行波測距在配電自動化系統(tǒng)中的應用

配電自動化系統(tǒng)的核心目標是通過實時數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和控制，提高電網(wǎng)的供電可靠性、經濟性和電能質量。行波測距技術作為一種先進的故障定位方法，無疑為配電網(wǎng)的故障檢測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，還為供電質量的提升和電力供應的穩(wěn)定性提供了有力保障。

一、行波測距技術概述

行波測距技術是一種通過分析行波在故障點與非故障點之間傳播速度的差異來實現(xiàn)故障定位的方法。當配電系統(tǒng)發(fā)生故障時，會在故障點處產生向兩側傳播的行波。這些行波在傳播過程中，會遇到不同的阻抗和介質，從而出現(xiàn)反射、折射等現(xiàn)象。通過捕捉這些行波信號，并對其進行處理和分析，可以確定故障點的位置。行波測距技術在配電自動化系統(tǒng)中的應用具有以下幾方面優(yōu)勢，第一，精度高。行波測距技術利用行波的傳播速度和不同裝置來捕獲行波波頭時間差，從而實現(xiàn)故障定位，其精度遠高于傳統(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，因此行波測距技術可以在極短的時間內確定故障點的位置，有利于快速鎖定故障點，進而縮短供電的恢復時間。第三，適用范圍廣。行波測距技術適用于各種電壓等級和線路類型的配電系統(tǒng)，可以檢測出三相短路、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。行波測距技術主要捕捉的是行波信號，對正常負載電流、電壓波動等干擾信號的敏感度較低，因此具有較強的抗干擾能力。

二、行波測距技術在配電自動化系統(tǒng)中的應用

（一）故障定位

在配電自動化系統(tǒng)中，行波測距技術主要用來進行故障定位。在實際運行過程中，故障線路的定位裝置先采集到故障行波信號，非故障相的定位裝置后采集到故障行波信號；同一條線路上，靠近故障點的定位裝置先采集到故障行波信號，遠離故障點的定位裝置后采集到故障行波信號。根據(jù)采集到行波信號的先后順序和暫態(tài)零序特征，便可進行選線和選相。

1.單相高阻接地故障預警及定位

高阻接地故障定位的原理是通過采集配網(wǎng)架空線路高阻單相接地放電行波信號和電場變化情況，結合零序電流完成接地故障的綜合研判。監(jiān)測并分析故障行波信號，可以實現(xiàn)對單相接地故障的精確定位，及時預警以免線路故障發(fā)生進一步惡化，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的情況下，行波測距技術能夠精確地將線路劃分為若干個區(qū)間。當發(fā)生故障時，行波測距技術能夠迅速捕捉到初始行波信號，并結合零序電流波形的變化，準確判定故障點所在的區(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，是用戶側故障還是電網(wǎng)故障。此外，行波測距技術的故障定位功能還具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，能夠在各種復雜的電網(wǎng)環(huán)境和氣候條件下進行準確的工作，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供了有力保障。

3.故障點精確定位

對于行波測距技術在配電自動化系統(tǒng)中的故障定位應用，精準定位故障點是其核心功能之一。通過7×24 h的實時在線監(jiān)測，能夠在線路發(fā)生故障時迅速進行定位，并將數(shù)據(jù)實時上傳到配電自動化系統(tǒng)中，定位精度小于100 m。其定位原理基于的是行波雙端測距，利用線路故障時所產生的高頻行波信號進行測算。通過采集故障初始行波并記錄波頭時間，再結合線路長度和波速，便可準確計算出故障點的位置。

（二）故障隔離與恢復供電

行波測距技術在配電自動化系統(tǒng)中的應用不僅體現(xiàn)在故障定位上，在故障隔離與恢復供電環(huán)節(jié)中也發(fā)揮著很重要的作用。一旦系統(tǒng)通過行波測距技術精確鎖定了故障點的位置，配電自動化系統(tǒng)就會迅速啟動預設的隔離策略。這一策略能夠將故障區(qū)域與非故障區(qū)域有效隔離開來，從而防止故障進一步蔓延，保障電力系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。與此同時，配電自動化系統(tǒng)還可以根據(jù)實時的網(wǎng)絡拓撲結構和負荷情況，智能化地調整運行方式。這種調整不僅考慮到系統(tǒng)的供電可靠性，還兼顧了能源的高效利用。通過自動切換供電路徑、優(yōu)化負荷分配等操作，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間。

