山東科匯電力自動化股份有限公司（科匯股份，證券代碼：688681）作為國內(nèi)第一家從事輸電線路故障行波測距裝置和電力系統(tǒng)時間同步裝置研發(fā)與應用的主流設備提供商，在時間同步和故障行波測距尤其在兩者之間的關聯(lián)運用方面，擁有豐富的研發(fā)與工程技術經(jīng)驗。相關產(chǎn)品被列為國家重點新產(chǎn)品，先后獲得國家教育部科技進步三等獎、國家技術發(fā)明二等獎，遠銷歐州、南美洲、非洲、亞洲以及中東地區(qū)，國內(nèi)第一條1000kV特高壓輸電線路、第一條±800kV直流輸電線路和阿根廷國家電網(wǎng)公司輸電線路故障行波測距等典型工程案例，獲得用戶一致好評。
一、概述
電力系統(tǒng)輸電線路擔負著電力輸送的任務，在目前大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的情況下，輸電線路特別是重要線路發(fā)生故障后一旦長時間停運，將嚴重影響電力系統(tǒng)的供電可靠性甚至危及系統(tǒng)安全。因此要求在線路故障后，能夠快速確定故障位置，以及時修復故障、恢復送電。
目前被廣泛使用的輸電線路故障準確測距技術——行波測距技術，基于線路故障后的行波信號，通過線路全長、行波傳播速度、故障時間等基本參量來計算故障距離。行波測距技術在現(xiàn)場廣泛使用雙端測距方法和行波測距聯(lián)網(wǎng)模式下的廣域測距方法，在實際使用過程中，需要線路雙端或線路拓撲中的行波測距裝置進行精確時間同步。
輸電線路故障行波測距系統(tǒng)運行在雙端或廣域測距模式時，需要雙端或網(wǎng)絡拓撲上每一監(jiān)測點處都能獲得絕對時間信號（協(xié)調(diào)世界時）；考慮到時間信號精度對于測距精度的影響，如要求測距誤差小于500m，兩端測距的時間誤差應不大于3μs；同樣，對于廣域測距模式來講，μs級的時間同步是其功能實現(xiàn)的基礎，即廣域測距依賴于高精度的時間基準。
二、故障行波測距和時間信號的關系
1.雙端行波測距和時間信號的關系
雙端行波故障測距采集線路故障后兩端暫態(tài)電流或電壓行波信息，利用故障初始行波浪涌到達線路兩端測量點時的絕對時間之差值計算故障點到兩端測量點之間的距離。
利用線路全長L、故障初始行波浪涌以傳播速度v到達M端和N端母線的絕對時間TM和TN，就可以計算出故障點到M端和N端母線的距離DMF和DNF。
雙端測距技術測距精確，可靠性高，在線路故障發(fā)生后，可快速自動的生成故障測距結果，在電力系統(tǒng)得到了廣泛應用。雙端測距高度依賴于雙端的時間同步，時間同步精度越高，則測距誤差越小，反之亦然。
2.行波廣域測距和時間信號的關系
隨著輸電網(wǎng)絡的發(fā)展，結構越來越復雜，很多輸電網(wǎng)在拓撲上形成了環(huán)網(wǎng)結構。當線路上一點出現(xiàn)故障時，其行波信號會沿線路向不同方向傳播，在信號強度大時，除線路兩端變電站內(nèi)行波測距裝置可以采集到故障行波信號，其相鄰變電站也可以采集到故障行波信號，廣域測距技術應運而生。在已知線路拓撲結構的情況下，可以獲得故障信號的傳輸路徑，根據(jù)輸電網(wǎng)中不同點行波測距裝置所獲得的故障信號，準確可靠的計算故障點位置；此外，在線路兩端行波測距裝置出現(xiàn)故障時，由相鄰裝置所獲得的數(shù)據(jù)計算故障點位置，達到了測距系統(tǒng)的冗余配置。
廣域行波測距實現(xiàn)算法是以最早檢測到故障行波初始的變電站為參考變電站（Substation-N），然后搜尋獲得鄰近變電站啟動時間隊列（Substation-K、V、P、Q）；再使用基于路徑的雙端測距公式，代入鄰近變電站與參考變電站啟動時間，獲得可能的測距結果集；最后由測距結果集搜尋故障初始行波傳播到各變電站的可能傳播路徑模式與實際記錄的各變電站啟動時間匹配度最好的傳播路徑模式對應的故障點，為真正的故障點。
