行波法的研究始於二十世紀四十年代初，它是根據行波傳輸理論實現輸電線路故障測距的。現在行波法已經成為研究熱點。
簡介,比較,
簡介
(1)早期行波法
按照故障測距原理可分為 A,B,C 三類:
① A 型故障測距裝置是利用故障點產生的行波到達母線端後反射到故障點,再由故障點反射後到達母線端的時間差和行波波速來確定故障點距離的。但此種方法沒有解決對故障點的反射波和對側母線端反射波在故障點的透射波加以區分的問題,所以實現起來比較困難。
② B 型故障測距裝置是利用記錄故障點產生的行波到達線路兩端的時間,然後藉助於通訊聯繫實現測距的。由於這種測距裝置是利用故障產生後到達母線端的第一次行波的信息,因此不存在區分故障點的反射波和對側母線端反射波在故障點的透射波的問題。但是它要求線上路兩端有通訊聯繫,而且兩邊時標要一致。這就要求利用 GPS 技術加以實現。
③ C 型故障測距裝置是在故障發生後由裝置發射高壓高頻或直流脈衝,根據高頻脈衝由裝置到故障點往返一次的時間進行測距。這種測距裝置原理簡單,精度也高,但要附加高頻脈衝信號發生器等部件,比較昂貴複雜。另外,測距時故障點反射脈衝往往很難與干擾相區別,並且要求輸電線路三相均有高頻信號處理和載波通道設備。
比較
三種測距原理的比較:A 型和 C 型測距原理屬於單端測距,不需要線路兩端通信,因都需要根據裝置安裝處到故障點的往返時間來定位,故又稱回波定位法;而 B 型測距原理屬於雙端通訊, 需要雙端信息量。A 型測距原理和 B 型測距原理適用於瞬時性和持久性故障,而 C 型測距原理只適用於持久性故障。
(2)現代行波法
從某種意義上講,現代行波法是早期A 型行波法的發展。60年代中期以來,人們對1926年提出的輸電線路行波傳輸理論行了大量的深入的研究,在相模變換、參數頻變和暫態數值計算等方面作了大量的工作,進一步加深了對行波法測距及諸多相關因素的認識。
1)行波相關法
行波相關法所依據的原理是向故障點運動的正向電壓行波與由故障點返回的反向電壓行波之間的波形相似,極性相反,時間延遲△ t 對應行波在母線與故障點往返一次所需要的時間。對二者進行相關分析,把正向行波倒極性並延遲 △ t 時間後,相關函式出現極大值。
這種方法也存在對故障點的反射波和對側母線端反射波在故障點的透射波加以區分的問題。由於在一些故障情況下存在對側端過來的透射波,它們會與故障點發生的反射波發生重疊,從而給相關法測距帶來很大困難。
2)高頻行波法
高頻行波法與其他行波法不同的是,它提取電壓或電流的高頻行波分量,然後進行數位訊號處理,再依據 A 型行波法進行故障測距。這種方法根據高頻下母線端的反射特性,成功的區分了故障點的反射波和對側母線端反射波在故障點的透射波。
(3)利用行波法測距需要解決的問題
行波法測距的可靠性和精度在理論上不受線路類型、故障電阻及兩側系統的影響,但在實際中則受到許多工程因素的制約。
1)行波信號的獲取
數字仿真表明:故障時線路上的一次電壓與電流的行波現象很明顯,包含豐富的故障信息,但需要通過互感器進行測量。關鍵是如何用一種經濟、簡單的方式從互感器二次側測量到行波信號。一般來說,電壓和電流的互感器的截止頻率要不低於 10khz,才能保證信號不過分失真。用於高壓輸電線路的電容式電壓互感器(CVT)顯然不能滿足要求。利用故障產生的行波的測距裝置,最好能做到與其他的線路保護(如距離保護)共用測量互感器,否則難以套用推廣。為了達到一個桿塔(小於1km)的測距精度,二次側信號上升沿時間應該在幾個微秒之內。實驗研究表明,電流互感器(CT)的暫態回響特性能滿足如此高的回響速度。
所以,行波測距裝置可以與其它保護裝置共用電流互感器,因而易於被推廣使用。
2)故障產生的行波信號的不確定性
故障產生的行波信號的不確定性主要表現在三個方面:
①故障的不確定性
故障的不確定性主要表現在故障發生角和故障類型上。故障發生的時刻是隨機的,它與故障原因和線路狀態等因素有關。同時,故障發生的類型也是不同的, 可以是金屬性故障,也可能是經過大小不一的過渡電阻的短路故障。
②母線接線方式的不確定性
行波測距理論基於行波的傳播及反射，母線上的接線是不固定的，這就引起行波到達母線的不確定性。然而行波測距要求在母線側有足夠強的反射才可能被測到。
③線路及系統其它元件的非線性及依頻特性的影響
由於集膚效應的關係,實際的三相線路存在損耗與參數隨頻率變化的現象。系統中地模參數損耗大且頻率依頻特性嚴重,使暫態行波信號的分析變得複雜和難以準確描述。所以一般使用線模分量進行行波測距。
③故障點反射波的識別
故障點反射波的正確識別是能否準確可靠的進行故障測距的關鍵技術問題。線路上存在大量特性與故障點的反射波極為相似的干擾。正常運行情況下較大的干擾主要來自斷路器和隔離開關的操作,任何上述操作都會產生劇烈的電壓變化。在故障發生後,行波沿輸電線傳播時,也會出現干擾。例如線路的換位點和其它線路的交叉跨越點處都會因波阻抗的變化出現干擾,更增加了識別的難度。故障點反射波識別除了排除線路干擾外,關鍵還在於區分出反射波是來自故障點還是線路對端母線。早期行波法測距的終端設備受當時技術條件的限制,其結構與使用相當複雜,如B型法的同步裝置,C 型法中的高頻和直流脈衝發生裝置等等,這些終端設備和操作上的實時自動化要求增加了行波法測距的技術複雜性和成本,阻礙了行波法測距的更廣泛套用。
④行波信號的記錄與處理
故障產生的暫態行波信號只持續很短時間,經過多次反射後進入穩態,為此必須在故障產生後幾毫秒內記錄下有用的暫態行波信號。此外,為保證測距有足夠的精度,為了採集高頻暫態行波,採樣頻率不能太低,應在百千赫茲數量級。
儘管如此,利用故障行波測距要比實現繼電保護要容易獲得推廣套用的多。使用行波保護的目的在於獲得很高的動作速度( 小於10ms),一個關鍵問題是如何區分故障與其它原因,比如雷擊、系統操作等引起的擾動。而對測距來說不存在這個區分問題。因為它只要做到系統故障後,準確的給出故障距離就行了。通過檢查保護是否動作,可以很容易的知道系統是否出現故障。
總之, 行波法在理論上有許多獨到的優點,可以相信,隨著新型行波測距方法研究的深入,這些問題終將被解決,新型行波法有著非常廣闊的套用前景。
