[摘要]输电线路在电力系统中故障率较高，准确的故障定位技术对于电力系统的安全、可靠、经济运行具有重要作用。利用先进的线路行波故障测距精确地确定故障点距离，具有先进性、精确性、便捷性、免维护等特点。
关键词：±800kV特高压直流输电；行波测距；应用分析
0 引 言
特高压输电线路是电力系统的大动脉。线路故障的准确定位不仅有利于及时修复和快速恢复送电，且对整个电力系统的安全稳定和经济运行都十分重要。因此，故障测距装置定位的准确性非常重要。当线路故障时，故障点将产生向两侧母线运行的行波，行波信号是一种高频暂态信号，有丰富的故障信息，正确识别和提取其中的故障信息，可构成超高速动作的行波保护并实现精准故障测距。
1 直流输电线路行波故障测距基本原理
行波故障测距基本原理可分为A型和D型，其中A型为单端测距，D型为双端测距。目前，在实际应用中将D型作为主要测距原理，将A型作为辅助测距原理。两种原理配合使用，才能获得最佳的测距效果。
1.1 D型行波故障测距原理
D型原理利用线路内部故障产生的初始行波浪涌到达线路两端测量点时的绝对时间之差值计算故障点到两端测量点之间的距离。
如图1，设故障初始行波浪涌以相同的传播速度到达X端和Y端母线（形成各端第一个反向行波浪涌）的绝对时间分别为和，则X端和Y端母线到故障点的距离和可用公式表示为
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式中L为线路长度。
为了准确标定故障初始行波浪涌到达故障线路两端测量点的绝对时间，在线路两端均要安装行波采集系统。两端行波采集系统中必须配备高精度和高稳定度的同步时钟，且需采用内置高精度授时系统的同步时钟实现精确秒同步，使两端系统的时钟误差不超过1us。
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图1 输电线路故障暂态行波传播图
1.2 A型行波故障测距原理
A型原理可分为三种运行模式，即标准模式、扩展模式及综合模式。
①标准模式
标准模式下的A型行波故障测距原理利用线路故障时在测量端感受到的第一个正向行波浪涌与其在故障点反射波之间的时延计算测量点到故障点之间的距离。
如图1，假设Ｘ端为测量端，且行波从母线到故障点的传播方向为正向。故障初始行波浪涌到达测量端时形成本端第一个反向行波浪涌，记为。该行波浪涌在母线的反射波形成本端第一个正向行波浪涌，记为，它将向着故障点方向传播。行波浪涌在故障点的反射波返回测量端时表现为反向行波浪涌，记为。设行波浪涌和之间的时间延迟为，它等于故障暂态行波在测量点与故障点之间往返一次的传播时间，测量点到故障点之间的距离用公式表示为
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式中为波速。
②扩展模式
扩展模式下的A型行波故障测距原理利用线路故障时在测量端感受到第一个反向行波浪涌与经过故障点透射过来的故障初始行波浪涌在对端母线反射波之间的时延计算对端母线到故障点之间的距离。
故障初始行波浪涌在对端母线的反射波到达故障点时将透过故障点向本端母线方向传播，如图1，该透射波到达本端测量点时表现为反向行波浪涌，记为。设行波浪涌与之间的时间延迟为，它等于故障暂态行波在故障点与对端母线之间往返一次的传播时间，对端母线到故障点之间的距离用公式表示为
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③综合模式
综合模式下的A型行波故障测距原理利用线路故障时在测量端感受到第一个正向行波浪涌与第二个反向行波浪涌之间的时延计算故障距离。当第二个反向行波浪涌为本端第一个正向行波浪涌在故障点的反射波时，两者之间的时间延迟对应本端测量点到故障点之间的距离；当第二个反向行波浪涌为对端母线反射波时，它与本端测量点第一个正向行波浪涌之间的时间延迟对应对端母线到故障点之间的距离。
2 行波故障测距先进技术在特高压直流输电线路的应用
2.1 行波故障测距系统主要特点
①先进性。基于行波原理的模量分析方法，实时分析处理故障行波数据，确定故障距离。
②精确性。利用全球GPS时钟系统作为同步时间单元，采用双端行波法测距，即通过计算故障行波到达线路两端的时间差来计算故障位置，误差≦500m。
③便捷性。可在本端和对端的测距系统进行启动定值设定和修改，可相互调取对端测距的数据及文件；可在本端测距主站实现对端测距主站登陆和控制，并可实现对端测距主站故障数据的调用、查看、分析和处理等。
④免维护。具有全面的软硬件自检功能，强大的抗干扰能力，自动化程度高。
2.2 利用GPS信号实现双端装置的精确时间同步
D型双端行波测距要达到≦500m的测距分辨率，两端装置之间的时间同步误差应在1us。特高压直流输电线路行波故障测距系统在装置内部配备了高稳定度晶振构成的时钟，由来自GPS信号接受模块的1PPS脉冲同步，使其走时误差不大于1us。在暂态电流行波脉冲信号出现时，信号检测触发电路翻转，精确地记录下行波脉冲信号到达的时间。
2.3 超高速数据采集
特高压直流输电线路行波故障测距系统采用现代微电子技术实现暂态行波波形的超高速记录，应用数字信号分析处理方法检测行波脉冲到达的准确时间。为确保行波测距分辨率≦500m，行波信号采样频率一般不低于500kHz，行波故障测距系统通过硬件电路设计专门的高速数据采集单元（DAU）。当线路发生故障时，DAU单元在高速缓存下预定时间内的暂态电流行波后立即通知中央处理单元（CPU），CPU即以相对较慢的速度将DAU缓存的数据读入具有防掉电保护功能的大容量存储器中，然后自动分析处理。
2.4 行波浪涌到达时间的准确标定
由于故障行波信号有一定的上升时间以及干扰的影响，信号检测触发电路翻转时间与实际的行波信号到达母线的时间可能有偏差。行波故障测距系统采取数字信号处理方法能准确地检测出行波信号到达的时间。
2.5 远程通信系统
D型双端行波测距法需要知道线路两端装置记录下的初始故障电流行波到达的时间。特高压直流输电线路两端的行波故障测距装置采用数据网方式或2M数据通信方式交换数据，确保数据交换快速、安全、可靠、准确。
3 结束语
特高压直流输电线路行波故障测距装置利用GPS全球卫星定位及行波模量理论来分析线路发生故障时产生的行波信号，精确地确定故障距离。该装置技术先进、实用性强，测距精度不受线路参数、电网运行方式变化、故障位置、故障类型、故障过渡电阻等因数的影响，测距误差≦500m，达到国际领先水平。
参考文献
[1]艾琳，陈为化。高压直流输电线路行波保护判据的研究[J]。继电器，2003.31（10）：40-46。
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