行波测距方法原理
《行波测距技术》课件
A 智能电网
行波测距技术可用于智能电网的故 障定位和监测，提高电网的运行效
率和安全性。
B
C
D
物联网
在物联网领域，行波测距技术可为各种传 感器提供高精度、高可靠性的距离测量， 促进物联网的发展和应用。
输电线路
在输电线路中，行波测距技术可用于线路 故障的快速定位和监测，降低线路维护成 本。
行波测距技术的原理
总结词
行波测距技术的原理基于电磁波的传播速度和时间测量。
详细描述
行波测距技术的原理基于电磁波的传播速度和时间测量。它 通过发送行波信号，如超声波或电磁波，并测量该信号在目 标物体上的反射时间，然后根据电磁波的传播速度计算出目 标物体与测量点之间的距离。
行波测距技术的应用场景
总结词
行波测距技术广泛应用于各种需要精确测量距离的领域。
详细描述
行波测距技术广泛应用于各种需要精确测量距离的领域，如无损检测、智能交通 系统、机器人技术、航空航天等。它具有高精度、高可靠性和非接触测量的优点 ，因此在许多领域中得到了广泛应用。
02
行波测距技术的分类
基于电力的行波测距技术
总结词
通过测量电力行波在传输线中的传播时间，计算出传输线长度。
详细描述
基于电力的行波测距技术利用电力行波在输电线路中的传播特性，通过测量行波的传播时间来计算输 电线路的长度。该技术具有精度高、测量速度快、不受地形限制等优点，广泛应用于高压输电线路的 测量。
基于声音的行波测距技术
总结词
通过测量声音行波在介质中的传播时间，计算出距离。
详细描述
基于声音的行波测距技术利用声音行波在空气、水等介质中的传播特性，通过测量行波的传播时间来计算距离。 该技术具有操作简便、成本低廉等优点，常用于短距离测量，如管道长度、水深等。
行波原理
概述电力线路在输送电能时是以电磁波的形式传播的，在忽略电阻和电导的情况下，其线性行波的传播速度为：v=1/sqrt(LC)；将线路的电感和电容代入上式，可以发现架空线路的行波传播速度接近于光速，即v≈3*10^5km/s。
行波波长是指行波相位差正好等于2π的两点之间的距离。
2其它相关行波测距式距离保护原理1引言高压输电线路是电力系统的命脉。
线路发生故障后能快速地切除故障线路并及时找到故障点加以修复，是继电保护工作者孜孜以求的目的。
然而迄今为止，输电线路保护无论是利用工频分量还是暂态高频分量，都只能判断出故障发生的区域，只能达到切除故障的目的。
微机距离保护虽然能给出故障距离，但因精度不高不能满足生产需要，要及时找到故障点对线路加以修复仍需要配备专门的故障测距装置，两个装置有很多相似的功能模块，使得线路投资增加，装置的作用得不到充分发挥。
行波距离保护由于采用输电线路故障后的行波，使得保护装置具有超高速动作的特性；而且利用行波折反射的特点可以精确地计算出故障距离，并同时兼作保护动作判别量和测距输出结果，即集保护和测距为一体，有效解决了以上问题，因而行波距离保护装置的研究极具实用价值。
利用行波进行故障测距[1]的方法早在20世纪50年代就已被提出，并在实际中得到应用。
70年代末，G．W．Swift等指出了行波频率与故障距离之间的关系[2]。
1983年,P.A.Crossly 等人提出了利用相关算法计算行波传播时间进而求得故障距离，通过对故障距离和被保护线路长度的比较决定保护是否动作的行波距离保护方案[3]。
1989年，我国学者根据输电线路故障行波的特征，提出了行波特征鉴别式距离保护[4]，该保护首先利用行波的特征，判断出故障发生的区间，若判断为正方向区内故障，再进一行波特征鉴别式距离保护。
来源:早期行波测距式距离保护的主要不足之处在于：①没有指出正方向区外故障时保护误动的问题；②采用相关算法提取与初始正向行波对应的反向行波误差较大，距离计算精度不高；③由于相关算法的实质是比较两波形的相似性，因而受线路参数的影响较大，当线路为有损或接地电阻较大时，V－、V+波形的相关性降低；④灵敏度不高，要求V－和V+信号有足够的能量，以保证能被正确检测。
行波法在配电网故障测距中的应用
