一种基于实时数字仿真仪的暂态量测距装置检测方法技术领域
本发明涉及一种基于实时数字仿真仪的暂态量测距装置检测方法，电力系统继电
保护技术领域。
背景技术
随着电网建设的不断推进，超高压、长距离输电线路日益增多，对于电网发生故障
后，迅速实现对故障点的定位就变得尤为重要。高准确度的故障定位可以缩小人工巡线范
围、减少停电时间、提高输电线路供电可靠性。暂态量测距装置作为输电线路故障定位的重
要手段之一，发挥着越来越重要的责任。近些年来，暂态量测距应用领域取得了显著进步，
但测距装置检验技术明显落后于行波应用技术。暂态量测距装置已经运行多年后，暂态量
测距装置的测试手段也需面向多元化发展。缺少暂态量装置的测试能力使用户无法发现暂
态量测距装置的技术缺陷和运行中出现的问题，也使研究、设计人员缺少改进产品质量的
动力。因此，解决暂态量测试手段问题，已经成为推动国内行波技术进步的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种基于实时数字仿真仪的暂态量测距装置检
测方法，目的是针对暂态量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
等等测试；另外，该测试方法可对暂态量测距装置的多种技术参数进行检测。
本发明的技术方案是：一种基于实时数字仿真仪的暂态量测距装置检测方法，根
据电网中变电站的实际运行的参数搭建仿真模型，并在仿真模型中设置多种类型的故障，
使搭建的电网仿真模型能够在不同类型的故障下，产生相应的暂态量电流信号if和电压信
号uf；首先，将实时数字仿真仪(1)的仿真模型窗口(2)搭建的仿真模型产生的暂态量电流
信号if和电压信号uf通过信号通道(3)模拟量输出口输出，利用功率放大器(4)进行放大处
理，使其放大后与电网实际运行中接入暂态量测距装置(5)的信号接近；然后接入暂态量测
距装置(5)，暂态量测距装置(5)检测到收到的输入信号后，通过信号通道(3)模拟量输入口
输入通道闭环反馈到仿真模型进行补偿和调节，暂态量测距装置根据突变的暂态量电流信
号if或电压信号uf实现对输电线路故障位置的测定，从而实现对暂态量测距装置检测，暂态
量测距装置启动录波，记录下该故障波形并保存，并经计算后输出故障距离lf。
具体步骤为：
(1)建立仿真模型：
①线路模型：根据系统接线，利用实时数字仿真仪建立含双端电源的双回线路仿
真系统，母线M侧采用3/2接线方式；输电线路采用实时数字仿真仪中行波模型，输电线路暂
态量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：
行波的基本性质由传播常数γ决定，对于高压架空线G≈0，R＜＜ωL，故
![]()
式中，实部β表示行波振幅衰减的特征，称为行波的衰减常数；虚部α表示行波相位
变化的特性，称为行波的相位常数；
②杆塔模型：由于在实际运行中波阻抗随杆塔结构的不同而改变，故障行波在杆
塔中行进会发生折反射，因此杆塔采用多波阻抗模型进行模拟，杆塔模型线路采用四分裂
导线；
同时，根据实时数字仿真仪中已有的互感器的模型、二次侧长电缆模型、二次负荷
模型建立仿真实例；
(2)在仿真模型建立完成后进行以下步骤：
①测试信号源的获取：根据电网中变电站的实际运行的参数搭建仿真模型，并在
仿真模型中设置多种类型的故障，使搭建的电网仿真模型能够在不同类型的故障下，产生
相应的暂态量电流信号if和电压信号uf；
②测试信号源的传输：将暂态量电流信号if和电压信号uf通过信号通道(3)模拟量
输出口输出，再通过功率放大器进行放大，然后利用实时数字仿真仪(1)的信号通道(3)模
拟量输出口通道输出将信号接入暂态量测距装置(5)，并且能够通过实时数字仿真仪(1)的
信号通道(3)模拟量输入口接收来自于暂态量测距装置(5)的控制信号，通过接收反馈控制
信号，使仿真模型输出暂态量测距装置(5)所需的暂态量电流信号if或电压信号uf；
③测试信号源的反馈：将测试信号接入暂态量测距装置(5)，暂态量测距装置(5)
检测到收到的输入的暂态量电流信号if和电压信号uf后，通过实时数字仿真仪(1)的信号通
道(3)模拟量输入口输入通道闭环反馈到仿真模型进行补偿和调节，暂态量测距装置(5)根
据突变的暂态量电流信号if或电压信号uf实现对输电线路故障位置的测定；
④暂态量测距装置测试：若暂态量测距装置在故障情况下能准确启动，装置能正
常启动录波并记录录波波形；在录波功能收正常的前提下，装置进行测距计算，如果测距结
