊加法分析故障行波Fig25 Analyze the fault traveling wave using superposition method上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 致謝輸電線路發(fā)生故障后電流行波會向故障點兩邊傳播，設(shè)線路為均勻無損線路，則可認為行波在輸電線路上勻速傳播。在不同的檢測點故障行波及其反射波和折射波到達檢測點的時間是不一樣的，記前向行波經(jīng)反射或者折射后依次到達檢測點的時間為 、1ft… ，記反向行波經(jīng)反射或者折射后依次到達檢測點的時間為 、 … 。各個2ftfN 1bt2bN行波到達檢測點的時間與第一個行波到達檢測點的時間差值依次記為 、f?… ， 、 …… 。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(dāng)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。現(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。設(shè)安裝點的位置記為 Y，故障點的位置記為 X。 非金屬性接地故障電流行波特性當(dāng)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。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。XY 1M 1 M 21ft2ft1bt2bt3btY 21bt1ft2ft2bt3btf3f圖26 非金屬性接地故障網(wǎng)格圖上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 致謝Fig26 The trellis of nonmetal grounding fault在Y2處，由圖25可以此求出各個行波到達檢測點Y2的時刻，及各個行波到達檢測點的時間與第一個行波的時間差其表達式分別如式（215） 、式（216）所示， (215)123123()//()/ffbtYXvLtvtYX?????????? (216)1231230()/4/()/ffbtLvtXYv?????????式中 為線路總長度， 為電流行波波速。Lv同樣在Y1處，由圖25，可以此求出各個行波到達檢測點 Y1的時刻，及各個行波到達檢測點的時間與第一個行波的時間差其表達式分別如式（217） 、式（218）所示， (217)123123()//()/ffbtLYXvtYvtX?????????? (218)1231230/()//bfftvtLXYtv????????上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 致謝 金屬性接地故障電流行波特性當(dāng)故障為金屬性接地故障時，故障電流行波在故障點不會發(fā)生折射，而只有反射，其網(wǎng)格圖如圖27所示。XY 2M 1 M 2Y 1圖27 金屬性故障行波網(wǎng)格圖在Y2處，由圖27可以此求出各個行波到達檢測點Y2的時刻，及各個行波到達檢測點的時間與第一個行波的時間差其表達式分別如式（219） 、式（220）所示。 (219)123()/3/fftYXvLt??????? (220)1230()/fftYvLX????同樣在Y1處，由圖27可以此求出各個行波到達檢測點Y1的時刻，及各個行波到達檢測點的時間與第一個行波的時間差其表達式分別如式（221） 、式（222）所示。 (221)123()//btYvXt??????? (222)1230/btYvX??????從上面分析可知故障發(fā)生后，在檢測點可以檢測到多個行波，其到達檢測點的時上海交通大學(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，Y為檢測點位置。當(dāng)檢測點Y的確定后，故障點X產(chǎn)生的行波到達檢測點的時間為故障點X的單變量函數(shù)。從而可以根據(jù)檢測點各個行波的時間差來確定故障點X的位置。 檢測點安裝位置的確定由于故障點可發(fā)生在整條線路的任何位置，故障發(fā)生后前向行波、反向行波及其發(fā)射、折射波到達檢測點的先后順序是無法確定的，因此需要選取合適的安裝地點以區(qū)分行波的先后順序從而求出故障點的位置。為便于分析各個行波的順序，記檢測點依次檢測到的行波與第一個行波的時間差為 （ =0,1,2…n） ， =0。而 由故障點it?0t?itX或者檢測點Y決定，現(xiàn)分別討論故障點和檢測點在不同的位置時， 的表達式。i1. 非金屬性接地故障當(dāng)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。 (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。