行波測(cè)距在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

配電自動(dòng)化系統(tǒng)的核心目標(biāo)是通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和控制，提高電網(wǎng)的供電可靠性、經(jīng)濟(jì)性和電能質(zhì)量。行波測(cè)距技術(shù)作為一種先進(jìn)的故障定位方法，無(wú)疑為配電網(wǎng)的故障檢測(cè)和定位提供了新的解決方案。它不僅提高了故障處理的效率，還為供電質(zhì)量的提升和電力供應(yīng)的穩(wěn)定性提供了有力保障。

一、行波測(cè)距技術(shù)概述

行波測(cè)距技術(shù)是一種通過(guò)分析行波在故障點(diǎn)與非故障點(diǎn)之間傳播速度的差異來(lái)實(shí)現(xiàn)故障定位的方法。當(dāng)配電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，會(huì)在故障點(diǎn)處產(chǎn)生向兩側(cè)傳播的行波。這些行波在傳播過(guò)程中，會(huì)遇到不同的阻抗和介質(zhì)，從而出現(xiàn)反射、折射等現(xiàn)象。通過(guò)捕捉這些行波信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行處理和分析，可以確定故障點(diǎn)的位置。行波測(cè)距技術(shù)在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用具有以下幾方面優(yōu)勢(shì)，第一，精度高。行波測(cè)距技術(shù)利用行波的傳播速度和不同裝置來(lái)捕獲行波波頭時(shí)間差，從而實(shí)現(xiàn)故障定位，其精度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的阻抗法等方法。第二，速度快。行波在電力線路中的傳播速度接近光速，因此行波測(cè)距技術(shù)可以在極短的時(shí)間內(nèi)確定故障點(diǎn)的位置，有利于快速鎖定故障點(diǎn)，進(jìn)而縮短供電的恢復(fù)時(shí)間。第三，適用范圍廣。行波測(cè)距技術(shù)適用于各種電壓等級(jí)和線路類型的配電系統(tǒng)，可以檢測(cè)出三相短路、相間短路、單相接地等多種類型的故障，具有較高的通用性。第四，抗干擾能力強(qiáng)。行波測(cè)距技術(shù)主要捕捉的是行波信號(hào)，對(duì)正常負(fù)載電流、電壓波動(dòng)等干擾信號(hào)的敏感度較低，因此具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

二、行波測(cè)距技術(shù)在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

（一）故障定位

在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，行波測(cè)距技術(shù)主要用來(lái)進(jìn)行故障定位。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，故障線路的定位裝置先采集到故障行波信號(hào)，非故障相的定位裝置后采集到故障行波信號(hào)；同一條線路上，靠近故障點(diǎn)的定位裝置先采集到故障行波信號(hào)，遠(yuǎn)離故障點(diǎn)的定位裝置后采集到故障行波信號(hào)。根據(jù)采集到行波信號(hào)的先后順序和暫態(tài)零序特征，便可進(jìn)行選線和選相。

1.單相高阻接地故障預(yù)警及定位

高阻接地故障定位的原理是通過(guò)采集配網(wǎng)架空線路高阻單相接地放電行波信號(hào)和電場(chǎng)變化情況，結(jié)合零序電流完成接地故障的綜合研判。監(jiān)測(cè)并分析故障行波信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單相接地故障的精確定位，及時(shí)預(yù)警以免線路故障發(fā)生進(jìn)一步惡化，從而造成短路故障等重大事故。

2.故障區(qū)段定位

在線路故障定位裝置作為分界點(diǎn)的情況下，行波測(cè)距技術(shù)能夠精確地將線路劃分為若干個(gè)區(qū)間。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，行波測(cè)距技術(shù)能夠迅速捕捉到初始行波信號(hào)，并結(jié)合零序電流波形的變化，準(zhǔn)確判定故障點(diǎn)所在的區(qū)間。這種定位方式不僅極大程度地縮小了故障點(diǎn)的查找范圍，還能夠快速區(qū)分故障是發(fā)生在主干線路還是分支線路，是用戶側(cè)故障還是電網(wǎng)故障。此外，行波測(cè)距技術(shù)的故障定位功能還具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，能夠在各種復(fù)雜的電網(wǎng)環(huán)境和氣候條件下進(jìn)行準(zhǔn)確的工作，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

3.故障點(diǎn)精確定位

對(duì)于行波測(cè)距技術(shù)在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的故障定位應(yīng)用，精準(zhǔn)定位故障點(diǎn)是其核心功能之一。通過(guò)7×24 h的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，能夠在線路發(fā)生故障時(shí)迅速進(jìn)行定位，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，定位精度小于100 m。其定位原理基于的是行波雙端測(cè)距，利用線路故障時(shí)所產(chǎn)生的高頻行波信號(hào)進(jìn)行測(cè)算。通過(guò)采集故障初始行波并記錄波頭時(shí)間，再結(jié)合線路長(zhǎng)度和波速，便可準(zhǔn)確計(jì)算出故障點(diǎn)的位置。

