XC21输电线路行波测距装置使用手册.doc

XC-21输电线路行波测距装置使用手册1. 概述 XC-21输电线路行波测距装置(以下简称XC-21)，利用输电线路故障时产生的暂态电流行波信号，采用现代微电子技术研制成功适用于110-500kV输电线路，准确地测定各种线路故障的距离 XC-21有以下特点：1) 装置采用三种测距原理一种是测量故障行波脉冲在母线与故障点来回反射的时间测距，称为单端电气量法，也叫A型测距法具有投资低、不需要两侧通信联络等优点，但由于受母线上其他线路末端反射等因素的影响，测距结果有时不稳定第二种是测量故障行波脉冲传到两端母线的时间差测距，称为两端电气量法，也叫D型法具有原理简单、测距结果可靠等优点，但需要路两侧装设装置并进行通信联络第三种是记录下故障重合闸产生的暂态电流行波波形测距，该方法也叫E型法2) 测量精度高，误差在1km以内，克服了阻抗测距法存在的精度受弧光电阻，线路换位不换位，互感器误差(特别是CT的饱和)等因素影响的缺陷3) 利用来自电流互感器的暂态电流行波信号，不需要特殊的信号耦合设备，投资小，易于推广4) 使用独立于CPU的超高速数据采集单元，记录并缓存暂态行波信号，解决了CPU速度慢，不适应采集处理暂态行波信号的困难。

5) 采用LED显示器，显示装置的时间、日期 、定值输入，装置运行状态与装置内部故障信息6) 当被测线路故障时，装置自动捕捉故障数据，自动存储并通过通讯口将记录的数据自动传给站内PC机供分析处理用7) 装置可储存最新的八次故障八条线路的电流行波波形，设有掉电保护，所有的记录数据在装置失电时均不会丢失8) 装置具有完整的软、硬件自检功能，抗干扰能力强2. 主要技术指标1)测量线路数： 1—8条 测量线路长度： 600Km2)电流量输入个数： 24路每条线路需要3路输入 电流输入额定值： 5A/1A 电流回路负担： < 0.4VA(In = 5A)；< 0.2VA(In = 1A) 电流回路过载能力： 40倍电流额定值，1秒3)开关量输入： 2路4)开关量输出： 2路空接点 接点容量： 28VDC/2A，250VAC/0.5A5) 数据采集长度： 4K 连续两次触发记录的时间间隔： < 50 ms 可储存的故障数据次数： 8次8回线6)GPS时间信息输入方式： RS-422 串行口 1PPS脉冲输入幅度： 5V 1PPS脉冲输入时间精度： 1us7)测距误差： < 1Km8)输出方式： RS-232通讯口 波特率（1200、2400、4800、9600、19200）可选9)电源输入： 220V AC/DC，允许电压波动10%10)交流工作频率： 50/ 60Hz11)工作环境温度： 0℃- 40℃ 抗干扰性能： 符合国标GB6162 绝缘耐压标准： 符合部标DL47812)结构： 19”，4U屏装 外形尺寸： 482 x 177 x 318mm 重量： 10 Kg3.XC-21的测距原理XC-21利用行波在输电线路上有固定的传播速度这一特点，通过检测故障暂态电流行波在故障点与母线之间的传播时间测距。

本节简单地介绍一下装置的基本工作原理，以帮助运行人员更好地了解本装置3.1单端电气量行波测距原理(A型)在被监视线路发生故障时，故障产生的电流行波会在故障点及母线之间来回反射装设于母线处的行波测距装置接入来自电流互感器二次侧的暂态电流行波信号，使用模拟高通滤波器滤出行波波头脉冲，记录下如下页图3.1所示的暂态电流行波波形，根据到达母线的故障初始行波脉冲S1与由故障点反射回来的行波脉冲S2之间的时间差来实现故障测距，找出故障点 设波速度为， 故障初始行波以及由故障点反射波到达母线的时间分别为Ts1、Ts2，则故障距离XL为 （3－1）2TS2TS1RSF t i(t)故障初始行波故障点反射波TS1TS2TS3(a)(b) (a)F点故障时的行波传播示意图；(b)线路L始端S处的波形图 图3.1 行波传播示意图及波形图在相间故障存在较大的过渡电阻以及单相接地故障时，对端反射波在故障点有较大的透射，当故障点路中点以内时，来自故障线路方向的第二个行波波头是故障点反射波，根据它与故障初始行波的时间差，利用公式（3-1）来实现测距。

