董新洲，馮 騰，王 飛，施慎行，王 賓，羅澍忻

（清華大學(xué) 電機(jī)系 電力系統(tǒng)及發(fā)電設(shè)備控制和仿真國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084）

0 引言

當(dāng)電力系統(tǒng)中的線路發(fā)生故障后，由故障點(diǎn)的電壓突變引起的暫態(tài)故障行波與故障特征及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，其中包含了故障的類型、發(fā)生時(shí)刻、發(fā)生位置等豐富的故障信息。近年來(lái)，隨著電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，基于高頻暫態(tài)行波信息的故障檢測(cè)技術(shù)已成為當(dāng)今電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域重要的新興研究方向之一［1-6］。與此同時(shí)，越來(lái)越多以行波原理為理論依據(jù)的繼電保護(hù)裝置相繼誕生，因此迫切需要一種試驗(yàn)裝置對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。對(duì)于基于暫態(tài)行波故障信息的繼電保護(hù)裝置，目前常用的測(cè)試手段有3種：電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬、實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器RTDS（Real Time Digital Simulator）和傳統(tǒng)的微機(jī)型繼電保護(hù)測(cè)試儀。

電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬可依據(jù)相似原理建立電力系統(tǒng)中各個(gè)元件的物理模型，把實(shí)際的電力系統(tǒng)中各個(gè)部分（包括發(fā)電機(jī)、變壓器、電力傳輸線路、負(fù)荷等）按照相似條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終組成一個(gè)完整的電力系統(tǒng)模型，并使用該模型代替實(shí)際電力系統(tǒng)進(jìn)行各種正常或故障狀態(tài)的試驗(yàn)研究，它能夠復(fù)制電力系統(tǒng)中的各種運(yùn)行狀態(tài)［7-8］。但由于動(dòng)態(tài)模擬中采用集總參數(shù)元件進(jìn)行電力傳輸線路模擬，不能真實(shí)再現(xiàn)實(shí)際電力系統(tǒng)中傳輸線路上傳播的暫態(tài)行波，因此，它不能測(cè)試基于暫態(tài)行波故障信息的繼電保護(hù)裝置。

RTDS可以對(duì)復(fù)雜的電力系統(tǒng)進(jìn)行較為全面的實(shí)時(shí)仿真。RTDS采用數(shù)字仿真和模擬信號(hào)功率放大相結(jié)合的方法來(lái)模擬電力系統(tǒng)故障過(guò)程，具備了測(cè)試基于暫態(tài)行波故障信息的繼電保護(hù)裝置的基本條件［9］。但是，RTDS中的功率放大系統(tǒng)不能產(chǎn)生頻率高達(dá)數(shù)百千赫茲、幅值高達(dá)幾十安的寬頻帶大電流暫態(tài)行波信號(hào)。此外，RTDS造價(jià)高，整套裝置體積大、不便攜，且升級(jí)難度大，不便于廣泛使用。因此其也不能滿足基于暫態(tài)行波故障信息的繼電保護(hù)裝置的測(cè)試要求。

傳統(tǒng)的微機(jī)型繼電保護(hù)測(cè)試儀［10-13］一般僅能模擬由工頻量以及各次諧波量所組成的電力系統(tǒng)故障信息，因此它僅能測(cè)試基于工頻故障信息的繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作特性，并不能測(cè)試基于暫態(tài)行波故障信息的繼電保護(hù)裝置。