（二）故障隔離與恢復(fù)供電

行波測(cè)距技術(shù)在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用不僅體現(xiàn)在故障定位上，在故障隔離與恢復(fù)供電環(huán)節(jié)中也發(fā)揮著很重要的作用。一旦系統(tǒng)通過(guò)行波測(cè)距技術(shù)精確鎖定了故障點(diǎn)的位置，配電自動(dòng)化系統(tǒng)就會(huì)迅速啟動(dòng)預(yù)設(shè)的隔離策略。這一策略能夠?qū)⒐收蠀^(qū)域與非故障區(qū)域有效隔離開(kāi)來(lái)，從而防止故障進(jìn)一步蔓延，保障電力系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。與此同時(shí)，配電自動(dòng)化系統(tǒng)還可以根據(jù)實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和負(fù)荷情況，智能化地調(diào)整運(yùn)行方式。這種調(diào)整不僅考慮到系統(tǒng)的供電可靠性，還兼顧了能源的高效利用。通過(guò)自動(dòng)切換供電路徑、優(yōu)化負(fù)荷分配等操作，系統(tǒng)能夠確保非故障區(qū)域的供電不受影響，最大程度地減少停電范圍和時(shí)間。

（三）系統(tǒng)優(yōu)化與升級(jí)

配電自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)持續(xù)收集并分析歷史故障數(shù)據(jù)，能夠深入洞察電網(wǎng)的運(yùn)行狀況。在這些數(shù)據(jù)中，行波測(cè)距技術(shù)所提供的高精度故障位置信息尤為關(guān)鍵，它不僅幫助系統(tǒng)準(zhǔn)確定位了過(guò)去的故障點(diǎn)，還揭示了電網(wǎng)中可能存在的薄弱環(huán)節(jié)和潛在風(fēng)險(xiǎn)?；谶@些寶貴的信息，配電自動(dòng)化系統(tǒng)能夠制定針對(duì)性的優(yōu)化策略，例如，對(duì)于頻繁發(fā)生故障的區(qū)段，系統(tǒng)建議可以增設(shè)檢測(cè)設(shè)備、改善線路質(zhì)量或優(yōu)化設(shè)備布局，以降低未來(lái)故障發(fā)生的可能性。同時(shí)，針對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，系統(tǒng)可以提前進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，確保電網(wǎng)持續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行。此外，行波測(cè)距技術(shù)還在電網(wǎng)升級(jí)中發(fā)揮著重要作用。通過(guò)對(duì)比分析新舊電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的行波傳播特性，系統(tǒng)能夠對(duì)升級(jí)后的電網(wǎng)性能進(jìn)行更準(zhǔn)確的評(píng)估，從而為電網(wǎng)規(guī)劃和改造提供科學(xué)依據(jù)。

三、行波測(cè)距技術(shù)在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)路徑

行波測(cè)距技術(shù)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要依賴于兩大組成部分，即硬件設(shè)備和軟件算法。下文將對(duì)這兩大組成部分進(jìn)行深入探討。

（一）硬件設(shè)備

在硬件設(shè)備方面，配電自動(dòng)化系統(tǒng)為了運(yùn)用行波測(cè)距技術(shù)，必須先配備專業(yè)的行波采集裝置。這些裝置應(yīng)綜合考慮負(fù)載分布情況、線路故障可能發(fā)生區(qū)域等情況，根據(jù)相應(yīng)的策略分布安裝在配電網(wǎng)線路上，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)捕捉和記錄行波信號(hào)。這些信號(hào)如同電網(wǎng)的“脈搏”一般，攜帶著關(guān)于電網(wǎng)狀態(tài)和故障的重要信息。行波采集裝置的靈敏度和準(zhǔn)確性直接決定了測(cè)距技術(shù)的效果。與此同時(shí)，時(shí)間同步模塊也扮演著關(guān)鍵角色。由于電力系統(tǒng)中的故障行波傳播速度極快，微小的時(shí)間差都可能造成測(cè)距結(jié)果的顯著偏差，所以時(shí)間同步模塊需要確保所有行波采集裝置在時(shí)間上嚴(yán)格同步，以期為后續(xù)的測(cè)距計(jì)算提供準(zhǔn)確的時(shí)間基準(zhǔn)。例如，在江西宜春配電自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用中，廣域分布的行波采集裝置時(shí)間同步精度小于10 ns，經(jīng)過(guò)多次實(shí)際故障分析，故障定位精度小于100 m。

