山东科汇电力自动化股份有限公司（科汇股份，证券代码：688681）作为国内第一家从事输电线路故障行波测距装置和电力系统时间同步装置研发与应用的主流设备提供商，在时间同步和故障行波测距尤其在两者之间的关联运用方面，拥有丰富的研发与工程技术经验。相关产品被列为国家重点新产品，先后获得国家教育部科技进步三等奖、国家技术发明二等奖，远销欧州、南美洲、非洲、亚洲以及中东地区，国内第一条1000kV特高压输电线路、第一条±800kV直流输电线路和阿根廷国家电网公司输电线路故障行波测距等典型工程案例，获得用户一致好评。

一、概述

电力系统输电线路担负着电力输送的任务，在目前大电网联网的情况下，输电线路特别是重要线路发生故障后一旦长时间停运，将严重影响电力系统的供电可靠性甚至危及系统安全。因此要求在线路故障后，能够快速确定故障位置，以及时修复故障、恢复送电。

目前被广泛使用的输电线路故障准确测距技术——行波测距技术，基于线路故障后的行波信号，通过线路全长、行波传播速度、故障时间等基本参量来计算故障距离。行波测距技术在现场广泛使用双端测距方法和行波测距联网模式下的广域测距方法，在实际使用过程中，需要线路双端或线路拓扑中的行波测距装置进行精确时间同步。

输电线路故障行波测距系统运行在双端或广域测距模式时，需要双端或网络拓扑上每一监测点处都能获得绝对时间信号（协调世界时）；考虑到时间信号精度对于测距精度的影响，如要求测距误差小于500m，两端测距的时间误差应不大于3μs；同样，对于广域测距模式来讲，μs级的时间同步是其功能实现的基础，即广域测距依赖于高精度的时间基准。

二、故障行波测距和时间信号的关系

1.双端行波测距和时间信号的关系

双端行波故障测距采集线路故障后两端暂态电流或电压行波信息，利用故障初始行波浪涌到达线路两端测量点时的绝对时间之差值计算故障点到两端测量点之间的距离。

利用线路全长L、故障初始行波浪涌以传播速度v到达M端和N端母线的绝对时间TM和TN，就可以计算出故障点到M端和N端母线的距离DMF和DNF。

双端测距技术测距精确，可靠性高，在线路故障发生后，可快速自动的生成故障测距结果，在电力系统得到了广泛应用。双端测距高度依赖于双端的时间同步，时间同步精度越高，则测距误差越小，反之亦然。

2.行波广域测距和时间信号的关系

随着输电网络的发展，结构越来越复杂，很多输电网在拓扑上形成了环网结构。当线路上一点出现故障时，其行波信号会沿线路向不同方向传播，在信号强度大时，除线路两端变电站内行波测距装置可以采集到故障行波信号，其相邻变电站也可以采集到故障行波信号，广域测距技术应运而生。在已知线路拓扑结构的情况下，可以获得故障信号的传输路径，根据输电网中不同点行波测距装置所获得的故障信号，准确可靠的计算故障点位置；此外，在线路两端行波测距装置出现故障时，由相邻装置所获得的数据计算故障点位置，达到了测距系统的冗余配置。

广域行波测距实现算法是以最早检测到故障行波初始的变电站为参考变电站（Substation-N），然后搜寻获得邻近变电站启动时间队列（Substation-K、V、P、Q）；再使用基于路径的双端测距公式，代入邻近变电站与参考变电站启动时间，获得可能的测距结果集；最后由测距结果集搜寻故障初始行波传播到各变电站的可能传播路径模式与实际记录的各变电站启动时间匹配度最好的传播路径模式对应的故障点，为真正的故障点。

广域测距除了需要知道输电网拓扑关系外，还依赖于各点行波测距装置所标定的故障精准时间，并基于此计算出的故障点位置，在实际测距中，当有一点或多点时间同步失败时，则会造成广域测距失败。

三、时间同步精度对行波测距的影响

行波测距基于线路故障初始行波浪涌到达精准时刻、波速度及线路长度，其计算误差受线路长度、波速度和时间精度影响。

线路两端的精准时间同步是双端行波测距的基础，如果两端时间失步过大（一般来讲超过3～5μs），则可能造成双端测距失败。假设时间引入误差为1μs，按故障行波在输电线路上传播速度为300m/μs计算，则测距结果产生的误差为150米。因此，行波测距对双端时间同步精度要求优于1μs，以保证测距成功的情况下其理论测距精度优于150米，从而能够快速确定故障位置，以及时修复故障，恢复送电。

在进行输电线路双端行波测距配置时，要求被监测输电线路两端配备高精度和高稳定度的电力系统时间同步时钟，且两端时钟必须保持精确同步，以保证测距可靠性及精度。

对于广域测距来讲，网络拓扑内各点上的时间高度一致性是其实现测距的基础，只有各点上时间一致，才可能根据算法实现广域测距。

四、工程现场采用的行波测距对时方式

目前，科汇股份行波测距装置在现场多采用自带的时间同步装置对时，接收北斗或GPS卫星信号，输出精度优于100ns的时间同步信号，理论测距精度15m。从现场使用情况来看，这种对时方式可以很好的满足行波测距对对时精度的要求。

在实际应用中，这种方式也存在着一些问题。一方面，目前变电站/发电厂采用统一的时间同步系统，而行波测距装置采用独立的时间信号，存在冗余性差的问题，也给时间同步系统的运行管理带来了一定的问题；在某些变电站尝试采用站内时间同步系统信号，受系统时间同步信号精度和系统稳定性（产品质量问题）的影响，运行效果不理想。另一方面，单独配置时间同步装置，需要在现场安装天线，增加了工程施工及运行维护方面的额外工作；对于现场不允许安装室外天线的情况，也不符合其运行管理要求。

五、结语

输电线路肩负电能输送的重要使命，是电力的“高速公路”，分布广、跨度大，线路走廊环境复杂，常常翻越崇山峻岭、跨越大江大河，故障人工查找困难。目前，故障行波测距技术是实现输电线路故障快速定位查找的关键技术手段，其故障测距的精度，主要依赖于时间同步的精度。

理论上，行波测距装置可以采用任何制造厂商的标准时间信号。目前，国家电网公司和南方电网公司对于时间同步装置都有严格的标准要求，国家电网公司提出了“四统一”要求，各制造商产品在外观结构、产品功能、技术指标等方面均有了较大的提高。

从管理和技术的角度，宜采用变电站/发电厂内统一时间同步系统时间信号实现行波测距的对时，前提条件是要保证统一时间系统稳定性和对时精度，以免行波测距运行于失步状态，造成测距失败。