行波测距在配电自动化系统中的应用

配电自动化系统的核心目标是通过实时数据采集、监控和控制，提高电网的供电可靠性、经济性和电能质量。行波测距技术作为一种先进的故障定位方法，无疑为配电网的故障检测和定位提供了新的解决方案。它不仅提高了故障处理的效率，还为供电质量的提升和电力供应的稳定性提供了有力保障。

一、行波测距技术概述

行波测距技术是一种通过分析行波在故障点与非故障点之间传播速度的差异来实现故障定位的方法。当配电系统发生故障时，会在故障点处产生向两侧传播的行波。这些行波在传播过程中，会遇到不同的阻抗和介质，从而出现反射、折射等现象。通过捕捉这些行波信号，并对其进行处理和分析，可以确定故障点的位置。行波测距技术在配电自动化系统中的应用具有以下几方面优势，第一，精度高。行波测距技术利用行波的传播速度和不同装置来捕获行波波头时间差，从而实现故障定位，其精度远高于传统的阻抗法等方法。第二，速度快。行波在电力线路中的传播速度接近光速，因此行波测距技术可以在极短的时间内确定故障点的位置，有利于快速锁定故障点，进而缩短供电的恢复时间。第三，适用范围广。行波测距技术适用于各种电压等级和线路类型的配电系统，可以检测出三相短路、相间短路、单相接地等多种类型的故障，具有较高的通用性。第四，抗干扰能力强。行波测距技术主要捕捉的是行波信号，对正常负载电流、电压波动等干扰信号的敏感度较低，因此具有较强的抗干扰能力。

二、行波测距技术在配电自动化系统中的应用

（一）故障定位

在配电自动化系统中，行波测距技术主要用来进行故障定位。在实际运行过程中，故障线路的定位装置先采集到故障行波信号，非故障相的定位装置后采集到故障行波信号；同一条线路上，靠近故障点的定位装置先采集到故障行波信号，远离故障点的定位装置后采集到故障行波信号。根据采集到行波信号的先后顺序和暂态零序特征，便可进行选线和选相。

1.单相高阻接地故障预警及定位

高阻接地故障定位的原理是通过采集配网架空线路高阻单相接地放电行波信号和电场变化情况，结合零序电流完成接地故障的综合研判。监测并分析故障行波信号，可以实现对单相接地故障的精确定位，及时预警以免线路故障发生进一步恶化，从而造成短路故障等重大事故。

2.故障区段定位

在线路故障定位装置作为分界点的情况下，行波测距技术能够精确地将线路划分为若干个区间。当发生故障时，行波测距技术能够迅速捕捉到初始行波信号，并结合零序电流波形的变化，准确判定故障点所在的区间。这种定位方式不仅极大程度地缩小了故障点的查找范围，还能够快速区分故障是发生在主干线路还是分支线路，是用户侧故障还是电网故障。此外，行波测距技术的故障定位功能还具有较高的可靠性和稳定性，能够在各种复杂的电网环境和气候条件下进行准确的工作，为电力系统的安全稳定运行提供了有力保障。

3.故障点精确定位

对于行波测距技术在配电自动化系统中的故障定位应用，精准定位故障点是其核心功能之一。通过7×24 h的实时在线监测，能够在线路发生故障时迅速进行定位，并将数据实时上传到配电自动化系统中，定位精度小于100 m。其定位原理基于的是行波双端测距，利用线路故障时所产生的高频行波信号进行测算。通过采集故障初始行波并记录波头时间，再结合线路长度和波速，便可准确计算出故障点的位置。

（二）故障隔离与恢复供电

行波测距技术在配电自动化系统中的应用不仅体现在故障定位上，在故障隔离与恢复供电环节中也发挥着很重要的作用。一旦系统通过行波测距技术精确锁定了故障点的位置，配电自动化系统就会迅速启动预设的隔离策略。这一策略能够将故障区域与非故障区域有效隔离开来，从而防止故障进一步蔓延，保障电力系统的整体稳定性。与此同时，配电自动化系统还可以根据实时的网络拓扑结构和负荷情况，智能化地调整运行方式。这种调整不仅考虑到系统的供电可靠性，还兼顾了能源的高效利用。通过自动切换供电路径、优化负荷分配等操作，系统能够确保非故障区域的供电不受影响，最大程度地减少停电范围和时间。

（三）系统优化与升级

配电自动化系统通过持续收集并分析历史故障数据，能够深入洞察电网的运行状况。在这些数据中，行波测距技术所提供的高精度故障位置信息尤为关键，它不仅帮助系统准确定位了过去的故障点，还揭示了电网中可能存在的薄弱环节和潜在风险。基于这些宝贵的信息，配电自动化系统能够制定针对性的优化策略，例如，对于频繁发生故障的区段，系统建议可以增设检测设备、改善线路质量或优化设备布局，以降低未来故障发生的可能性。同时，针对潜在风险点，系统可以提前进行预防性维护，确保电网持续稳定地运行。此外，行波测距技术还在电网升级中发挥着重要作用。通过对比分析新旧电网结构的行波传播特性，系统能够对升级后的电网性能进行更准确的评估，从而为电网规划和改造提供科学依据。