因此，需要研究一種能夠真實(shí)再現(xiàn)電力系統(tǒng)故障后互感器二次側(cè)全頻帶信號(hào)的測(cè)試裝置，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的空白，為行波類保護(hù)技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)、試驗(yàn)、檢測(cè)乃至工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀的構(gòu)想源自20世紀(jì)90年代。為了測(cè)試新研發(fā)成功的基于行波原理的測(cè)距裝置，文獻(xiàn)［14］研制了暫態(tài)信號(hào)發(fā)生器。該信號(hào)發(fā)生器能產(chǎn)生多路高頻信號(hào)，用于模擬輸電線路故障時(shí)的暫態(tài)電壓和電流行波，但該發(fā)生器無(wú)高電壓、大電流驅(qū)動(dòng)能力。隨后的研究重新定位并設(shè)計(jì)了暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀的功能和軟硬件結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)［15］可給行波保護(hù)裝置提供高頻、同步的多路電壓和電流試驗(yàn)信號(hào)。文獻(xiàn)［16］可以產(chǎn)生寬帶高頻、大功率的暫態(tài)行波電壓、電流，用作繼電保護(hù)裝置的試驗(yàn)信號(hào)源，并能夠測(cè)試被測(cè)裝置的動(dòng)作性能，但輸出電流幅值有限。文獻(xiàn)［17］提出了暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀的初步實(shí)現(xiàn)方案，但未完成高頻大電流的功率放大。文獻(xiàn)［18-19］對(duì)暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀的軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。本文對(duì)暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀的技術(shù)要求進(jìn)行了理論分析，實(shí)現(xiàn)了其完整構(gòu)想，設(shè)計(jì)了測(cè)試方案并給出了實(shí)際應(yīng)用。

1 暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀的技術(shù)要求

為了接近電力系統(tǒng)的實(shí)際情況，下文采用圖1所示的750 kV輸電線路仿真模型對(duì)暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀所需滿足的技術(shù)要求進(jìn)行分析。模型中，故障發(fā)生在線路L1上，相鄰線路L2—L5用于模擬行波的折反射，采用存在一定相角差的雙電源等效系統(tǒng)中的其余部分。線路L1長(zhǎng)400 km，線路 L2和 L3長(zhǎng)320 km，線路L4和L5長(zhǎng)380 km，雙等效電源相角差為30°?？紤]母線M處的相關(guān)電氣量。輸電線路的參數(shù)如表1所示。

圖1 750 kV輸電線路系統(tǒng)Fig.1 750 kV transmission system

表1 750 kV輸電線路參數(shù)Table 1 Parameters of 750 kV transmission line

1.1 頻率要求

由于實(shí)際的測(cè)試裝置只能輸出有限頻帶的信號(hào)，因此需要研究暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀應(yīng)達(dá)到多高的輸出頻率才能保證行波信號(hào)的不失真。

當(dāng)電力系統(tǒng)中的線路發(fā)生故障時(shí)，根據(jù)疊加原理，故障后的網(wǎng)絡(luò)可等效為故障前正常運(yùn)行的負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)和故障分量網(wǎng)絡(luò)的疊加，如圖2所示。對(duì)于故障分量網(wǎng)絡(luò)，可將其視為將整個(gè)系統(tǒng)中的電勢(shì)取0，而在故障點(diǎn)處加一電壓，該電壓與線路正常運(yùn)行時(shí)該處的電壓大小相等、方向相反。由于此電壓的影響，將會(huì)出現(xiàn)由故障點(diǎn)向線路兩端傳播的行波。

圖2 故障后的網(wǎng)絡(luò)分解Fig.2 Decomposition of faulty network

由于故障行波實(shí)際是由故障分量網(wǎng)絡(luò)中的附加電源產(chǎn)生的故障初始行波及其后續(xù)折反射波疊加而成，在故障附加電源初相角不為0°時(shí)，故障初始行波及其后續(xù)的折反射波都會(huì)出現(xiàn)突變的波頭，使故障行波為一全頻帶的信號(hào)。

考慮圖1模型中線路L1距M側(cè)100 km處發(fā)生故障電壓初相角為90°的A相金屬性短路故障，選取該次故障后故障相的電流波形進(jìn)行頻譜分析。圖3為其100 Hz以上頻率的頻譜分析結(jié)果。

圖3 電流故障行波的頻譜分析Fig.3 Spectral analysis for traveling wave of fault current

從圖3中可以看出，故障行波在理論上雖然是一個(gè)全頻帶的信號(hào)，但其能量主要集中在100kHz以下。

由于暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀再現(xiàn)的是互感器二次側(cè)信號(hào)，因此在分析其輸出頻率要求時(shí)，應(yīng)考慮電力互感器的傳變特性。通過(guò)對(duì)電力互感器寬頻帶響應(yīng)模型的分析可知，電流互感器在100 kHz以上的頻率段幅值衰減較大，在10dB以上；電容式電壓互感器在1 kHz以上頻帶的頻率響應(yīng)出現(xiàn)多處的帶通和帶阻特性，幅頻響應(yīng)總體上呈現(xiàn)衰減特征［20］。因此，暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀的最高輸出頻率達(dá)到100 kHz以上，可以滿足絕大多數(shù)情況下的要求。

