行波測距裝置的研究

董原竹 周書民 汪志成

摘要：伴隨著行波信號(hào)提取、高速數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸?shù)认嚓P(guān)技術(shù)的逐步成熟，多種行波故障測距裝置先后被成功研發(fā)，國內(nèi)外己有多種現(xiàn)代行波故障測距裝置投入實(shí)際運(yùn)行。針對現(xiàn)有的測距裝置的不足，本文提出一種利用高壓脈沖遠(yuǎn)，傳感器以及信號(hào)采集的新的行波測距裝置。

關(guān)鍵詞：行波 測距 裝置

經(jīng)過了國內(nèi)外近二十年的運(yùn)行，行波故障測距裝置應(yīng)對現(xiàn)場復(fù)雜情況的經(jīng)驗(yàn)也積累得越來越多。為行波測距技術(shù)的不斷進(jìn)步和行波理論研究的不斷深入提供了大量的寶貴資料，對行波故障測距技術(shù)逐步走向完善起到了至關(guān)重要的作用。

下面對比較典型現(xiàn)代行波測距裝置和系統(tǒng)做一簡單的介紹。

1.測距裝置國內(nèi)外現(xiàn)狀

（1）Hathaway行波測距裝置

1992年，哈德威儀器公司（Hathaway Instruments Ltd， UK）研制的利用電流暫態(tài)分量的現(xiàn)代行波故障測距裝置原型樣機(jī)，在蘇格蘭電網(wǎng)進(jìn)行了為期一年的試運(yùn)行。1993年，該公司推出由行波采集單元和行波分析系統(tǒng)組成的正式的行波測距系統(tǒng)，并且集成了A、D、E三種行波測距原理?，F(xiàn)場運(yùn)行表明，該系統(tǒng)的故障測距誤差 300m。

（2）B.C.Hydro行波測距系統(tǒng)

1993年，加拿大的不列顛哥倫比亞水電公司（British Colombia Hydro， CA）研制出雙端法中的D型行波測距系統(tǒng)安裝于不列顛哥倫比亞省的多個(gè)500kV變電所，覆蓋線路總長度 5300km，缺點(diǎn)沒有錄波功能。實(shí)際運(yùn)行表明，與哈德威儀器公司研制的行波測距裝置的測距精度相似，該系統(tǒng)的故障定位精度 300m以內(nèi)。

（3）科匯行波測距系統(tǒng)

1995 年， 山東科匯電氣股份有限公司等單位聯(lián)合研制出利用暫態(tài)電流的 XC-11型輸電線路行波故障測距裝置，2000年科匯電氣有限公司又研制出XC-2000行波測距系統(tǒng)，在2008年，科匯電氣有限公司再次推出的GX-2000電力為用戶提供完整的動(dòng)態(tài)故障記錄及線路故障精確定位解決方案，故障測距誤差小于500米。

（4）中國電力科學(xué)研究院WFL-2010輸電線路故障測距系統(tǒng)

2002年，中國電力科學(xué)研究院研制的WLF-2010輸電線路故障測距系統(tǒng)，基于D型行波測距原理，利用小波分析技術(shù)及模量分析方法對輸電線路故障行波信號(hào)進(jìn)行分析。該系統(tǒng)的測距精度在500m以內(nèi)。

（5）山東山大電力SDL-7002行波測距系統(tǒng)

2009年，山東山大電力公司研制了SDL-7002行波故障測距裝置。該裝置在單端、雙端這兩種行波故障測距原理基礎(chǔ)之上，通過小波變換技術(shù)和模量分析等其他行波分析方法，結(jié)合了多種行波故障測距優(yōu)化算法。該系統(tǒng)已在聊城、嘮山等站投入運(yùn)行，目前運(yùn)行狀況比較良好。

2.裝置總體設(shè)計(jì)

針對以上測距裝置效率不高以及運(yùn)營成本大的缺點(diǎn)，我們自行研究了一套行波測距裝置，主要包括三個(gè)部分：高壓脈沖信號(hào)源裝置、高頻行波傳感器和高速采集模塊。高壓脈沖信號(hào)源裝置對故障線路發(fā)出高壓脈沖信號(hào)，經(jīng)高頻行波傳感器采集到模擬行波電壓信號(hào)，然后傳輸給高速采集模塊進(jìn)行記錄、存取故障點(diǎn)行波信號(hào)，最后通過算法軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以判定故障性質(zhì)和故障點(diǎn)位置。

3.測距裝置各部分介紹

測距裝置由三部分組成，高壓脈沖發(fā)生器，首先利用直流高壓發(fā)生器對脈沖電容器進(jìn)行充電，在牽引網(wǎng)線路發(fā)生故障跳閘后，閉合戶外真空斷路器，此時(shí)，脈沖電容器通過真空斷路器對線路放電，在線路上產(chǎn)生高壓脈沖。

第二部分由傳感器組成高頻行波傳感器的檢測原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。當(dāng)行波過電壓在導(dǎo)線上傳播時(shí)，脈沖電流產(chǎn)生脈沖磁場，以 TEM 形式在導(dǎo)線中傳播，磁力線為同心圓形式，沿磁力線的垂直方向放置感應(yīng)線圈，使磁力線穿過該線圈，則脈沖磁場能夠在線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電勢。感應(yīng)電勢在線圈兩端引起電壓 U。高頻行波傳感器等效電路原理圖如圖1。

圖1 高頻行波傳感器等效電路原理圖

第三部分由數(shù)據(jù)采集卡組成，用來存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)的采集。接觸網(wǎng)故障判定裝置使用高速數(shù)據(jù)采集模塊采集記錄、存取故障點(diǎn)行波信號(hào)。高速數(shù)據(jù)采集模塊為多通道獨(dú)立采樣，設(shè)有多種觸發(fā)方式；采樣頻率為100MHz；數(shù)據(jù)的采集深度為64Kbit；采樣精度為12Bit。

本文針對以往接觸網(wǎng)故障測距裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)行了改進(jìn)，提高了效率同時(shí)減小了生產(chǎn)成本。

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