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[摘 要]行波测距技术是利用故障产生的高频暂态电压、电流行波波速（接近光速）及其在母线与故障点之间的传播时间进行故障测距的方法，具有受故障点过渡电阻、线路结构等因素的影响小，测距精度高，以及适用范围广等优点。
[关键词]输电线路；行波测距技术；发展；应用
中图分类号：S899 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）16-0184-01
1 行波测距的基本原理
目前，行波测距的基本原理可分为A、B、C、D、E、F型6种：A型是根据故障产生的初始行波到达母线以及从母线反射到达故障点后再反射到达母线的时间差来测距；B、C型需要使用脉冲或信号发生器，在故障后施加特定的信号，运用雷达原理测距，其中B型是双端法，C型是单端法；D型根据故障初始行波到达两侧母线的时间差来计算故障距离；E、F型根据故障线路合、分闸产生的暂态行波在母线和故障点之间的传播时间来测距。B型和C型方法投资较大，B型需要单独的通信信道，C型中注入的高频脉冲信号的检测会受到本身故障行波的影响，因此仅在早期得到过应用。E、F型原理易受保护动作的影响，并且对于瞬时性故障，线路分闸、合闸时故障可能已经消除从而无法正确测距。近年来，行波测距的研究主要集中在A型和D型上，并已在我国高压和超高压线路上得到了广泛应用。
2 行波测距的关键技术
2.1 行波信号的提取
暂态行波所覆盖的频带很宽，信号的提取可由电压或电流互感器完成。高压输电线路普遍采用的电容分压式电压互感器CVT，截止频率低，传变高频电压信号会带来衰减和相移，因此很少使用。常规的电流互感器可以传变100kHz以上的电流暂态分量，能够满足行波测距的要求，在实际应用中常用电流互感器提取行波信号。同时，对于新建变电站使用的电子式电流互感器ECT，提出了相应的行波信号提取方法。
2.2 行波信号达到时间的标定
判定检测到的行波波头频率，然后根据线路参数的频率特性计算出行波在该频率下的传播速度，以此用于测距是最为准确的。运用求导数法，求取暂态行波信号的一阶或二阶导数，并与设定的门槛值进行比较来判断行波信号是否到达，此方法对噪声比较敏感，当故障距离较短，行波中高频分量明显时，其效果较好。相关法和匹配滤波器法是以首次到达母线的行波信号为参考，利用从故障点反射回母线的行波信号与参考信号的反极性相似性，根据互相关函数的最大值判定反射波达到时间，进而求出故障位置的方法，但其测距结果受母线端所连接的输电线数目等因素影响，行波在传播过程中的波形畸变会降低算法的可靠性。主频率法是一种频域分析方法，该方法从较长的时间段来考察行波频率范围，由行波中频谱最强的分量决定行波到达时间，然后求解故障距离，其缺点是所求行波主频往往较低，定位精度会受到影响。小波分析方法利用小波变换在时频域内都具有局部化特性，对信号进行局部化分析，可有效提取故障行波特征，得到信号中的奇异点，小波分量的模极大值出现时间即为电流行波脉冲的到达时刻，并且通过得到信号被分析频带的中心频率和极大值对应时间能同时解决行波到达时间和传播速度的选取问题，在实际设备中也有广泛的应用。
2.3 三相短路的故障测距函数
行波的传播速度由线路的参数、结构、大地电阻率的分布和环境气象等多种因素决定。不同频率行波分量的传播速度不同，频率越高传播速度越快，且越趋近于光速。行波高频分量（>1kHz）在线路上传播速度基本趋于稳定值。在加拿大的B.C.Hydro行波定位系统中，行波线模分量的波速通常为2.95×108m/s～2.96×108m/s。实际工程中一般根据输电线路电压等级选择近似的波速，波速取值为0.936c（110kV）～0.987c（500kV）之间。
行波的波速也可由给定的或在线监测的线路参数计算得到，计及频率对线路参数的影响时，行波传播速度的计算公式为
3 行波测距技术的实际应用
本文对国内外已有行波测距技术和系统投入实际运行情况进行调研，如表1所示，并对其基本原理和现场运行情况进了总结，广东电网部分500kV线路在安装了行波测距技术后，测距精度总体比工频测距装置高，但定位的准确度受到线路参数、结构、行波波速不确定等因素的影响。在2009年～2010年期间，河北南部500kV电网安装了山东科汇公司XC-21型和中国电科院WTL-2010型行波测距技术的线路共计跳闸56次，装置正确测距33次，正确率为58.9%，由此说明行波测距技术在实际运行中仍存在一些问题，需要分析原因并改进。为提高行波测距的准确性，采取分布式行波测距方法。该方法通过在线路上分段布置监测点，利用Rogowski线圈采集故障行波信号，先實现故障区间定位再实现区内测距。算法实现时，引入线路长度修正系数和波速在线计算，可以有效降低线路长度不准确、波速误差、行波传播过程中的衰减和畸变以及折反射干扰波对输电线路故障定位的影响，从而提高测距的准确性。在实际应用过程中影响行波法测距精度的主要因素，包括故障类型、故障时电压相角、过渡电阻、雷电波、GPS同步时钟、母线端线路数目、线路类型（包括含串补电容线路）、环境因素等；并提出了相应的解决办法，包括波速在线计算，将行波到达时间与波速结合起来，配置更高精度的GPS接收装置，利用双端原理确定雷击点和闪落位置，采用阻抗法与行波法联合测距等。
4 结语
综上所述，随着行波测距技术在原理上和技术上的不断改进，其可靠性和精度将不断提高，在未来会具有更广阔的应用前景。
参考文献
[1] 马超然.输电线路行波故障定位技术发展及展望[J].继电器，2007，35（24）：11-15，20.
