【正文】 波的到達(dá)時(shí)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(cè)距方法，對(duì)于故障電流行波的檢測(cè)本裝置采用多點(diǎn)分布式檢測(cè)方法，由安裝在輸電線路上的監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)導(dǎo)線故障電流行波傳輸時(shí)間實(shí)現(xiàn)。如圖 24 所示，通過沿輸電線路安裝若干個(gè)檢測(cè)裝置進(jìn)行電流行波波頭檢測(cè)，利用故障電流行波到達(dá)時(shí)間進(jìn)行故障定位。監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)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(dá)時(shí)間或得波速信息，提高測(cè)距精度，減少洞穴和盲區(qū)，消除系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化、線路參數(shù)的變化、過渡電阻造成的測(cè)量精度不準(zhǔn)確，簡(jiǎn)化分析計(jì)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(cè)節(jié)點(diǎn)配置圖輸電線路發(fā)生故障時(shí)啟動(dòng)故障電流行波信號(hào)采集，由于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。多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的相關(guān)信息通過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。 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(dòng)方程及其解來描述，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]。電力系統(tǒng)輸電線路 F 點(diǎn)處發(fā)生故障時(shí)，相當(dāng)于一附加電源 作用于故障點(diǎn)，故障后的網(wǎng)格可以等效為故障前正常運(yùn)行時(shí)的網(wǎng)格和故障()Fut?附加網(wǎng)格的疊加，線路上會(huì)出現(xiàn)向兩側(cè)母線運(yùn)動(dòng)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(huì)向故障點(diǎn)兩邊傳播，設(shè)線路為均勻無損線路，則可認(rèn)為行波在輸電線路上勻速傳播。在不同的檢測(cè)點(diǎn)故障行波及其反射波和折射波到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)的時(shí)間是不一樣的，記前向行波經(jīng)反射或者折射后依次到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)的時(shí)間為 、1ft… ，記反向行波經(jīng)反射或者折射后依次到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)的時(shí)間為 、 … 。各個(gè)2ftfN 1bt2bN行波到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)的時(shí)間與第一個(gè)行波到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)的時(shí)間差值依次記為 、f?… ， 、 …… 。為簡(jiǎn)化分析過程本文只取 3 個(gè)前向行波和 3 個(gè)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(shí)，在故障點(diǎn)沒有折射波，只有反射波?，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。設(shè)安裝點(diǎn)的位置記為 Y，故障點(diǎn)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(shí)，故障電流行波在故障點(diǎn)將發(fā)生折射和反射。檢測(cè)點(diǎn)YY2分別位于故障點(diǎn)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(gè)行波到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)Y2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（215） 、式（216）所示， (215)123123()//()/ffbtYXvLtvtYX?????????? (216)1231230()/4/()/ffbtLvtXYv?????????式中 為線路總長(zhǎng)度， 為電流行波波速。Lv同樣在Y1處，由圖25，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（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(shí)，故障電流行波在故障點(diǎn)不會(huì)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(gè)行波到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)Y2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（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(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。 (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。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)。從而可以根據(jù)檢測(cè)點(diǎn)各個(gè)行波的時(shí)間差來確定故障點(diǎn)X的位置。 檢測(cè)點(diǎn)安裝位置的確定由于故障點(diǎn)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(dá)檢測(cè)點(diǎn)的先后順序是無法確定的，因此需要選取合適的安裝地點(diǎn)以區(qū)分行波的先后順序從而求出故障點(diǎn)的位置。為便于分析各個(gè)行波的順序，記檢測(cè)點(diǎn)依次檢測(cè)到的行波與第一個(gè)行波的時(shí)間差為 （ =0,1,2…n） ， =0。而 由故障點(diǎn)it?0t?itX或者檢測(cè)點(diǎn)Y決定，現(xiàn)分別討論故障點(diǎn)和檢測(cè)點(diǎn)在不同的位置時(shí)， 的表達(dá)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(shí)，在Y2點(diǎn)檢測(cè)到 的表達(dá)式及故障點(diǎn)X 、 檢it?測(cè)點(diǎn)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(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。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。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。由式13可知當(dāng) 時(shí)，在Y處 、 、 的表達(dá)式可以唯一確定且 L/3?1t23，當(dāng) 時(shí)，在Y處 、 的表達(dá)式可以確定。當(dāng)故障點(diǎn) 時(shí)，21t?? /21t?2 X L/2?可在（LY）處安裝一檢測(cè)點(diǎn)，此時(shí)在（LY ）處檢測(cè)到的 表達(dá)式同樣是唯一確定nt?的。聯(lián)立兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的時(shí)間信息即可求出故障點(diǎn)X 的位置。 測(cè)距方程的確定現(xiàn)在一條輸電線路上安裝兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，一個(gè)在L/4≤Y≤L/3處，另一個(gè)在（LY）處時(shí)。分別考慮在不同的故障類型和不同的故障區(qū)段下，檢測(cè)點(diǎn)Y 和（LY）處檢測(cè)到行波到達(dá)時(shí)間差 的表達(dá)式。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/。/ 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。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。由于上述規(guī)律無法判斷出故障發(fā)生的具體區(qū)段，會(huì)得到兩個(gè)不同的故障距離 X，即得到真?zhèn)蝺蓚€(gè)根，所以在進(jìn)行故障測(cè)距前，必須先剔除偽根。 真?zhèn)喂收宵c(diǎn)識(shí)別當(dāng)故障為非金屬性接地故障且故障在Y和（LY）之間時(shí)，在 Y和（LY）處的測(cè)距方程相同，即故障可能出現(xiàn)在X或者（LX）點(diǎn)，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)重根，需要剔除偽故障點(diǎn)。由行波反射、折射理論可知，暫態(tài)初始行波與故障點(diǎn)反射波極性相同，而對(duì)端母線反射波與這兩者極性相反 [30] ，且對(duì)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(cè)到的行波極性來判斷故障點(diǎn)的真?zhèn)?。圖26中設(shè)初始電流故障行波的極性為正，則經(jīng)故障點(diǎn)反射波的極性亦為正，對(duì)側(cè)和本側(cè)母線的反射波極性為負(fù)，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(shí)在檢測(cè)點(diǎn)Y 和(LY)處bNt X L/2?檢測(cè)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(gè)行波波頭極性為負(fù)，第三個(gè)行波波頭極性為正，而在（LY）處第二個(gè)和第三個(gè)波頭的極性相同都為負(fù)，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(gè)行波波頭的極性的同異來剔除偽故障點(diǎn)。?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。但是也存在下列問題：（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)距失敗。（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。所以，在臨近檢測(cè)點(diǎn)的范圍內(nèi)會(huì)有測(cè)距死區(qū)。 分布式行波故障定位裝置的技術(shù)難點(diǎn)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(hào)的有效提取以及行波波頭起始時(shí)刻的準(zhǔn)確判斷。主要的難點(diǎn)有: ①行波信號(hào)的采樣與存儲(chǔ)；②故障電流采集的觸發(fā)；③行波波頭到達(dá)時(shí)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(hào)的采樣與存儲(chǔ)對(duì)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(shí)所產(chǎn)生的暫態(tài)行波信號(hào)存在的時(shí)間短并且頻帶較寬，為了準(zhǔn)確地記錄暫態(tài)行波信號(hào)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(hào)的失真。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