超高压架空输电线路单端行波故障测距原理及应用研究

摘要

超高压输电线路的故障测距不仅可以缩短故障的查找时间，及时恢复供电，而且还能及早发现输电线路的薄弱环节，有效地降低因停电造成的经济损失。因此，精确的故障测距具有极大的社会效益和经济效益，是一项具有重大意义的研究课题。 当输电线路发生故障时，将产生由故障点向线路两端母线传播的暂态行波，故障暂态行波中包含着故障距离的信息，可以实现精确的故障测距。 故障暂态行波是一种突变的奇异性信号，信号中的突变表示行波波头到达了检测母线。小波变换的时频局部化特性非常适合于行波信号的分析，小波变换的模极大值理论可以将对行波波头到达时间的检测转化为对小波变换模极大值出现时刻的检测，从而实现对行波波头到达时间的精确定位。 单端行波测距A型原理利用故障初始行波和第二个行波到达检测母线的时间差定位故障。第二个行波可能是故障点反射波，也有可能是对端母线反射波，测距算法必须能正确识别第二个行波的性质。考虑到变电站母线上均存在一定的对地电容，推导了电压行波在电容处的传播情况，分析结果表明母线分布电容处的初始电压反射系数恒为-1。据此提出了根据第二个反向电压行波初始极性识别其是故障点反射波还是对端母线反射波的方法。理论分析和仿真结果表明该方法具有很高的可靠性且不受故障线路两端母线类型的影响。 由于线路绝缘和技术方面的原因，超高压输电线路多数是水平排列且不换位的，这必将导致三相输电线路的参数存在一定的不对称。对于这种不对称输电线路，本文首先根据线路实际参数进行数值不对称解耦，并采用不对称解耦下的实际模量波速，大大提高了不对称线路故障测距的精度。 同杆共架双回线所需出线走廊窄，能够充分利用有限的走廊资源，同时具有建设速度快，输送能力强，节省投资等优势，因此在现代电力系统中得到了广泛的应用。本文针对“准平衡”的9换位方式，探讨了单端行波测距法在同杆双回线中的应用。同杆双回线的反序网是故障测距的最佳网络，本文以单相接地故障为例详细推导了反序网中的故障初始行波、行波在母线处的传播特性以及行波在故障点处的传播特性，分析结果表明利用反序网故障初始电流行波和对端母线反射波可以实现精确的单端行波测距。 论文的最后对所进行的研究工作进行了总结，并对后续工作进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1. 输电线路故障测距的意义

1.2. 故障测距的要求

1.3. 输电线路故障测距的方法

1.3.1阻抗法

1.3.2行波法

1.3.3智能法

1.4. 本文主要工作

1.5. 本章小结

第二章 超高压输电线路故障行波分析

2.1. 输电线路的数学模型

2.1.1.集中参数模型

2.1.2.分布参数模型

2.1.3.依频参数模型

2.2. 单导线中的波过程

2.2.1 无损单导线的波过程

2.2.2 行波的衰减和畸变

2.3. 行波的反射与折射

2.3.1 行波的折射与反射规律

2.3.2彼得逊法则

2.4. 行波在平行多导线系统中的传播

2.4.1 平行多导线波动方程和相模变换方法

2.4.2 均匀换位线路的相模变换

2.4.3 非对称解耦方法

2.4.4模量传播参数

2.4.5 模分量传播特性分析

2.4.6相模变换示例

2.5. 变电站设备对行波传输的影响

2.5.1 母线接线方式对行波传输的影响

2.5.2 线路阻波器对行波传输的影响

2.5.3 变压器对行波传输的影响

2.5.4 母线杂散电容对行波传输的影响

2.6. 行波故障测距基础

2.6.1 暂态行波中的故障距离信息

2.6.2行波信号的获取

2.7. 本章小结

第三章 小波变换及其奇异性检测理论

3.1. 从傅立叶变换到小波变换

3.2. 小波变换理论

3.2.1.连续小波变换

3.2.2.离散小波变换及二进小波变换

3.3. 多分辨分析和Mallat算法

3.3.1 多分辨分析

3.3.2 Mallat快速小波算法

3.4. 小波变换的奇异性检测理论

3.4.1 Lipschitz指数

3.4.2小波变换模极大值

3.5. 小波变换对暂态行波信号的分析

3.5.1 小波函数的选择

3.5.2分析尺度的选择

3.5.3 三阶B样条小波变换在行波检测中的应用

3.6. 本章小结

第四章 输电线路单端行波故障测距研究

4.1. 单端行波测距算法

4.1.1.单端行波测距原理

4.1.2.单端行波测距算法实现流程

4.2. 单端行波测距波头分析

4.2.1线模行波分析

4.2.2 线模零模交叉透射波

4.2.3其他干扰波

4.2.4 相邻非故障线路的影响

4.2.5 对端母线反射波的识别

4.3. 考虑母线分布电容的第二个反向行波识别方法

4.3.1 行波在并联电容处的传播特性

4.3.2 识别第二个反向行波的新方法

4.4. 不对称输电线路故障测距研究

4.5. 单端行波故障测距仿真

4.5.1 仿真工具介绍

4.5.2 单端行波测距A型原理仿真实例

4.5.3 考虑母线分布电容的仿真实例

4.5.4 不对称输电线路故障测距仿真实例

4.6. 行波法存在的问题

4.6.1 故障初始角的影响

4.6.2 过渡电阻的影响

4.6.3行波波速的选择

4.7. 本章小结

第五章 同杆双回线单端行波故障测距研究

5.1. 同杆双回线的特点及相模变换

5.1.1.同杆双回线的特点

5.1.2.同杆双回线的换位方式

5.1.3.六序分量法

5.1.4.反向网特点

5.2. 反向网行波分析

5.2.1.故障初始行波

5.2.2.行波在母线处的传播特性

5.2.3.行波在故障点的传播特性

5.2.4.线模零模交叉耦合波

5.3. 利用单端电流行波的同杆双回线测距算法

5.3.1算法的实现

5.3.2模量的选择

5.4. 同杆双回线单端行波故障测距仿真

5.4.1.仿真模型

5.4.2.相邻非故障线路的反射波

5.4.3.行波波头幅值的比较

5.4.4.不同故障类型的仿真

5.5. 本章小结

第六章 总结与展望

致 谢

参考文献

作者在读期间发表的论文清单