綜上所述，為了使暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀能夠真實(shí)再現(xiàn)暫態(tài)行波故障信息的特征，應(yīng)使其輸出的最高頻率達(dá)到100 kHz以上。同時(shí)，電力系統(tǒng)中的三相電壓、三相電流、零序電壓以及零序電流是同步模擬信號(hào)，這就要求暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)多路電壓、電流信號(hào)的同步輸出。

1.2 幅值要求

當(dāng)電力系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，電壓互感器的額定二次側(cè)相電壓為57.7 V。當(dāng)故障發(fā)生后，電壓一般會(huì)跌落或基本不變，并不會(huì)明顯增大。但對(duì)于中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)，當(dāng)其發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障相電壓跌落，非故障相電壓有效值上升為100 V。因此，為了能夠與電力系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)相符，暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀輸出的穩(wěn)態(tài)電壓有效值應(yīng)能達(dá)到100 V。

當(dāng)故障發(fā)生后，故障暫態(tài)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較高的電壓，表2給出了不同故障情況下的最高暫態(tài)電壓值與故障前穩(wěn)態(tài)電壓幅值的比pu，其中θ為故障時(shí)刻故障點(diǎn)的電壓相角，即故障電壓初相角。

表2 不同故障情況下的暫態(tài)最高電壓Table 2 Highest transient voltages of different faults

從表2中可以看出，故障后的最高暫態(tài)電壓可達(dá)故障前電壓幅值的1.8倍以上。但當(dāng)線路較短時(shí)，多次折反射波會(huì)產(chǎn)生疊加，使暫態(tài)電壓升高至故障前電壓幅值的2倍以上。但考慮絕大部分情況，為保證電壓故障行波的完整性，暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀能保證輸出幅值高達(dá)故障前電壓幅值2倍的暫態(tài)電壓信號(hào)即可，因此瞬時(shí)電壓幅值應(yīng)能達(dá)到170 V。

當(dāng)電力系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，電流互感器的額定二次電流為1 A或5 A；當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，故障相電流將急劇增大，一般認(rèn)為故障相電流可達(dá)正常運(yùn)行時(shí)的10倍以上，即10 A或50 A。因此，暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀輸出的穩(wěn)態(tài)電流有效值應(yīng)能達(dá)到50 A。

考慮較為嚴(yán)重的故障情況，如在出口處發(fā)生故障電壓初相角為90°的三相金屬性短路故障，此時(shí)的三相電流波形如圖4所示。此時(shí)，故障后的暫態(tài)電流最高可達(dá)故障前電流幅值的20.629倍。為保證電流故障行波的完整性，暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀應(yīng)能輸出幅值高達(dá)故障前電流幅值20倍的暫態(tài)電流信號(hào)，因此瞬時(shí)電流幅值應(yīng)能達(dá)到150 A。

圖4 嚴(yán)重故障時(shí)的三相電流波形Fig.4 Three-phase current waveforms during serious fault

綜上所述，為了使暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀能夠真實(shí)再現(xiàn)暫態(tài)行波故障信息的特征，其輸出的穩(wěn)態(tài)電壓有效值應(yīng)能達(dá)到100 V，瞬時(shí)電壓幅值應(yīng)能達(dá)到170 V；穩(wěn)態(tài)電流有效值應(yīng)能達(dá)到50 A，瞬時(shí)電流幅值應(yīng)能達(dá)到150 A。

2 暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀的實(shí)現(xiàn)方案

暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀［14-19］的工作原理是多路高精度高速數(shù)模轉(zhuǎn)換和寬頻率功率放大，其具體的工作流程包括以下幾個(gè)方面。

（1）故障數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：故障數(shù)據(jù)既可以是電力系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)錄波數(shù)據(jù)，也可以是電力系統(tǒng)仿真軟件計(jì)算生成的仿真數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)模轉(zhuǎn)換：把準(zhǔn)備好的故障數(shù)據(jù)不失真地轉(zhuǎn)換成模擬電壓小信號(hào)。