传统的回归方法是一种成熟的算法,利用该模型对统计规律进行分析能较准确地反映出负荷与影响其精度的因素的关系,得出较佳的预测值。通过分析,精确回归预测要求挑选的样本量要尽可能大,最大程度地降低一些不规则的特殊值的影响。通过对负荷特性的详细分析建立合适的模型,使其能够最接近地描述实际情况,同时还应该结合其他模型,进行综合比较,争取最佳预测。根据对实际
测距中的可行性。
一、行波反射与折射原理
行波在线路上传播时,遇到波阻抗不连续点(如故障点
会发生反射与折射。[4-6]反射和折射是行波的重要特性,其
中,反射波是用来实现故障测距的重要依据。
如图1所示,行波U i(入射波沿波阻抗为Z
1
的线路
传播,到达O点,波阻抗由Z
1
变为Z
2
,发生反射和Байду номын сангаас射;
一部分行波U r(反射波沿Z
可以看做是接地电阻R和波阻抗z
i
并联的等
值阻抗,此时电压反射系数为。
二、行波测距方法
利用行波进行故障测距有几种方法,按信号采集位置
可以分为单端测距和双端测距。利用故障产生的行波进行
单端故障测距的方法称为A型行波测距方法,利用故障产
生的行波进行双端故障测距的方法称为B型行波测距方法,
故障后由人工注入脉冲信号单端测距的方法称为C型行波
(4
其中,L为母线M、N之间的线路长度。
(3C型行波测距。C行波原理与A行波原理一样,如图3所示。
该方法不是利用故障发生时产生的行波信号,而是在故障后,由人工向故障线路发射高频脉冲信号,然后检测并识别来自故障点的反射波。测距公式同(3。
(4E型行波测距。E型行波测距是利用线路故障切除后开关重合闸时向线路注入一个合闸电流脉冲。如果线路发生的是永久性短路故障,则合闸脉冲会在故障点被反射回来,利用检测合闸脉冲与反射脉冲的时间差可以测量故障距离,测距公式同(4。如果线路是瞬时性故障,则不会发生反射,线路恢复供电。
配电线路行波故障测距初探朱彪
配电线路行波故障测距初探朱彪摘要：我国中压配电网多采用中性点非有效接地运行方式，线路结构复杂，多存在架空线、电缆混合线路。
线路发生单相接地故障时，由于故障电流微弱，电弧不稳定等原因，使得定位其故障点成为难题；线路发生相间短路故障时，则会造成停电事故。
因此，线路故障的快速准确定位对于提高供电可靠性、减少停电损失有重要意义。
关键词：配电线路；行波故障测距；一、行波测距的应用原理我国目前使用的行波测距技术主要包括单端和双端两种测距原理和方法，单端的测距方法采用较多的是A型的单端测距方法，双端的测距方法主要采用D型的双端测距方法。
单端测距方法中的A型测距方法主要是在线路的一端进行测量工作，通过行波技术测量产生故障的位置到对端母线之间往返一次的时间，从而通过相应的数据来计算故障点到对端母线之间的距离。
双端测距方法中的D型测距方法主要是通过故障点自身造成的行波，通过相关时间的计算来确定故障点到两端之间的距离。
E型和F型的测距方法分别使用断路器合闸和断路器分闸，通过时间来计算相关的距离数据。
以上的测距方法各有特点，总体来说这些技术已经能够在实际的使用过程中发挥很好的作用，具有准确性高、测量方便的特点，但是就目前的技术水平来说行波测距能够发挥更好的测量效果，因此应当加强对于行波测量技术的开发推广和使用。
二、配电线路行波故障测距2.1行波信号的提取暂态行波所覆盖的频带很宽，信号的提取可由电压或电流互感器完成。
高压输电线路普遍采用的电容分压式电压互感器CVT（，截止频率低，传变高频电压信号会带来衰减和相移，因此很少使用。
常规的电流互感器可以传变100kHz以上的电流暂态分量，能够满足行波测距的要求，在实际应用中常用电流互感器提取行波信号。
同时，对于新建变电站使用的电子式电流互感器ECT，提出了相应的行波信号提取方法。
既然行波在传输过程中只有遇到阻抗不连续点才会发生反射和折射，那么录波波形中最有特点的波形部分一定是阻抗不连续点。
行波测距的原理分析以及系统实现
1.背景行波测距在输电网中有着广泛的应用，对于快速定位故障，缩短故障恢复时间有着重要意义。
本文对行波测距的基本原理以及实现方案进行分析，以期对相关装置的开发以及算法研究有所帮助。
2.行波测距原理2.1 行波的特性输电线路如果忽略传输损耗（忽略分布电阻以及对地电导） ，则可以认为是由大量的分布电感和电容组成的。
假设一段线路始端为M，末端为N，在线路中间某一点P发生对地故障，则相当于在P点接入一个等效电源，其电压与此点故障前电压大小相等，方向相反。