（三）系統(tǒng)優(yōu)化與升級

配電自動化系統(tǒng)通過持續(xù)收集并分析歷史故障數(shù)據(jù)，能夠深入洞察電網(wǎng)的運行狀況。在這些數(shù)據(jù)中，行波測距技術所提供的高精度故障位置信息尤為關鍵，它不僅幫助系統(tǒng)準確定位了過去的故障點，還揭示了電網(wǎng)中可能存在的薄弱環(huán)節(jié)和潛在風險?；谶@些寶貴的信息，配電自動化系統(tǒng)能夠制定針對性的優(yōu)化策略，例如，對于頻繁發(fā)生故障的區(qū)段，系統(tǒng)建議可以增設檢測設備、改善線路質量或優(yōu)化設備布局，以降低未來故障發(fā)生的可能性。同時，針對潛在風險點，系統(tǒng)可以提前進行預防性維護，確保電網(wǎng)持續(xù)穩(wěn)定地運行。此外，行波測距技術還在電網(wǎng)升級中發(fā)揮著重要作用。通過對比分析新舊電網(wǎng)結構的行波傳播特性，系統(tǒng)能夠對升級后的電網(wǎng)性能進行更準確的評估，從而為電網(wǎng)規(guī)劃和改造提供科學依據(jù)。

三、行波測距技術在配電自動化系統(tǒng)中的實現(xiàn)路徑

行波測距技術之所以能夠實現(xiàn)在配電自動化系統(tǒng)中的應用，主要依賴于兩大組成部分，即硬件設備和軟件算法。下文將對這兩大組成部分進行深入探討。

（一）硬件設備

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

（二）軟件算法

行波測距技術的真正“大腦”是對行波信號進行深度處理和分析的軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用一系列先進的算法，包括濾波、去噪、波形識別等，從原始的行波信號中提取出有價值的信息。這些算法不僅要能夠準確地識別出行波信號的特征，還要排除各種干擾因素，如負荷變化、諧波干擾等。在提取出有用信息后，軟件算法要進一步利用行波的傳播速度和時間差等物理參數(shù)，通過復雜的數(shù)學計算，精準地確定故障點的位置。

四、典型案例及分析

本項目在實施過程中，根據(jù)行波測距裝置自身的技術特點，選取多條10 kV線路進行部署。其中以10 kV高村三線最為典型，該條線路的長分支線路較少，且配電線路地形復雜，接地故障發(fā)生較為頻繁，是適用于驗證行波測距性能的配電線路。本項目共部署了5套（每套按三相分別安裝3臺）行波測距裝置，相鄰兩套裝置之間形成對端，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。將范圍精準定位在主干線路2#桿～81#桿及段心支線69#桿以內，其他范圍可實現(xiàn)故障定性判斷，不能實現(xiàn)故障點精確定位。

配電線路上發(fā)生任何擾動（包含短路故障、接地故障）時，擾動部位的電氣量都會以行波的形式向線路其他部分傳播。當故障點處于精確定位范圍內時，兩套裝置形成的對端就會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間代入圖3所示的計算公式中，即可計算得到故障點與裝置之間的距離。當故障點不在精確定位范圍內時，各行波測距裝置采集到的電流極性相同，將行波波頭時間代入計算公式中，計算得到的結果是形成對端的行波測距裝置之間的距離，因此對故障定位無實際意義。

該線路在2023年11月22日晚，發(fā)生多次間歇性單相接地，運維人員根據(jù)行波測距裝置結果鎖定故障點，實現(xiàn)了故障的快速排除。在19:22:37時刻，系統(tǒng)根據(jù)工頻電場變化判斷存在單相接地故障，啟動行波智能分析，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。時間差為1 429 ns，線路長度約為1 600 m，計算結果為距主線35#桿678 m，距段心支線30#桿922 m，推算故障點在段心支線8#桿附近。經運維人員現(xiàn)場巡線發(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，故障點位于系統(tǒng)誤差范圍以內。

五、結語

行波測距技術以其高精度、快速響應等優(yōu)勢在配電自動化系統(tǒng)中實現(xiàn)了廣泛應用。通過故障定位、隔離與恢復供電等功能的發(fā)揮，該技術為提高供電可靠性和電網(wǎng)安全性提供了有力支持。然而，受限于行波測距的原理，只能對行波測距采集裝置覆蓋區(qū)域內進行精確定位，對區(qū)域外的故障可以進行定性分析卻無法實現(xiàn)定位功能。另外，面對信號干擾、線路參數(shù)不確定性等挑戰(zhàn)以及多分支線路的復雜環(huán)境，行波測距技術仍需不斷加以優(yōu)化和完善。

文章來源：  《產品可靠性報告》  http://m.00559.cn/w/kj/32519.html