[2] 葛耀中.新型继电保护与故障测距原理与技术（第2版）[M].西安：西安交通大学出版社，2007.
[关键词]输电线路；行波测距技术；发展；应用
中图分类号：S899 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）16-0184-01
1 行波测距的基本原理
目前，行波测距的基本原理可分为A、B、C、D、E、F型6种：A型是根据故障产生的初始行波到达母线以及从母线反射到达故障点后再反射到达母线的时间差来测距；B、C型需要使用脉冲或信号发生器，在故障后施加特定的信号，运用雷达原理测距，其中B型是双端法，C型是单端法；D型根据故障初始行波到达两侧母线的时间差来计算故障距离；E、F型根据故障线路合、分闸产生的暂态行波在母线和故障点之间的传播时间来测距。B型和C型方法投资较大，B型需要单独的通信信道，C型中注入的高频脉冲信号的检测会受到本身故障行波的影响，因此仅在早期得到过应用。E、F型原理易受保护动作的影响，并且对于瞬时性故障，线路分闸、合闸时故障可能已经消除从而无法正确测距。近年来，行波测距的研究主要集中在A型和D型上，并已在我国高压和超高压线路上得到了广泛应用。
2 行波测距的关键技术
2.1 行波信号的提取
暂态行波所覆盖的频带很宽，信号的提取可由电压或电流互感器完成。高压输电线路普遍采用的电容分压式电压互感器CVT，截止频率低，传变高频电压信号会带来衰减和相移，因此很少使用。常规的电流互感器可以传变100kHz以上的电流暂态分量，能够满足行波测距的要求，在实际应用中常用电流互感器提取行波信号。同时，对于新建变电站使用的电子式电流互感器ECT，提出了相应的行波信号提取方法。
2.2 行波信号达到时间的标定
判定检测到的行波波头频率，然后根据线路参数的频率特性计算出行波在该频率下的传播速度，以此用于测距是最为准确的。运用求导数法，求取暂态行波信号的一阶或二阶导数，并与设定的门槛值进行比较来判断行波信号是否到达，此方法对噪声比较敏感，当故障距离较短，行波中高频分量明显时，其效果较好。相关法和匹配滤波器法是以首次到达母线的行波信号为参考，利用从故障点反射回母线的行波信号与参考信号的反极性相似性，根据互相关函数的最大值判定反射波达到时间，进而求出故障位置的方法，但其测距结果受母线端所连接的输电线数目等因素影响，行波在传播过程中的波形畸变会降低算法的可靠性。主频率法是一种频域分析方法，该方法从较长的时间段来考察行波频率范围，由行波中频谱最强的分量决定行波到达时间，然后求解故障距离，其缺点是所求行波主频往往较低，定位精度会受到影响。小波分析方法利用小波变换在时频域内都具有局部化特性，对信号进行局部化分析，可有效提取故障行波特征，得到信号中的奇异点，小波分量的模极大值出现时间即为电流行波脉冲的到达时刻，并且通过得到信号被分析频带的中心频率和极大值对应时间能同时解决行波到达时间和传播速度的选取问题，在实际设备中也有广泛的应用。
2.3 三相短路的故障测距函数
行波的传播速度由线路的参数、结构、大地电阻率的分布和环境气象等多种因素决定。不同频率行波分量的传播速度不同，频率越高传播速度越快，且越趋近于光速。行波高频分量（>1kHz）在线路上传播速度基本趋于稳定值。在加拿大的B.C.Hydro行波定位系统中，行波线模分量的波速通常为2.95×108m/s～2.96×108m/s。实际工程中一般根据输电线路电压等级选择近似的波速，波速取值为0.936c（110kV）～0.987c（500kV）之间。
行波的波速也可由给定的或在线监测的线路参数计算得到，计及频率对线路参数的影响时，行波传播速度的计算公式为
3 行波测距技术的实际应用
本文对国内外已有行波测距技术和系统投入实际运行情况进行调研，如表1所示，并对其基本原理和现场运行情况进了总结，广东电网部分500kV线路在安装了行波测距技术后，测距精度总体比工频测距装置高，但定位的准确度受到线路参数、结构、行波波速不确定等因素的影响。在2009年～2010年期间，河北南部500kV电网安装了山东科汇公司XC-21型和中国电科院WTL-2010型行波测距技术的线路共计跳闸56次，装置正确测距33次，正确率为58.9%，由此说明行波测距技术在实际运行中仍存在一些问题，需要分析原因并改进。为提高行波测距的准确性，采取分布式行波测距方法。该方法通过在线路上分段布置监测点，利用Rogowski线圈采集故障行波信号，先實现故障区间定位再实现区内测距。算法实现时，引入线路长度修正系数和波速在线计算，可以有效降低线路长度不准确、波速误差、行波传播过程中的衰减和畸变以及折反射干扰波对输电线路故障定位的影响，从而提高测距的准确性。在实际应用过程中影响行波法测距精度的主要因素，包括故障类型、故障时电压相角、过渡电阻、雷电波、GPS同步时钟、母线端线路数目、线路类型（包括含串补电容线路）、环境因素等；并提出了相应的解决办法，包括波速在线计算，将行波到达时间与波速结合起来，配置更高精度的GPS接收装置，利用双端原理确定雷击点和闪落位置，采用阻抗法与行波法联合测距等。
4 结语
综上所述，随着行波测距技术在原理上和技术上的不断改进，其可靠性和精度将不断提高，在未来会具有更广阔的应用前景。
参考文献
[1] 马超然.输电线路行波故障定位技术发展及展望[J].继电器，2007，35（24）：11-15，20.
[2] 葛耀中.新型继电保护与故障测距原理与技术（第2版）[M].西安：西安交通大学出版社，2007.