当故障点路中点以外时，来自线路方向的第二个行波波头是来自故障线路对端的反射波，如下页图3.2所示，根据它与故障初始行波的时间差，可以计算出故障点距对端的距离为 （3－2） 由此可见，测出故障行波与第二个来自故障线路方向的行波波头之间的时间差，即可找出故障点的位置 XC-21利用故障行波之间的关系，自动识别故障电流行波波形计算故障距离，但由于装置的数字处理能力有限，在电流行波波形较复杂时，往往不能有效地计算出故障距离科汇公司提供在PC机上运行的“故障行波分析”软件，可应用该软件分析处理由PC机从装置直接读出或远传上来的电流行波数据，识别故障点位置关于线路故障时产生的各种电流行波波形的分析详见附录A“线路故障暂态行波过程”的介绍RTS2TS3TS1SF t i(t)故障初始行波故障点反射波TS1TS2TS3对端反射波 (a)F点故障时的行波传播示意图；(b)线路L始端S处的波形图 图3.2 远端故障波形示意图3.2两端电气量行波测距原理（D型） 设故障初始行波波头到达两侧母线的时间分别为TS和TR， 如下图3.3，装于线路两端测距装置记录下行波波头到达两侧母线的时间，则故障距离可由下式来算出： XS=[(TS-TR)·v+L]/2 (3－3) XR=[(TR-TS)·v+L]/2 (3－4) 两端测距法由于只使用初始行波波头分量， 不需要考虑后续的反射与透射行波，原理简单，测距结果可靠。

但是两端测距的实现要路两端装设测距装置及时间同步装置（GPS时钟），并且两侧要进行通信交换记录到的故障初始行波到达的时间信息后才能测出故障距离来如不具备自动通信条件， TRTSRSF T图3.3 F点故障时行波向两端母线的传播示意图可借用联系，人工交换记录到的故障初始行波到达的时间，利用（3-3）、（3-4）式来计算故障距离3.3利用重合闸产生的暂态电流行波测距原理（E型）TS2TS1RSF 线路故障后，在继电保护的作用下、线路开关将动作于跳闸；之后，线路开关在重合闸装置的作用下，将再次闭合于发生过故障的线路此时若故障点未消失且是低电阻状态，则开关合闸产生的暂态行波脉冲在故障点和母线间形成往复反射，如图3.4所示，据此，也可构成行波测距，测距公式同式（3-1）图3.4 由重合闸所产生的行波传播示意图实际上大部分的故障是高电阻故障，路两侧开关跳开线路失压后，故障点呈现高电阻（达数千欧以上）状态合闸脉冲到达高电阻故障点后并不产生明显的反射，在经过一段时间后故障点电离击穿放电，产生如正常线路故障时类似的电流行波波形下页图3.5给出了一高电阻故障在重合闸电压作用下击穿放电产生的电流行波波形，在图中，第一个波头是合闸脉冲，第二个波头是故障点击穿传过来的故障点放电脉冲，而后续脉冲是故障点放电脉冲在故障点与母线之间来回反射造成的。

在这种情况下，不要误把第二个脉冲误认为是合闸行波脉冲在故障点的反射而用它的时间计算故障距离，实际上故障距离要用故障点放电脉冲与后续的故障点射脉冲之间的时间差计算当由于某种原因使得单端行波测距对于第二个波头漏检或误检时，可能导致测距失败；此时，如果重合闸所产生的行波能够使得装置启动，记录下重合闸产生的暂态电流行波信号，则XC-21也能够测出故障距离来4. XC-21的构成4.1装置的结构XC-21输电线路行波测距装置由一块CPU板、一块IO板、四块DAU板及电源板等组成，采用插件式结构，其中MODEM插件做功能扩展时使用，24路电流变换器置入装置内部控制按键、显示器、指示灯装于装置的前面板上；2路开关量输入、2路开关量输出、24路电流输入端子排以及与PC机、GPS (a)F点故障时的行波传播示意图；(b)线路L始端S处的波形图 图3.5 由重合闸所产生的行波传播及波形示意图tTS2TS1RSF i(t)合闸脉冲TS1(a)故障点反射波TS2TS3(b)同步时钟的接口插座等置于装置的后面板上，其外形结构如图4.1所示图4.1 XC-21的外型结构及尺寸根据功能划分，XC-21有以下几个基本组成部分，它们分别是：中央处理单元(CPU)、高速数据采集单元(DAU)、IO接口单元、GPS接口单元、人机界面、模拟信号输入和电源等几部分。

图4.2示出了XC-21的组成框图图4.2 XC-21 原理框图 （1）中央处理单元（CPU） 中央处理单元是XC-21的核心，由它实现定值整定、系统参数的输入，形成故障数据文件，协调各个子板的工作，实现机间通信、显示和键盘控制等功能 （2）高速数据采集单元（DAU） 高速数据采集单元实现故障检测，行波故障数据的采集、记录和处理，并把采集到的数据传送给中央处理单元 （3）GPS接口单元GPS接口。