假设在t=0时发生故障，则对于分布参数的传输线，故障等效电源会给线路电容充电，在导线周围建立电场并相邻电容充电，线路的分布电容被依次充电，这一过程如同一个电压波在按照一定的速度沿线传播。
同时随着电容的充放电，将有电流流过线路分布电感，也会有一个电流波沿线传播。
因此通过以上分析，线路故障后，会从故障点开始有电压行波和电流行波向线路两端传播。
行波的波速与线路本身的特性有关，速度公式如下，其中L和C为线路单位长度的电感与电容，线路行波的波速只与其绝缘介质的性质有关，与导体的材料和截面积无关。
例如架空线路的行波速度为294km/ms，纸绝缘电缆线路的行波速度为160km/ms，交联聚乙烯电缆的行波速度为170km/ms。
行波在波阻抗发生变化的分界点处会发生反射和折射，例如上图中的N如果为母线，N有几条出线，则在N处会发生反射和折射。
2.2 单端行波测距单端行波测距是在线路的一端安装测量设备，利用线路故障时测量到的第一个行波与反射的第二个行波的时间差计算测量点和故障点之间的距离。
例如下图,在M点安装行波测量设备，M点测量到的第一个行波为i1，i1在M点和故障点F发生两次反射，再次被M点测量到，那么这个时间差为两倍MF距离，因此上面考虑的是故障点距离M点比较近的情况，实际上如果F点距离N点比较近，那么测量到的第二个行波应该是i5。
假设MN的距离为L，则可以计算出如果F点距离M点小于L/2时，第二个行波为i3，否则第二个行波为i5,这两种故障距离的计算公式是不同的。
行波测距
行波行波，英文名称traveling wave.定义：某一物理量的空间分布形态随着时间的推移振幅不变的情况下向一定的方向行进（不断向前推进)所形成、传播方向为无限，故称行波。
1概述电力线路在输送电能时是以电磁波的形式传播的，在忽略电阻和电导的情况下，其线性行波的传播速度为：v=1/sqrt(LC)；将线路的电感和电容代入上式，可以发现架空线路的行波传播速度接近于光速，即v≈3*10^5km/s。
行波波长是指行波相位差正好等于2π的两点之间的距离。
2其它相关行波测距式距离保护原理1引言高压输电线路是电力系统的命脉。
线路发生故障后能快速地切除故障线路并及时找到故障点加以修复，是继电保护工作者孜孜以求的目的。
然而迄今为止，输电线路保护无论是利用工频分量还是暂态高频分量，都只能判断出故障发生的区域，只能达到切除故障的目的。
微机距离保护虽然能给出故障距离，但因精度不高不能满足生产需要，要及时找到故障点对线路加以修复仍需要配备专门的故障测距装臵，两个装臵有很多相似的功能模块，使得线路投资增加，装臵的作用得不到充分发挥。
行波距离保护由于采用输电线路故障后的行波，使得保护装臵具有超高速动作的特性；而且利用行波折反射的特点可以精确地计算出故障距离，并同时兼作保护动作判别量和测距输出结果，即集保护和测距为一体，有效解决了以上问题，因而行波距离保护装臵的研究极具实用价值。
利用行波进行故障测距[1]的方法早在20世纪50年代就已被提出，并在实际中得到应用。
70年代末，G．W．Swift 等指出了行波频率与故障距离之间的关系[2]。
1983年,P.A.Crossly等人提出了利用相关算法计算行波传播时间进而求得故障距离，通过对故障距离和被保护线路长度的比较决定保护是否动作的行波距离保护方案[3]。
1989年，我国学者根据输电线路故障行波的特征，提出了行波特征鉴别式距离保护[4]，该保护首先利用行波的特征，判断出故障发生的区间，若判断为正方向区内故障，再进一行波特征鉴别式距离保护。
利用暂态电流行波的单端测距基本原理
利用暂态电流行波的单端测距基本原理引言近年来，由于微电子技术和通信技术的迅速发展，行波测距方法被赋予了新的生命力。
基于全球定位系统(GPS)同步技术的纯双端行波故障测距装置(D型)已经在加拿大500 kV输电系统运行多年［1］，该装置利用了故障产生的暂态电压行波信息。
以文献［2～7］为基础而研制成功的XC—11输电线路行波故障测距装置基于暂态电流行波，且同时采用了A，D，E三种测距原理。
理论分析和现场运行经验表明，故障距离定位精度可达到一个杆塔之内(误差小于1 km)。