（3）功率放大：將模擬電壓小信號(hào)經(jīng)電壓功率放大器和電流功率放大器分別放大成電力系統(tǒng)互感器二次側(cè)的高電壓和大電流信號(hào)。

（4）開(kāi)關(guān)輸入量檢測(cè)：暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀以開(kāi)關(guān)量的形式將被測(cè)裝置的動(dòng)作行為讀入，并能判斷繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作性能，自動(dòng)形成測(cè)試報(bào)告。

暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀由暫態(tài)信號(hào)發(fā)生器、行波大電流功率放大器和行波高電壓功率放大器三部分組成，其硬件系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀硬件系統(tǒng)Fig.5 Hardware system of test platform for protection equipments based on transient traveling wave

暫態(tài)信號(hào)發(fā)生器部分可分為嵌入式計(jì)算機(jī)（上位機(jī)）、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和開(kāi)關(guān)量檢測(cè)回路3個(gè)部分。嵌入式計(jì)算機(jī)可以運(yùn)行暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀專用的上位機(jī)軟件，將利用電磁暫態(tài)程序（EMTP）計(jì)算出的電力系統(tǒng)暫態(tài)故障仿真數(shù)據(jù)或者故障錄波裝置記錄的故障錄波數(shù)據(jù)經(jīng)格式轉(zhuǎn)換后傳送到數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，并接收開(kāi)關(guān)量檢測(cè)回路反饋的被測(cè)裝置動(dòng)作情況，進(jìn)行分析后形成測(cè)試報(bào)告。數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊由數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）及其外圍電路、高精度高速數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和前置功率放大部分組成。DSP接收到上位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)信息和開(kāi)始試驗(yàn)的命令后，將電力系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，并通過(guò)前置功率放大后生成故障模擬電壓小信號(hào)。開(kāi)關(guān)量檢測(cè)回路可記錄被測(cè)裝置的動(dòng)作信息，并向上位機(jī)反饋。上位機(jī)與DSP通過(guò)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

功率放大系統(tǒng)采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)將暫態(tài)信號(hào)發(fā)生器輸出的電壓小信號(hào)放大為高電壓、大電流信號(hào)，真實(shí)再現(xiàn)電力系統(tǒng)二次側(cè)的信號(hào)。功率放大系統(tǒng)分為行波高電壓功率放大器和行波大電流功率放大器2種。功率放大系統(tǒng)由前置放大電路、功率放大電路和過(guò)電壓過(guò)電流保護(hù)電路組成。功率放大系統(tǒng)采用多路冗余并行輸出技術(shù)來(lái)保證可靠性，同時(shí)采用負(fù)反饋電路來(lái)保證精度要求。

圖6為輸入暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀的故障仿真數(shù)據(jù)波形和暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀輸出信號(hào)的錄波器錄波數(shù)據(jù)波形，二者波形十分相近。由于錄波裝置的采樣頻率限制及其信號(hào)采集電路的傳變特性不理想，二者略有不同。錄波波形可清晰地反映初始行波和后續(xù)的各次折反射波，與仿真數(shù)據(jù)一致，驗(yàn)證了本文實(shí)現(xiàn)方案的正確性和有效性。

3 測(cè)試影響因素分析

下面對(duì)圖2中的故障分量網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析。對(duì)于均勻換位的無(wú)損線路，在不考慮頻變參數(shù)的情況下，使用Karenbauer變換矩陣對(duì)三相線路進(jìn)行相模變換，以實(shí)現(xiàn)三相之間的解耦。變換矩陣S及其逆矩陣S-1如下：

對(duì)于系統(tǒng)側(cè)，模域的電壓、電流初始行波有如下關(guān)系：

其中，u0為故障點(diǎn)的零模電壓初始行波；uα和uβ為故障點(diǎn)的線模電壓初始行波；i0為故障點(diǎn)流向一端母線的零模電流初始行波；iα和iβ為故障點(diǎn)流向一端母線的線模電流初始行波；Z0和Z1分別為零模和線模波阻抗。

對(duì)于故障側(cè)，圖7可表示所有的線路故障類型：對(duì)于單相接地故障，以A相接地為例，可將Rb和Rc設(shè)為無(wú)窮大，Ra與 Rg的和設(shè)為故障電阻；其他各個(gè)類型的故障可通過(guò)改變4個(gè)電阻的取值實(shí)現(xiàn)。