三、行波测距技术在配电自动化系统中的实现路径

行波测距技术之所以能够实现在配电自动化系统中的应用，主要依赖于两大组成部分，即硬件设备和软件算法。下文将对这两大组成部分进行深入探讨。

（一）硬件设备

在硬件设备方面，配电自动化系统为了运用行波测距技术，必须先配备专业的行波采集装置。这些装置应综合考虑负载分布情况、线路故障可能发生区域等情况，根据相应的策略分布安装在配电网线路上，负责实时捕捉和记录行波信号。这些信号如同电网的“脉搏”一般，携带着关于电网状态和故障的重要信息。行波采集装置的灵敏度和准确性直接决定了测距技术的效果。与此同时，时间同步模块也扮演着关键角色。由于电力系统中的故障行波传播速度极快，微小的时间差都可能造成测距结果的显著偏差，所以时间同步模块需要确保所有行波采集装置在时间上严格同步，以期为后续的测距计算提供准确的时间基准。例如，在江西宜春配电自动化系统的应用中，广域分布的行波采集装置时间同步精度小于10 ns，经过多次实际故障分析，故障定位精度小于100 m。

（二）软件算法

行波测距技术的真正“大脑”是对行波信号进行深度处理和分析的软件系统。该系统采用一系列先进的算法，包括滤波、去噪、波形识别等，从原始的行波信号中提取出有价值的信息。这些算法不仅要能够准确地识别出行波信号的特征，还要排除各种干扰因素，如负荷变化、谐波干扰等。在提取出有用信息后，软件算法要进一步利用行波的传播速度和时间差等物理参数，通过复杂的数学计算，精准地确定故障点的位置。

四、典型案例及分析

本项目在实施过程中，根据行波测距装置自身的技术特点，选取多条10 kV线路进行部署。其中以10 kV高村三线最为典型，该条线路的长分支线路较少，且配电线路地形复杂，接地故障发生较为频繁，是适用于验证行波测距性能的配电线路。本项目共部署了5套（每套按三相分别安装3台）行波测距装置，相邻两套装置之间形成对端，在主干线路的2#杆、36#杆、81#杆上各部署1套，在主干37#杆分出的段心支线30#杆、段心支线69#杆上各部署1套。将范围精准定位在主干线路2#杆～81#杆及段心支线69#杆以内，其他范围可实现故障定性判断，不能实现故障点精确定位。

配电线路上发生任何扰动（包含短路故障、接地故障）时，扰动部位的电气量都会以行波的形式向线路其他部分传播。当故障点处于精确定位范围内时，两套装置形成的对端就会分别采集到电流极性相反的行波，再将采集到的行波波头时间代入图3所示的计算公式中，即可计算得到故障点与装置之间的距离。当故障点不在精确定位范围内时，各行波测距装置采集到的电流极性相同，将行波波头时间代入计算公式中，计算得到的结果是形成对端的行波测距装置之间的距离，因此对故障定位无实际意义。

该线路在2023年11月22日晚，发生多次间歇性单相接地，运维人员根据行波测距装置结果锁定故障点，实现了故障的快速排除。在19:22:37时刻，系统根据工频电场变化判断存在单相接地故障，启动行波智能分析，发现主线35#杆C相装置与主线81#杆C相装置、段心支线30#杆C相装置电流行波极性相反，且主线81#杆采集到的时间晚于段心支线30#杆，所以得出故障发生在主干35#杆与段心支线30#杆之间。时间差为1 429 ns，线路长度约为1 600 m，计算结果为距主线35#杆678 m，距段心支线30#杆922 m，推算故障点在段心支线8#杆附近。经运维人员现场巡线发现，在段心支线6#杆T接水电站处刀闸存在间隙打火现象，故障点位于系统误差范围以内。

五、结语

行波测距技术以其高精度、快速响应等优势在配电自动化系统中实现了广泛应用。通过故障定位、隔离与恢复供电等功能的发挥，该技术为提高供电可靠性和电网安全性提供了有力支持。然而，受限于行波测距的原理，只能对行波测距采集装置覆盖区域内进行精确定位，对区域外的故障可以进行定性分析却无法实现定位功能。另外，面对信号干扰、线路参数不确定性等挑战以及多分支线路的复杂环境，行波测距技术仍需不断加以优化和完善。

文章来源：  《产品可靠性报告》  https://www.zzqklm.com/w/kj/32519.html