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山東科匯電力自動(dòng)化股份有限公司（科匯股份，證券代碼：688681）作為國內(nèi)第一家從事輸電線路故障行波測距裝置和電力系統(tǒng)時(shí)間同步裝置研發(fā)與應(yīng)用的主流設(shè)備提供商，在時(shí)間同步和故障行波測距尤其在兩者之間的關(guān)聯(lián)運(yùn)用方面，擁有豐富的研發(fā)與工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。相關(guān)產(chǎn)品被列為國家重點(diǎn)新產(chǎn)品，先后獲得國家教育部科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)、國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)，遠(yuǎn)銷歐州、南美洲、非洲、亞洲以及中東地區(qū)，國內(nèi)第一條1000kV特高壓輸電線路、第一條±800kV直流輸電線路和阿根廷國家電網(wǎng)公司輸電線路故障行波測距等典型工程案例，獲得用戶一致好評。

一、概述

電力系統(tǒng)輸電線路擔(dān)負(fù)著電力輸送的任務(wù)，在目前大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的情況下，輸電線路特別是重要線路發(fā)生故障后一旦長時(shí)間停運(yùn)，將嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的供電可靠性甚至危及系統(tǒng)安全。因此要求在線路故障后，能夠快速確定故障位置，以及時(shí)修復(fù)故障、恢復(fù)送電。

目前被廣泛使用的輸電線路故障準(zhǔn)確測距技術(shù)——行波測距技術(shù)，基于線路故障后的行波信號，通過線路全長、行波傳播速度、故障時(shí)間等基本參量來計(jì)算故障距離。行波測距技術(shù)在現(xiàn)場廣泛使用雙端測距方法和行波測距聯(lián)網(wǎng)模式下的廣域測距方法，在實(shí)際使用過程中，需要線路雙端或線路拓?fù)渲械男胁y距裝置進(jìn)行精確時(shí)間同步。

輸電線路故障行波測距系統(tǒng)運(yùn)行在雙端或廣域測距模式時(shí)，需要雙端或網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖厦恳槐O(jiān)測點(diǎn)處都能獲得絕對時(shí)間信號（協(xié)調(diào)世界時(shí)）；考慮到時(shí)間信號精度對于測距精度的影響，如要求測距誤差小于500m，兩端測距的時(shí)間誤差應(yīng)不大于3μs；同樣，對于廣域測距模式來講，μs級的時(shí)間同步是其功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，即廣域測距依賴于高精度的時(shí)間基準(zhǔn)。

二、故障行波測距和時(shí)間信號的關(guān)系

1.雙端行波測距和時(shí)間信號的關(guān)系

雙端行波故障測距采集線路故障后兩端暫態(tài)電流或電壓行波信息，利用故障初始行波浪涌到達(dá)線路兩端測量點(diǎn)時(shí)的絕對時(shí)間之差值計(jì)算故障點(diǎn)到兩端測量點(diǎn)之間的距離。

利用線路全長L、故障初始行波浪涌以傳播速度v到達(dá)M端和N端母線的絕對時(shí)間TM和TN，就可以計(jì)算出故障點(diǎn)到M端和N端母線的距離DMF和DNF。

雙端測距技術(shù)測距精確，可靠性高，在線路故障發(fā)生后，可快速自動(dòng)的生成故障測距結(jié)果，在電力系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。雙端測距高度依賴于雙端的時(shí)間同步，時(shí)間同步精度越高，則測距誤差越小，反之亦然。

2.行波廣域測距和時(shí)間信號的關(guān)系

隨著輸電網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，很多輸電網(wǎng)在拓?fù)渖闲纬闪谁h(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。當(dāng)線路上一點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，其行波信號會(huì)沿線路向不同方向傳播，在信號強(qiáng)度大時(shí)，除線路兩端變電站內(nèi)行波測距裝置可以采集到故障行波信號，其相鄰變電站也可以采集到故障行波信號，廣域測距技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在已知線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的情況下，可以獲得故障信號的傳輸路徑，根據(jù)輸電網(wǎng)中不同點(diǎn)行波測距裝置所獲得的故障信號，準(zhǔn)確可靠的計(jì)算故障點(diǎn)位置；此外，在線路兩端行波測距裝置出現(xiàn)故障時(shí)，由相鄰裝置所獲得的數(shù)據(jù)計(jì)算故障點(diǎn)位置，達(dá)到了測距系統(tǒng)的冗余配置。

廣域行波測距實(shí)現(xiàn)算法是以最早檢測到故障行波初始的變電站為參考變電站（Substation-N），然后搜尋獲得鄰近變電站啟動(dòng)時(shí)間隊(duì)列（Substation-K、V、P、Q）；再使用基于路徑的雙端測距公式，代入鄰近變電站與參考變電站啟動(dòng)時(shí)間，獲得可能的測距結(jié)果集；最后由測距結(jié)果集搜尋故障初始行波傳播到各變電站的可能傳播路徑模式與實(shí)際記錄的各變電站啟動(dòng)時(shí)間匹配度最好的傳播路徑模式對應(yīng)的故障點(diǎn)，為真正的故障點(diǎn)。

