一种基于仿真数据的行波单端测距装置测试方法技术领域
本发明涉及一种基于仿真数据的行波单端测距装置测试方法，电力系统继电保护
技术领域。
背景技术
随着行波故障测距装置在220kV及以上输电网络的推广使用，装置测距的可靠、准
确也越来越受到关注。由于故障行波源复杂，行波采集原理和安装方式多样化，当前难以对
现场安装并已运行的行波故障测距装置进行较为前面、系统的测试，严重限制了行波故障
测距装置的高效运维，导致行波故障测距装置的运行可靠性不高，极大制约着测距品质的
改善。迄今为止，对行波故障装置的测试和评价主要集中在基于离线数字仿真的测试和简
单的启动测试，国内尚未对该装置的测试方法和手段形成统一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种基于仿真数据的行波单端测距装置测试方
法，目的是针对行波单端测距装置的基本功能、适应性分析、出厂测试、定期检查与检修等
测试。
本发明的技术方案是：一种基于仿真数据的行波单端测距装置测试方法，对于输
电线路，仅有与母线一侧相连的变电站内安装行波测距装置。通过电力系统仿真软件根据
输电线路的实际运行现状建立输电线路模型，获得不同故障类型和不同故障位置的故障仿
真波形；然后将编辑后的仿真波形通过大功率高速信号发生器输出故障波形至行波测距装
置；行波测距装置录下该故障波形后计算故障距离。若行波测距装置能启动，说明录波启动
功能合格，否则录波启动功能不合格；在录波功能合格的基础上进行测距，测距结果在误差
范围内说明测距结果准确，否则需要调整测距参数或测距结果不可靠。
具体步骤如下：
(1)建立输电线路模型：为提高对行波故障测距装置测试的可靠性，需建立能描述
实际行波产生和传播过程的仿真系统，尽可能地实现全方位的仿真。继而主要建立输电线
路模型、杆塔模型；此外，还需建立互感器的模型、二次侧长电缆模型、二次负荷模型等。
①线路模型：建立双端电源单回线路仿真系统，线路左侧的母线采用3/2接线方
式，线路右侧的母线采用单母接线形式；输电线路采用“frequency dependent model”模
型，输电线路故障行波传播方程及行波衰耗特性和速度特性的表达式如式(1)所示：
式中，为输电线路电流行波、向x正方向传播的电流行波
分量和向x负方向传播的电流行波分量；x为故障点距量测端的距离，w为故障行波的角频
率，为关于x的积分常数；k＝0、1分别表示故障行波的零模量和线模量；
为角频率w的k模行波分量系数。
②杆塔模型：在故障仿真中准确模拟杆塔模型占有重要地位，常用的杆塔模型有
如下三种：集中电感模型、单一多波阻抗模型、多波阻抗模型；考虑到实际运行中波阻抗随
杆塔结构的不同而改变，并且故障行波在杆塔中行进会发生折反射，继而杆塔采用多波阻
抗模型进行模拟，线路采用四分裂导线，杆塔外观形状采用酒杯型杆塔，从而使仿真系统更
接近实际运行状况。
(2)获得故障仿真波形：采用电力系统仿真软件根据步骤(1)中建立的输电线路模
型，获得不同故障类型(如：单相接地故障、两相故障以及三相故障)和不同故障位置(如：近
端故障、靠近对端故障以及中间位置故障等)的故障仿真波形，并把仿真波形生成comtrade
格式的数据文件。
(3)大功率高速信号发生器输出：将生成comtrade格式的数据文件通过行波故障
测距装置大功率高速信号发生器输出故障波形至行波测距装置。
(4)行波单端测距装置测试：若行波测距装置能启动，说明录波启动功能合格，否
则录波启动功能不合格；在录波功能合格的基础上进行测距，测距结果在误差范围内说明
测距结果准确，否则需要调整测距参数或测距结果不可靠。
本发明的有益效果是：适用于理论分析、基本功能的测试，以及对装置的适应性分
析、出厂测试、定期检查与检修；此外，此方法不受故障瞬时性以及故障电阻变化等因素的
影响，计算结果准确可靠。