圖7 故障電阻網(wǎng)絡(luò)Fig.7 Resistor network of fault

故障點(diǎn)處應(yīng)滿足如下邊界條件：

其中，uaf、ubf、ucf為正常運(yùn)行時(shí)故障點(diǎn)的三相電壓，若故障發(fā)生于時(shí)刻 t0，則 uxf=Axsin（ωt+θx）ε（t-t0）（x=a，b，c；Ax為正常運(yùn)行時(shí)故障點(diǎn)的 x相電壓幅值，ωt0+θx為 x 相故障電壓初相角，ε（t）為單位階躍函數(shù)）；ua、ub、uc為故障點(diǎn)的三相電壓初始行波；ia、ib、ic為故障點(diǎn)流向一端母線的三相電流初始行波；R為故障電阻網(wǎng)絡(luò)矩陣。

相域的電壓、電流可通過(guò)前文所述的相模變換矩陣轉(zhuǎn)換為模域的電壓、電流：

可解出模域的電壓、電流初始行波為：

當(dāng)線路電壓等級(jí)和線路參數(shù)確定時(shí)，Z與Ax均為定值，故障初始行波受故障電阻網(wǎng)絡(luò)矩陣R和電壓初相角的影響，而故障類型和故障過(guò)渡電阻直接影響R。由于故障行波會(huì)在母線、故障點(diǎn)等波阻抗不連續(xù)處發(fā)生折反射，后續(xù)的折反射波會(huì)受到故障位置、線路長(zhǎng)度以及母線結(jié)構(gòu)的影響。

綜上所述，在設(shè)計(jì)測(cè)試方案時(shí)應(yīng)全面考慮線路自身特性、故障類型、故障位置、故障過(guò)渡電阻、故障電壓初相角以及母線結(jié)構(gòu)。

4 暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀的實(shí)際應(yīng)用

目前，暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀已成功應(yīng)用于清華大學(xué)、中國(guó)電科院、許昌開(kāi)普實(shí)驗(yàn)室和南網(wǎng)廣東中調(diào)等多家單位的行波測(cè)試中。測(cè)試對(duì)象涵蓋各類基于行波原理的故障檢測(cè)裝置，包括輸電線路行波故障測(cè)距裝置［21-22］、配電線路單相接地行波保護(hù)裝置［23］、配電線路單相接地行波選線裝置［24-25］等。

下面以高壓輸電線路行波方向比較式縱聯(lián)保護(hù)裝置［2］的測(cè)試為例，介紹暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀的實(shí)際應(yīng)用情況。

行波方向比較式縱聯(lián)保護(hù)技術(shù)基于極化電流行波方向繼電器［1］構(gòu)成，該方向繼電器采用電壓行波低頻分量的極性和電流行波高頻分量的極性構(gòu)成極性比較式方向保護(hù)。對(duì)于正向和反向故障，保護(hù)安裝處所測(cè)量到的電壓、電流初始行波極性特征不同。正向故障時(shí)，電壓初始行波與電流初始行波的極性相反；反向故障時(shí)，二者的極性相同。線路兩端通過(guò)通信通道構(gòu)成縱聯(lián)方向保護(hù)，當(dāng)線路兩端都判斷為正向故障時(shí)，判定為線路區(qū)內(nèi)故障，兩端保護(hù)裝置發(fā)出跳閘信號(hào)。

使用暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀進(jìn)行裝置的功能測(cè)試。測(cè)試示意圖如圖8所示，具體測(cè)試步驟如下：

a.在電磁暫態(tài)仿真軟件EMTP中建立仿真測(cè)試模型并進(jìn)行不同故障及非故障情況的仿真；

b.將EMTP生成的仿真測(cè)試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀可使用的測(cè)試文件格式；

c.播放故障數(shù)據(jù)，暫態(tài)信號(hào)發(fā)生器輸出的模擬電壓小信號(hào)通過(guò)電流功率放大器放大后模擬電流互感器二次側(cè)的電流輸出，通過(guò)電壓功率放大器放大后模擬電容式電壓互感器二次側(cè)的電壓輸出。

