株洲电网故障行波定位系统

株洲电网故障行波定位系统为国内首个基于电压行波的电网故障定位网络,由11个变电站安装的故障行波定位装置和安装在调度的故障行波定位主机组成.介绍行波波头信号的检测、高精度GPS同步时钟信号的产生、故障定位计算、故障定位装置硬件和软件及故障定位结果发布,并分析现场运行结果,定位误差小于105 m.     

GPS行波故障定位

输电线路行波故障定位具有很高的精度,但需要高速A/D采集,海量数据存贮,复杂的行波波头辩识,且对发展性故障、近距故障的测量处理比较困难.针对这些问题提出采用一种专用行波波头检测传感器、并与高精度的GPS时钟和一种直接存贮行波波头时刻的高效存取方法相配合,进而在电力网中构成GPS行波测量网络.     

基于Hilbert-Huang变换的行波法高压输电线路故障定位

输电线路发生短路故障时,产生的故障暂态行波是一种非线性、非平稳信号。准确提取行波波头信号,是行波法故障定位的关键。将Hilbert-Huang变换这一非平稳信号处理工具应用于故障行波波头的检测,实现故障定位。利用GPS同步采集输电线路双端故障前后一段时间的电流数据,对其进行经验模态分解,将得到的高频模态分量进行Hilbert变换,得到相应的时间-频率谱图。时频图上的频率突变时刻即为行波波头的到达时刻。Matlab仿真结果表明,该方法能准确捕捉行波波头的到达时刻,有较高的定位精度。     

基于VMD-Hilbert变换的故障行波定位研究

针对现有行波检测方法中小波变换和希尔伯特黄变换的不足,提出一种基于VMD-Hilbert变换的故障行波检测方法。通过对行波传感器采集到的故障行波信号进行VMD分解,利用Hilbert变换提取模态分量的特征量来标定初始波头的到达时间。针对行波定位精度受波速不确定性影响的问题,基于故障初始行波零模分量和线模分量波头的到达时刻,提出一种与波速无关的双端定位算法。ATP/EMTP仿真结果表明,VMD-Hilbert行波检测方法能有效标定行波波头时间,定位算法无需知道故障发生时刻和故障反射行波波头的到达时刻,进一步提高了故障定位的精度。     

微弱行波下多分支配电网故障定位

为了解决多分支配电网在故障行波微弱时行波波头标定困难和传统行波定位法无法适应多分支复杂结构的问题，提出一种基于多分辨率奇异值分解(MRSVD)-变分模态分解(VMD)的行波波头检测方法和一种基于行波到达时刻的多分支配网故障定位方法。利用MRSVD对微弱行波进行降噪处理，以奇异值差值决定分解尺度，然后对降噪后的信号进行VMD分解，并重构中高频段的模态分量，最后用对称差分能量算子(SDEO)标定重构信号的行波波头，获取行波到达时间；利用行波到达时刻构造故障发生时间矩阵，搜索故障所在分支区段，然后构造故障定位时间矩阵，根据线路长度与时间的比值关系，实现精准测距。仿真结果表明，所提方法能有效标定微弱行波波头，实现多分支配网的故障区段定位和精准测距。     

利用GPS的输电线路行波故障测距研究

输电线路发生了故障后，故障点将产生向两侧变电站母线运动的行波，利用ＧＰＳ记录两侧行波波头到达的时间，可实现输电线路精确故障测距。根据这一原理研制成功的输电线路行波故障测距装置ＸＣ－１１已投入试运行。模拟试验结果表明：该装置具有很高的准确度。     

基于改进变分模态分解的电缆行波故障定位研究

提出一种基于改进变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)与魏格纳威尔分布(Wigner Ville distribution,WVD)算法相结合的电缆单端行波故障定位方法.该方法通过瞬时频率均值的变化对变分模态分解预设尺度进行优化,对故障行波信号进行模态分解;并对高阶本征模态进行魏格纳威尔分布,通过故障行波的瞬时能量曲线,对故障初始行波波头和第一次反射波波头的到达时刻进行标定,从而实现单端电缆行波故障定位.仿真搭建长沙某预制舱式变电站输电线路模型,分析结果表明,该方法能有效地进行预设尺度分解,准确确定波头到达时间,为电缆行波故障定位提供了一种简单实用方法,具有一定的工程应用价值.     