为了进一步提高行波测距的可靠性和精度，文献［8～10］将小波理论成功地应用于行波故障检测领域。
单端量行波故障测距的基本原理是利用测量点感受到的由故障初始行波浪涌经测量端母线反射后所形成的第1个正向行波浪涌与来自故障方向的第2个反向行波浪涌之间的时延计算故障距离，其中正向与反向行波分别是测量点暂态电压与电流关于波阻抗的线性组合。
但由于以下原因，目前国内只采用电流行波进行故障测距：①暂态电压信号不易获取；②波阻抗不易准确获得；③当母线上出线较多时，暂态电压信号比较弱，而暂态电流信号却很强。
本文以同母线上任一“有限长”非故障线路作参考线路，通过比较由故障线路暂态电流与该参考线路暂态电流形成的反向行波浪涌与其对应的正向行波浪涌的极性，识别来自故障方向的行波浪涌，消除来自参考线路远端母线反射波及各种扰动的影响。
1 利用暂态电流行波的单端测距基本原理线路故障后，由于故障点电压的突变将同时产生向着故障线路两侧以接近光速的速度传播的暂态行波，形成第1个反向行波浪涌。
当行波浪涌到达测量端母线时，由于阻抗不连续将同时产生反射和透射，其中的反射波形成第1个正向行波浪涌，它到达故障点后将再次产生反射，从而形成第2个反向行波浪涌。
设测量端感受到的第1个正向行波浪涌为，对应的故障点反射波为，如图1所示，则有如下的行波关系：其中K F为行波在故障点的反射系数；τ为行波在本端母线与故障点之间的传播时间。
输电线路行波测距
行波信号的测量
• 保护与测距利用信号的带宽
– 常规电流、阻抗等保护： 0-1KHz （50Hz） – 阻抗测距装置：0-1KHz（50Hz） – 行波保护： 0-2KHz – 行波测距：0-300KHz，距离分辨率500m
• 电容式电压互感器（CVT）不能传变电压行波，早期行波测 距使用电容分压（耦合器）测量电压行波，安装复杂，需 要额外投资。 • 光PT、CT离商业化应用有距离。
• A型测距装置
–高速拍照，记录故障产生的电压行波，识别电 压脉冲故障点及母线间往返一次的时间计算故障 距离。 –装置复杂，可靠性差。 –50年代试制，没有推广应用。
• B型测距装置
–线路对端的装置在接收到故障电压脉冲后向本 端发送信号，比较本端接收到故障脉冲及对侧信 号的时间差，计算故障距离。 –可靠性较好，但需要常备通信通道，构成复杂。 –在美国、日本等个别国家安装使用，没有大量 地推广应用。
同母线上其他线路反射波的影响
• 故障行波穿过母线透射到其他健全线路上，行波在 健康线路对端被反射回来，影响故障点反射脉冲的 识别。 • 当母线上运行的线路较多时（如4条线路时），母 线行波阻抗接近零，故障行波在其他健全线路上的 透射很小，可以认为母线呈短路状态，可以不考虑 其他线路的影响。
健康线路Ⅰ 健康线路Ⅱ 健康线路Ⅰ 健康线路Ⅱ
中 心 处 理 单 元
DI/DO
人机界面 RS-232
后台工业 PC机
在XC-11行波测距装置得基础上研制成功
主要技术指标与特点
• • • • 测距精度小于1公里 最多监视8条线路 装置本身存储96次故障记录 采用图形式液晶显示器(LCD)，显示装置定值输入 菜单与键入值、装置运行状态信息等。 • 使用一台工业PC机作为后台分析机，读取、分析、 长期保存故障记录 • 与有关变电站的装置通信，交换故障行波到达时间， 计算故障距离。
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Ts1
Ts2
时间
双端电气量D型方法
TsA TsB
A变电站
B变电站
故障点距A变电站 故障点距B变电站
1 (TSA TSB ) v L 2 1 X B (TSB TSA ) v L 2 XA
利用自动重合闸的E型方法
A变电站 B变电站 故障点距A变电站
t
XA 1 1 v t v(TS 2 TS 1 ) 2 2
行波测距方法—原理篇
行波测距法介绍
基本原理：行波在线路上传播速度接近光 速，通过测量电压、电流行波在故障点 及母线（电站）之间的传播时间测距。 测距方法有: 单端电气量A型方法 双端电气量D型方法 利用自动重合闸的E型方法
单端电气量A型方法
A变电站 B变电站 故障点距A变电站
t
XA 1 1 v t v(TS 2 TS 1 ) 2 2
Ts1
Ts2
时间