附图说明
图1是本发明行波单端测距装置测试结构图；
图2是本发明输电线路MN的仿真结构图；
图3是本发明杆塔模型；
图4是本发明实施例1的三相故障电流行波图；
图5是本发明实施例2的三相故障电流行波图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
一种基于仿真数据的行波单端测距装置测试方法，对于输电线路，仅有与母线一
侧相连的变电站内安装行波测距装置，通过电力系统仿真软件根据输电线路的实际运行现
状建立输电线路模型，获得不同故障类型和不同故障位置的故障仿真波形；然后将编辑后
的仿真波形通过大功率高速信号发生器输出故障波形至行波测距装置；行波测距装置录下
该故障波形后计算故障距离，若行波测距装置能启动，说明录波启动功能合格，否则录波启
动功能不合格；在录波功能合格的基础上进行测距，测距结果在误差范围内说明测距结果
准确，否则需要调整测距参数或测距结果不准确。
具体步骤为：
(1)建立输电线路模型：为提高对行波故障测距装置测试的准确性，建立能描述实
际行波产生和传播过程的双端电源单回线路仿真系统，包括建立输电线路模型、杆塔模型、
互感器的模型、二次侧长电缆模型、二次负荷模型；
①线路模型：建立双端电源单回线路仿真系统，线路左侧的母线采用3/2接线方
式，线路右侧的母线采用单母接线形式；输电线路采用“frequency dependent model”模
型，输电线路故障行波传播方程及行波衰耗特性和速度特性的表达式如式(1)所示：
式中，为输电线路电流行波、向x正方向传播的电流行波
分量和向x负方向传播的电流行波分量；x为故障点距量测端的距离，w为故障行波的角频
率，为关于x的积分常数；k＝0、1分别表示故障行波的零模量和线模量；
为角频率w的k模行波分量系数；
②杆塔模型：杆塔采用多波阻抗模型进行模拟，线路采用四分裂导线，杆塔外观形
状采用酒杯型杆塔；
(2)获得故障仿真波形：采用电力系统仿真软件根据步骤(1)中建立的输电线路模
型，获得不同故障类型和不同故障位置的故障仿真波形，并把仿真波形生成comtrade格式
的数据文件；
(3)大功率高速信号发生器输出：将生成comtrade格式的数据文件通过行波故障
测距装置大功率高速信号发生器输出故障波形至行波测距装置；
(4)行波单端测距装置测试：若行波测距装置能启动，说明录波启动功能合格，否
则录波启动功能不合格；在录波功能合格的基础上进行测距，测距结果在误差范围内说明
测距结果准确，否则需要调整测距参数或测距结果不可靠。
实施例1：建立双端电源500kV单回线路仿真系统，系统接线图如下图2所示。系统
S1的短路容量为3000MW，系统S2的短路容量为2000MW，母线M侧采用3/2接线方式，线路MN全
长为200km。采用上述模型，在距母线M侧5km处发生故障，过渡电阻0欧姆，故障A相初始相角
45度，母线结构M＝3，N＝3。
行波单端测距装置录制波形如图4所示，行波单端测距装置自动输出故障距离为
4.8km，在误差范围内满足要求。
实施例2：建立双端电源500kV单回线路仿真系统，系统接线图如下图2所示。系统
S1的短路容量为3000MW，系统S2的短路容量为2000MW，母线M侧采用3/2接线方式，线路MN全
长为200km。采用上述模型，在距母线M侧400km处发生故障，过渡电阻0欧姆，故障A相初始相
角45度，母线结构M＝3，N＝3。
行波单端测距装置录制波形如图5所示，行波单端测距装置自动输出故障距离为
200.4km，在误差范围内满足要求。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述
实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前
提下作出各种变化。