输电线路双端行波故障定位新算法

双端行波故障定位原理简单,但受行波波速的不确定、输电线路长度差异以及行波波头到达时间记录不准确等因素的影响,容易出现较大的定位误差.在常规双端行波故障定位原理的基础上,提出了一种新型输电线路双端行波故障定位算法,通过记录故障初始行波到达线路两端的时刻、参考端记录的故障点反射行波和对端母线反射行波到达时刻,解方程组得到不受波速和线路弧垂影响的故障定位结果.实际应用结果表明,该算法具有较高的定位精度.     

特高压直流输电线路改进双端行波故障定位方法研究

实现特高压直流输电系统线路故障的准确定位对于提高故障处理效率、确保直流输电系统运行可靠性等均具有重要现实意义。设计了基于改进D型双端行波法的直流输电线路故障定位策略。首先采用导数法对故障发生的时刻范围进行准确判断,进而通过小波模极大值分析确定行波到达线路双端的准确时刻。利用故障行波波头到达测量端的第一次和第二次时刻,设计了改进D型双端行波测距方法,消除了行波波速对故障测距的影响。仿真算例结果表明故障测距结果误差较小,说明改进D型双端行波法具有较高的故障测距精度,同时对不同类型故障和不同过渡电阻具有良好的适应性,也能应用于近区故障定位。     

（19期已排版）基于无迹卡尔曼滤波的行波波头辨识

行波测距的关键问题是行波到达时刻的准确标定。然而系统在过零点发生故障或者经高阻接地短路时,故障行波信号比较微弱,利用奇异性判断行波突变的方法会出现很大的误差。为了准确捕捉故障暂态行波,文中提出了一种新的行波辨识方法,通过分析行波传输特性,构建行波波头数学模型,利用无迹卡尔曼滤波的状态估计能力,对行波波头进行辨识,从而获得行波到达故障检测装置的时刻。仿真结果可以看出,在信噪比较低的情况下,该方法依然能够辨识行波波头,具有很好的工程实用性。     

GPS travelling wave fault locator systems: investigation into theanomalous measurements related to lightning strikes

A new fault location system based on the travelling wave principle and capable of locating faults on power lines to within ±one tower span (300 m) has been successfully developed and applied to BC Hydro's extensive 500 kV network. Unlike earlier schemes which are based on impedance measurements, its accuracy is not affected by load conditions, high grounding resistance and most notably series capacitor banks. This system measures the time of arrival of a fault-generated travelling wave at the line terminals using the precise timing signals from the Global Positioning System (GPS). Operating experience with the fault locator on lightning related faults indicated highly accurate results were obtained for the majority of the cases. In a few of the lightning-caused disturbances, the system gave anomalous measurements. This paper describes the operation of the system, summarizes the operating experience and explains the observed anomalous measurements     

Positional protection of transmission systems using GlobalPositioning System

This paper presents a new technique for the protection of power transmission systems by using the Global Positioning System (GPS) and fault generated transients. In the scheme, the relay contains a fault transient detection system together with a communication unit, which is connected to the power line through the high voltage coupling capacitors of the CVT. Relays are installed at each busbar in a transmission network. These detect the fault generated high frequency voltage transient signals and record the time instant corresponding to when the initial travelling wave generated by the fault arrives at that busbar. The communication unit is used to transmit and receive coded digital signals of the local information to and from the associated relay(s) in the system. At each substation, the relays determine the location of the fault by comparing the GPS time stamps measured locally with those received from the adjacent substations. Extensive simulation studies presented in the paper demonstrate the feasibility of the scheme     