圖8 行波保護(hù)裝置測(cè)試示意圖Fig.8 Test of protection equipments based on traveling wave

測(cè)試系統(tǒng)模型如圖9所示，模型在圖1的基礎(chǔ)上考慮了避雷器、電流互感器、電容式電壓互感器和二次控制電纜等可能對(duì)行波產(chǎn)生影響的電力系統(tǒng)設(shè)備。

圖9 行波保護(hù)裝置測(cè)試仿真模型Fig.9 Simulation test model of protection equipments based on traveling wave

由于被測(cè)裝置的核心算法是根據(jù)故障后電壓和電流初始行波的極性比較構(gòu)成判據(jù)，因此在初始行波波頭不明顯的情況下，裝置的靈敏性將降低，并可能出現(xiàn)拒動(dòng)的情況。前文分析表明，影響故障后行波波頭幅值的因素主要包括故障類型、故障位置、故障過(guò)渡電阻、故障電壓初相角等。測(cè)試針對(duì)上述4個(gè)因素對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行了大量的測(cè)試，測(cè)試中的一些典型情況如表3所示。

從表3中可以看出，暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀可針對(duì)各種不同類型的故障情況對(duì)被測(cè)裝置進(jìn)行測(cè)試，并能發(fā)現(xiàn)被測(cè)裝置存在的不足，如當(dāng)故障初相角過(guò)小時(shí)，行波波頭幅值較小，不易被被測(cè)裝置檢測(cè)到，引起裝置拒動(dòng)。

此外，裝置在實(shí)際運(yùn)行中，可能受到現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境的干擾，如：雷擊、分合閘操作等。因此，測(cè)試中還應(yīng)考慮上述干擾對(duì)被測(cè)裝置的影響。

表4為干擾測(cè)試結(jié)果。從表4中可以看出，暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀可針對(duì)雷電和操作等干擾對(duì)被測(cè)裝置進(jìn)行測(cè)試。對(duì)于雷電干擾，暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀能夠分別模擬雷擊未引發(fā)故障和雷擊引發(fā)故障。對(duì)于操作干擾，暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀能夠分別模擬合閘操作和分閘操作。

表3 故障測(cè)試結(jié)果Table 3 Test results of different faults

表4 干擾測(cè)試結(jié)果Table 4 Test results of different disturbances

5 結(jié)論

本文在介紹了故障行波理論的基礎(chǔ)上，對(duì)暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀的頻率、幅值等方面的技術(shù)要求進(jìn)行了討論與研究。為了使暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀能夠真實(shí)再現(xiàn)暫態(tài)行波故障信息的特征，其輸出的最高頻率應(yīng)達(dá)到100 kHz以上，并實(shí)現(xiàn)多路電壓、電流信號(hào)的同步輸出。暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀輸出的穩(wěn)態(tài)電壓有效值應(yīng)能達(dá)到100 V，瞬時(shí)電壓幅值應(yīng)能達(dá)到170 V；穩(wěn)態(tài)電流有效值應(yīng)能達(dá)到50A，瞬時(shí)電流幅值應(yīng)能達(dá)到150A。

暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀的工作原理是多路高精度高速數(shù)模轉(zhuǎn)換和寬頻率功率放大，其具體的工作流程包括故障數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)模轉(zhuǎn)換、功率放大和開(kāi)關(guān)輸入量檢測(cè)。

影響行波原理繼電保護(hù)裝置測(cè)試的相關(guān)因素包括線路自身特性、故障類型、故障位置、故障過(guò)渡電阻、故障電壓初相角以及母線結(jié)構(gòu)等，在設(shè)計(jì)測(cè)試方案時(shí)應(yīng)全面考慮上述影響因素。

本文以高壓輸電線路行波方向比較式縱聯(lián)保護(hù)裝置的測(cè)試為例，驗(yàn)證了暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀工作的正確性和有效性。暫態(tài)行波保護(hù)測(cè)試儀可應(yīng)用于各類基于行波原理的故障檢測(cè)裝置，為此類裝置的研制、開(kāi)發(fā)、試驗(yàn)、檢測(cè)以及工程應(yīng)用提供了有利的技術(shù)支持，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的空白。

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