果在误差允许范围内说明装置测距结果准确，否则调整测距参数或装置测距结果不可靠。
本发明的有益效果是：本发明适用于暂态量测距装置的理论分析和基本功能的测
试，同时，在对装置的出厂检验、定期检查和应用提供了测试方法；此外，此方法不受故障类
型变化而影响，测试结果准确可靠。
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是本发明杆塔模型结构图；
图4是本发明实施例2的三相故障电流图。
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。
实施例1：一种基于实时数字仿真仪的暂态量测距装置检测方法，根据电网中变电
站的实际运行的参数搭建仿真模型，并在仿真模型中设置多种类型的故障，使搭建的电网
仿真模型能够在不同类型的故障下，产生相应的暂态量电流信号if和电压信号uf；首先，将
实时数字仿真仪(1)的仿真模型窗口(2)搭建的仿真模型产生的暂态量电流信号if和电压
信号uf通过信号通道(3)模拟量输出口输出，利用功率放大器(4)进行放大处理，使其放大
后与电网实际运行中接入暂态量测距装置(5)的信号接近；然后接入暂态量测距装置(5)，
暂态量测距装置(5)检测到收到的输入信号后，通过信号通道(3)模拟量输入口输入通道闭
环反馈到仿真模型进行补偿和调节，暂态量测距装置根据突变的暂态量电流信号if或电压
信号uf实现对输电线路故障位置的测定，从而实现对暂态量测距装置检测，暂态量测距装
置启动录波，记录下该故障波形并保存，并经计算后输出故障距离lf。
具体步骤为：
(1)建立仿真模型：
①线路模型：根据系统接线，利用实时数字仿真仪建立含双端电源的双回线路仿
真系统，母线M侧采用3/2接线方式；输电线路采用实时数字仿真仪中行波模型，输电线路暂
态量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：
行波的基本性质由传播常数γ决定，对于高压架空线G≈0，R＜＜ωL，故
![]()
式中，实部β表示行波振幅衰减的特征，称为行波的衰减常数；虚部α表示行波相位
变化的特性，称为行波的相位常数；
②杆塔模型：由于在实际运行中波阻抗随杆塔结构的不同而改变，故障行波在杆
塔中行进会发生折反射，因此杆塔采用多波阻抗模型进行模拟，杆塔模型线路采用四分裂
导线；
同时，根据实时数字仿真仪中已有的互感器的模型、二次侧长电缆模型、二次负荷
模型建立仿真实例；
(2)在仿真模型建立完成后进行以下步骤：
①测试信号源的获取：根据电网中变电站的实际运行的参数搭建仿真模型，并在
仿真模型中设置多种类型的故障，使搭建的电网仿真模型能够在不同类型的故障下，产生
相应的暂态量电流信号if和电压信号uf；
②测试信号源的传输：将暂态量电流信号if和电压信号uf通过信号通道(3)模拟量
输出口输出，再通过功率放大器进行放大，然后利用实时数字仿真仪(1)的信号通道(3)模
拟量输出口通道输出将信号接入暂态量测距装置(5)，并且能够通过实时数字仿真仪(1)的
信号通道(3)模拟量输入口接收来自于暂态量测距装置(5)的控制信号，通过接收反馈控制
信号，使仿真模型输出暂态量测距装置(5)所需的暂态量电流信号if或电压信号uf；
③测试信号源的反馈：将测试信号接入暂态量测距装置(5)，暂态量测距装置(5)
检测到收到的输入的暂态量电流信号if和电压信号uf后，通过实时数字仿真仪(1)的信号通
道(3)模拟量输入口输入通道闭环反馈到仿真模型进行补偿和调节，暂态量测距装置(5)根
据突变的暂态量电流信号if或电压信号uf实现对输电线路故障位置的测定；
④暂态量测距装置测试：若暂态量测距装置在故障情况下能准确启动，装置能正
常启动录波并记录录波波形；在录波功能收正常的前提下，装置进行测距计算，如果测距结
果在误差允许范围内说明装置测距结果准确，否则调整测距参数或装置测距结果不可靠。
实施例2：本实施例其他部分与实施例1相同，建立双端电源500kV双回线路仿真系
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400km。采用上述模型，在距母线M侧200km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
200.6km，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。