双端主动式行波故障定位方法的研究

提出了一种高压输电线双端主动式行波故障定位方法,该法采用高精度GPS同步技术和高速数据采集与检测技术,当输电线有故障时,在继电保护装置切除线路前,由故障线路两端向线路的故障点发射探测波,高速采集检测、计时线路回波,再结合高速双端探测技与合成波的折、反射分析以及干扰波的识别技术计算和分析以准确定位故障。该法抗干扰能力较强,可靠性和灵活性更好。     

变电站故障录波装置频繁启动原因分析及改进措施

包头供电局古城变电站故障录波装置设置的定值较小、灵敏度较高,因受到周边电气化铁路及高耗能负荷产生的冲击电流及电压波动的影响频繁启动,影响真正故障信息的获取,且频发故障录波动作信号。对此采取在故障录波装置逻辑分析及判断回路中加入反时限过电流保护动作功能、保护跳闸开关量及信号过滤措施,达到了故障录波装置在负荷扰动或电压波动时不启动,不形成故障录波文件、故障录波报告,不向监控装置发录波器动作信号;实现了只有在系统发生故障时才可靠动作,形成完整的故录文件及录波报告,并向监控装置发送故障录波装置动作信号的目的,彻底解决了变电站故障录波装置频繁启动的问题。     

直供方式牵引网故障行波特征分析

给出了适用于带有回流线直供方式牵引网的行波故障测距模型,分析了接触线对钢轨(大地)、接触线对回流线等不同类型故障产生的电压、电流行波特征以及行波在不同结构牵引线路上的传播规律。分析表明:各种故障均可产生可用于故障测距的行波信号,但锚段、站场分段、不等长回流线等特殊线路结构将延缓行波波头上升速度,增加了故障测距技术难度。仿真和现场实际数据验证了分析结果。     

基于整个输电网的电压行波故障定位算法

在双端电压行波定位的基础上,提出了一种基于整个输电网的行波故障定位算法,该算法在某一条线路故障后每个变电站均记录电压行波到达该站的时间,然后由主站根据整个输电网中各变电站所有的时间信息进行融合处理和容错分析,从而在某一台定位装置故障、启动失灵或时间记录错误后仍能进行精确定位。仿真结果表明,该算法具有很强的容错性和很高的定位精度。     

验证小波变换行波故障测距法的现场试验

一般行波故障测距法较少考虑行波传播的色散情况,没有很好解决如何精确确定行波的到达时间和行波传播速度等问题,使测距精度受到影响。为解决现有行波法的不足,提出一种新的利用小波变换技术进行双端行波测距的方法,并用大型现场短路试验对该方法的可行性及实际测距精度进行了验证。文章介绍了现场短路试验的有关情况以及部分试验数据的整理和分析结果,对小波变换测距法与传统行波测距法进行了比较。试验结果表明,小波变换测距法比传统行波测距法准确,且故障时不受电压相角等因素的影响,定位精度在300m以内,因此,将小波变换应用于行波故障测距是可行的。     

一种基于行波测距的输电线路接地故障距离保护方案

对于行波测距式距离保护 ,区分正向与反向故障在理论上已经有较完善的方法 ,但区分正方向区内、区外故障的方法理论上还不完善 ,需要进一步的研究。本文在对现有行波测距方法分析的基础上 ,提出了一种零模测距方法和线模测距方法相结合的输电线路接地故障距离保护方案。考虑到零模波速受频率和线路走廊地理环境影响比较严重 ,本文还分析了接地保护对零模波速误差的要求 ,分析表明保护对零模波速要求比较宽松。大量电磁暂态仿真证明了本保护原理的正确性     

新型输电线路故障综合定位系统研究

传统的基于故障稳态量的常规故障定位及基于故障暂态行波的行波定位都存在一定的局限。文中对常规定位模型进行改进,既简化了计算,又提高了精度,同时对行波定位进行改进,采用专用行波传感器,提高ＧＰＳ同步时钟精度与采样频率,并利用小波变换进行行波波头检测,从而提高了定位精度。把常规定位和行波定位有机结合,研制了输电线路故障综合定位系统,动模实验,高压冲击试验和ＲＴＤＳ试验都表明该综合定位系统具有很强的鲁棒性