廣域測距除了需要知道輸電網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系外，還依賴于各點(diǎn)行波測距裝置所標(biāo)定的故障精準(zhǔn)時(shí)間，并基于此計(jì)算出的故障點(diǎn)位置，在實(shí)際測距中，當(dāng)有一點(diǎn)或多點(diǎn)時(shí)間同步失敗時(shí)，則會(huì)造成廣域測距失敗。

三、時(shí)間同步精度對行波測距的影響

行波測距基于線路故障初始行波浪涌到達(dá)精準(zhǔn)時(shí)刻、波速度及線路長度，其計(jì)算誤差受線路長度、波速度和時(shí)間精度影響。

線路兩端的精準(zhǔn)時(shí)間同步是雙端行波測距的基礎(chǔ)，如果兩端時(shí)間失步過大（一般來講超過3～5μs），則可能造成雙端測距失敗。假設(shè)時(shí)間引入誤差為1μs，按故障行波在輸電線路上傳播速度為300m/μs計(jì)算，則測距結(jié)果產(chǎn)生的誤差為150米。因此，行波測距對雙端時(shí)間同步精度要求優(yōu)于1μs，以保證測距成功的情況下其理論測距精度優(yōu)于150米，從而能夠快速確定故障位置，以及時(shí)修復(fù)故障，恢復(fù)送電。

在進(jìn)行輸電線路雙端行波測距配置時(shí)，要求被監(jiān)測輸電線路兩端配備高精度和高穩(wěn)定度的電力系統(tǒng)時(shí)間同步時(shí)鐘，且兩端時(shí)鐘必須保持精確同步，以保證測距可靠性及精度。

對于廣域測距來講，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?nèi)各點(diǎn)上的時(shí)間高度一致性是其實(shí)現(xiàn)測距的基礎(chǔ)，只有各點(diǎn)上時(shí)間一致，才可能根據(jù)算法實(shí)現(xiàn)廣域測距。

四、工程現(xiàn)場采用的行波測距對時(shí)方式

目前，科匯股份行波測距裝置在現(xiàn)場多采用自帶的時(shí)間同步裝置對時(shí)，接收北斗或GPS衛(wèi)星信號，輸出精度優(yōu)于100ns的時(shí)間同步信號，理論測距精度15m。從現(xiàn)場使用情況來看，這種對時(shí)方式可以很好的滿足行波測距對對時(shí)精度的要求。

在實(shí)際應(yīng)用中，這種方式也存在著一些問題。一方面，目前變電站/發(fā)電廠采用統(tǒng)一的時(shí)間同步系統(tǒng)，而行波測距裝置采用獨(dú)立的時(shí)間信號，存在冗余性差的問題，也給時(shí)間同步系統(tǒng)的運(yùn)行管理帶來了一定的問題；在某些變電站嘗試采用站內(nèi)時(shí)間同步系統(tǒng)信號，受系統(tǒng)時(shí)間同步信號精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性（產(chǎn)品質(zhì)量問題）的影響，運(yùn)行效果不理想。另一方面，單獨(dú)配置時(shí)間同步裝置，需要在現(xiàn)場安裝天線，增加了工程施工及運(yùn)行維護(hù)方面的額外工作；對于現(xiàn)場不允許安裝室外天線的情況，也不符合其運(yùn)行管理要求。

五、結(jié)語

輸電線路肩負(fù)電能輸送的重要使命，是電力的“高速公路”，分布廣、跨度大，線路走廊環(huán)境復(fù)雜，常常翻越崇山峻嶺、跨越大江大河，故障人工查找困難。目前，故障行波測距技術(shù)是實(shí)現(xiàn)輸電線路故障快速定位查找的關(guān)鍵技術(shù)手段，其故障測距的精度，主要依賴于時(shí)間同步的精度。

理論上，行波測距裝置可以采用任何制造廠商的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號。目前，國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司對于時(shí)間同步裝置都有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求，國家電網(wǎng)公司提出了“四統(tǒng)一”要求，各制造商產(chǎn)品在外觀結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品功能、技術(shù)指標(biāo)等方面均有了較大的提高。

從管理和技術(shù)的角度，宜采用變電站/發(fā)電廠內(nèi)統(tǒng)一時(shí)間同步系統(tǒng)時(shí)間信號實(shí)現(xiàn)行波測距的對時(shí)，前提條件是要保證統(tǒng)一時(shí)間系統(tǒng)穩(wěn)定性和對時(shí)精度，以免行波測距運(yùn)行于失步狀態(tài)，造成測距失敗。