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在故障點沒有折射波，在檢測點的 較為明確，由圖26可知當(dāng)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。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。由式13可知當(dāng) 時，在Y處 、 、 的表達式可以唯一確定且 L/3?1t23，當(dāng) 時，在Y處 、 的表達式可以確定。當(dāng)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。聯(lián)立兩個檢測點的時間信息即可求出故障點X 的位置。 測距方程的確定現(xiàn)在一條輸電線路上安裝兩個檢測點，一個在L/4≤Y≤L/3處，另一個在（LY）處時。分別考慮在不同的故障類型和不同的故障區(qū)段下，檢測點Y 和（LY）處檢測到行波到達時間差 的表達式。nt?1. 當(dāng)故障為非金屬性接地故障且XY時， (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，? (228)12/。/ YLtYvtv?????處()處3. 當(dāng)故障為金屬性接地故障且XY時： (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點對不同區(qū)間的故障，檢測到的 滿足以下規(guī)律：nt?a) 兩個檢測點檢測到的 不相等時，故障為金屬性接地故障且XY；1t?b) 兩個檢測點中如有 =2 時，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X；c) 兩個檢測點中如兩個 ， 都相等，故障為非金屬性接地故障，如當(dāng)L/4≤Y1t?2時，可判定為故障出現(xiàn)在兩個檢測點之間的故障且Y X L/2；?d) 兩個檢測點中如兩個 相等而 不等，故障為屬性接地故障且Y X L/2。1t2t ?當(dāng)故障點XL/2時，由于檢測點兩端對稱，在 Y和(LY) 處的測距方程對換即可。由于上述規(guī)律無法判斷出故障發(fā)生的具體區(qū)段，會得到兩個不同的故障距離 X，即得到真?zhèn)蝺蓚€根，所以在進行故障測距前，必須先剔除偽根。 真?zhèn)喂收宵c識別當(dāng)故障為非金屬性接地故障且故障在Y和（LY）之間時，在 Y和（LY）處的測距方程相同，即故障可能出現(xiàn)在X或者（LX）點，此時會出現(xiàn)重根，需要剔除偽故障點。由行波反射、折射理論可知，暫態(tài)初始行波與故障點反射波極性相同，而對端母線反射波與這兩者極性相反 [30] ，且對側(cè)母線反射波極性與本側(cè)母線反射波極性相同 [31]，可上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 致謝根據(jù)檢測到的行波極性來判斷故障點的真?zhèn)巍D26中設(shè)初始電流故障行波的極性為正，則經(jīng)故障點反射波的極性亦為正，對側(cè)和本側(cè)母線的反射波極性為負，依此規(guī)律可知其前向行波及其反射折射波 反向行波fNt及其反射折射波 的極性如表1所示，從表1可知當(dāng) 時在檢測點Y 和(LY)處bNt X L/2?檢測到的前向行波及其反射折射波的極性剛好相反，而反向行波及其反射折射波的極性相同。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(dāng)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。?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。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(dǎo)致第三頭識別不到，測距失敗。（2）當(dāng)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(dǎo)致漏檢或錯檢，造成測距失敗。所以，在臨近檢測點的范圍內(nèi)會有測距死區(qū)。 分布式行波故障定位裝置的技術(shù)難點本裝置采用的分布式行波故障定位方法，其關(guān)鍵在于鍵在于行波信號的有效提取以及行波波頭起始時刻的準確判斷。主要的難點有: ①行波信號的采樣與存儲；②故障電流采集的觸發(fā)；③行波波頭到達時間的獲取。1ft2ft3f 3bt上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 致謝 行波信號的采樣與存儲對電流行波的采樣，首先要選擇合適的電流互感器。由于輸電線路故障時所產(chǎn)生的暫態(tài)行波信號存在的時間短并且頻帶較寬，為了準確地記錄暫態(tài)行波信號并且確保較高的定位精度，就要求選用的電流互感器應(yīng)具有相應(yīng)的頻率傳輸能力和暫態(tài)響應(yīng)速度，避免行波信號的失真。此外，還要設(shè)計合理的模擬信號通道以減少噪聲的引