廣域測距除了需要知道輸電網(wǎng)拓撲關系外，還依賴于各點行波測距裝置所標定的故障精準時間，并基于此計算出的故障點位置，在實際測距中，當有一點或多點時間同步失敗時，則會造成廣域測距失敗。
三、時間同步精度對行波測距的影響
行波測距基于線路故障初始行波浪涌到達精準時刻、波速度及線路長度，其計算誤差受線路長度、波速度和時間精度影響。
線路兩端的精準時間同步是雙端行波測距的基礎，如果兩端時間失步過大（一般來講超過3～5μs），則可能造成雙端測距失敗。假設時間引入誤差為1μs，按故障行波在輸電線路上傳播速度為300m/μs計算，則測距結果產(chǎn)生的誤差為150米。因此，行波測距對雙端時間同步精度要求優(yōu)于1μs，以保證測距成功的情況下其理論測距精度優(yōu)于150米，從而能夠快速確定故障位置，以及時修復故障，恢復送電。
在進行輸電線路雙端行波測距配置時，要求被監(jiān)測輸電線路兩端配備高精度和高穩(wěn)定度的電力系統(tǒng)時間同步時鐘，且兩端時鐘必須保持精確同步，以保證測距可靠性及精度。
對于廣域測距來講，網(wǎng)絡拓撲內(nèi)各點上的時間高度一致性是其實現(xiàn)測距的基礎，只有各點上時間一致，才可能根據(jù)算法實現(xiàn)廣域測距。
四、工程現(xiàn)場采用的行波測距對時方式
目前，科匯股份行波測距裝置在現(xiàn)場多采用自帶的時間同步裝置對時，接收北斗或GPS衛(wèi)星信號，輸出精度優(yōu)于100ns的時間同步信號，理論測距精度15m。從現(xiàn)場使用情況來看，這種對時方式可以很好的滿足行波測距對對時精度的要求。
在實際應用中，這種方式也存在著一些問題。一方面，目前變電站/發(fā)電廠采用統(tǒng)一的時間同步系統(tǒng)，而行波測距裝置采用獨立的時間信號，存在冗余性差的問題，也給時間同步系統(tǒng)的運行管理帶來了一定的問題；在某些變電站嘗試采用站內(nèi)時間同步系統(tǒng)信號，受系統(tǒng)時間同步信號精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性（產(chǎn)品質(zhì)量問題）的影響，運行效果不理想。另一方面，單獨配置時間同步裝置，需要在現(xiàn)場安裝天線，增加了工程施工及運行維護方面的額外工作；對于現(xiàn)場不允許安裝室外天線的情況，也不符合其運行管理要求。
五、結語
輸電線路肩負電能輸送的重要使命，是電力的“高速公路”，分布廣、跨度大，線路走廊環(huán)境復雜，常常翻越崇山峻嶺、跨越大江大河，故障人工查找困難。目前，故障行波測距技術是實現(xiàn)輸電線路故障快速定位查找的關鍵技術手段，其故障測距的精度，主要依賴于時間同步的精度。
理論上，行波測距裝置可以采用任何制造廠商的標準時間信號。目前，國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司對于時間同步裝置都有嚴格的標準要求，國家電網(wǎng)公司提出了“四統(tǒng)一”要求，各制造商產(chǎn)品在外觀結構、產(chǎn)品功能、技術指標等方面均有了較大的提高。
從管理和技術的角度，宜采用變電站/發(fā)電廠內(nèi)統(tǒng)一時間同步系統(tǒng)時間信號實現(xiàn)行波測距的對時，前提條件是要保證統(tǒng)一時間系統(tǒng)穩(wěn)定性和對時精度，以免行波測距運行于失步狀態(tài)，造成測距失敗。