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输电线路分布式故障测距理论与关键技术研究

刘亚东  
【摘要】:高精度和高可靠性的输电线路故障测距是现代电网安全可靠运行的重要保证。尽管行波测距技术已经得到大面积应用,但弱行波信号的有效提取、故障点反射波与对端母线反射波的有效识别和雷电干扰的有效辨识和定位等问题是影响行波测距技术可靠性和有效性的主要因素。为解决上述问题本文研究了故障电流行波在输电线路上的传播特性,提出全新的分布式故障测距方法,就分布式故障测距方法中的折反射信号的识别、行波信号奇异点确定、雷击干扰的辨识和定位、感应取电等关键问题进行深入研究,并研制出分布式故障测距装置成功的用于示范工程中。取得的主要工作和成果有: 分析了故障行波及其折反射行波组成的行波序列到达不同位置检测点的时间先后规律,得出输电线路上任意一点故障时,总可在线路上找到对应的检测点使得前3个行波对应的方程唯一确定的结论。提出根据工频故障电流之间的偏离度来判断检测内区段的故障区间,并根据电流行波首波能量和模量时差来判断检测外区段的故障区间的方法。进一步提出两端对称法、中点主导法和四点联合法三种分布式故障测距方法,阐述了上述三种方法的测距原理,并通过仿真验证了上述算法的正确性。 首次将二分递推奇异值分解(Singular Value Decomposition-SVD)引入故障行波奇异点检测领域,并设计了数字实验以对比其与3次B样条小波和db2小波的性能差异,通过比较发现在故障行波奇异点检测方面(紧支撑、对称性、高阶消失矩等)二分递推SVD具有独特的优势。发现了指示奇异点脉冲的幅值与突变量或者斜率呈线性关系,并通过实验证明了上述结论的正确性。提出迭代SVD降噪的方法,并用仿真实验证明了迭代SVD降噪的正确性,并发现迭代SVD降噪时的奇异点线性偏移现象。 根据线路故障(雷击和线路本身故障)边界条件和行波传播规律,分析了线路在雷击和线路故障情况下,三相导线上行波极性之间的对应关系,提出根据三相行波极性的异同来识别输电线路反击的方法,进一步根据线路绕击和线路故障时行波能量变化差异,提出基于短视窗内行波修正能量比的输电线路绕击识别方法,并通过实验验证了上述理论的正确性;针对雷击点和闪络点不一致的情况,提出基于短时窗内测点间行波距离的雷击点和闪络点不一致的判断方法及相应的测距方法,同样通过实验验证了此方法的正确性。 对取电线圈的功率输出特性,分别从理论和实验两个方面进行了分析,发现当取电线圈工作在线性区时,线圈输出功率与原边电流的平方成正比,并且与sin(2)成正比(为原边电流和磁化电流之间的相差),同时功率输出导通角也决定其输出功率的大小;根据上述结论并结合输电线路上负荷变化特点,提出在小负荷时,采用最大功率跟踪的方法实现取电线圈的最大功率输出;在大负荷时,采用功率控制法来限制取电线圈的输出功率。从而保证取电电源稳定输出额定功率,利用上述方法完成了取电电源的设计,实验测试表明取电电源在20-2000A的电流范围内取电电源可稳定输出2W的功率。 根据上述理论研究基础完成了分布式故障测距装置的研制。并从传感器和测距装置两个方面,分别搭建验证试验平台,并通过实验验证了分布式故障测距装置的性能,结果表明分布式故障测距装置测试结果与理论分析一致。


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