（二）軟件算法

行波測(cè)距技術(shù)的真正“大腦”是對(duì)行波信號(hào)進(jìn)行深度處理和分析的軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用一系列先進(jìn)的算法，包括濾波、去噪、波形識(shí)別等，從原始的行波信號(hào)中提取出有價(jià)值的信息。這些算法不僅要能夠準(zhǔn)確地識(shí)別出行波信號(hào)的特征，還要排除各種干擾因素，如負(fù)荷變化、諧波干擾等。在提取出有用信息后，軟件算法要進(jìn)一步利用行波的傳播速度和時(shí)間差等物理參數(shù)，通過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，精準(zhǔn)地確定故障點(diǎn)的位置。

四、典型案例及分析

本項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中，根據(jù)行波測(cè)距裝置自身的技術(shù)特點(diǎn)，選取多條10 kV線路進(jìn)行部署。其中以10 kV高村三線最為典型，該條線路的長(zhǎng)分支線路較少，且配電線路地形復(fù)雜，接地故障發(fā)生較為頻繁，是適用于驗(yàn)證行波測(cè)距性能的配電線路。本項(xiàng)目共部署了5套（每套按三相分別安裝3臺(tái)）行波測(cè)距裝置，相鄰兩套裝置之間形成對(duì)端，在主干線路的2#桿、36#桿、81#桿上各部署1套，在主干37#桿分出的段心支線30#桿、段心支線69#桿上各部署1套。將范圍精準(zhǔn)定位在主干線路2#桿～81#桿及段心支線69#桿以內(nèi)，其他范圍可實(shí)現(xiàn)故障定性判斷，不能實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)精確定位。

配電線路上發(fā)生任何擾動(dòng)（包含短路故障、接地故障）時(shí)，擾動(dòng)部位的電氣量都會(huì)以行波的形式向線路其他部分傳播。當(dāng)故障點(diǎn)處于精確定位范圍內(nèi)時(shí)，兩套裝置形成的對(duì)端就會(huì)分別采集到電流極性相反的行波，再將采集到的行波波頭時(shí)間代入圖3所示的計(jì)算公式中，即可計(jì)算得到故障點(diǎn)與裝置之間的距離。當(dāng)故障點(diǎn)不在精確定位范圍內(nèi)時(shí)，各行波測(cè)距裝置采集到的電流極性相同，將行波波頭時(shí)間代入計(jì)算公式中，計(jì)算得到的結(jié)果是形成對(duì)端的行波測(cè)距裝置之間的距離，因此對(duì)故障定位無(wú)實(shí)際意義。

該線路在2023年11月22日晚，發(fā)生多次間歇性單相接地，運(yùn)維人員根據(jù)行波測(cè)距裝置結(jié)果鎖定故障點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了故障的快速排除。在19:22:37時(shí)刻，系統(tǒng)根據(jù)工頻電場(chǎng)變化判斷存在單相接地故障，啟動(dòng)行波智能分析，發(fā)現(xiàn)主線35#桿C相裝置與主線81#桿C相裝置、段心支線30#桿C相裝置電流行波極性相反，且主線81#桿采集到的時(shí)間晚于段心支線30#桿，所以得出故障發(fā)生在主干35#桿與段心支線30#桿之間。時(shí)間差為1 429 ns，線路長(zhǎng)度約為1 600 m，計(jì)算結(jié)果為距主線35#桿678 m，距段心支線30#桿922 m，推算故障點(diǎn)在段心支線8#桿附近。經(jīng)運(yùn)維人員現(xiàn)場(chǎng)巡線發(fā)現(xiàn)，在段心支線6#桿T接水電站處刀閘存在間隙打火現(xiàn)象，故障點(diǎn)位于系統(tǒng)誤差范圍以內(nèi)。

五、結(jié)語(yǔ)

行波測(cè)距技術(shù)以其高精度、快速響應(yīng)等優(yōu)勢(shì)在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用。通過(guò)故障定位、隔離與恢復(fù)供電等功能的發(fā)揮，該技術(shù)為提高供電可靠性和電網(wǎng)安全性提供了有力支持。然而，受限于行波測(cè)距的原理，只能對(duì)行波測(cè)距采集裝置覆蓋區(qū)域內(nèi)進(jìn)行精確定位，對(duì)區(qū)域外的故障可以進(jìn)行定性分析卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)定位功能。另外，面對(duì)信號(hào)干擾、線路參數(shù)不確定性等挑戰(zhàn)以及多分支線路的復(fù)雜環(huán)境，行波測(cè)距技術(shù)仍需不斷加以優(yōu)化和完善。

文章來(lái)源：  《產(chǎn)品可靠性報(bào)告》  http://m.00559.cn/w/kj/32519.html