7/27/2019 A Traveling Wave Based Fault Locating System

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2 0 0 6 I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n P o w e r S y s t e m T e c h n o l o g y

A Traveling Wave Based F a u l t L o c a t i n g SystemforHVDCTran s mi s si o n Lines

P i n g C h e n , B i n g y i n X u , J i n g L i

A b s t r a c t - T h e modern t r a v e l i n g wave b a s e d f a u l t l o c a t i o np r i n c i p l e s f o r t r a n s m i s s i o n l i n e s a r e a n a l y z e d . I n o r d e r t o a p p l yt h e t r a v e l i n g wave p r i n c i p l e s t o HVDC t r a n s m i s s i o n l i n e s , t h es p e c i a l t e c h n i c a l p r o b l e m s a r e s t u d i e d . B a s e d o n t h i s , a f a u l tl o c a t i n g s y s t e m f o r HVDC t r a n s m i s s i o n l i n e s i s d e v e l o p e d . Th es y s t e m c a n s u p p o r t t h e t y p e D a n d t y p e A modern t r a v e l i n g wavep r i n c i p l e s s i m u l t a n e o u s l y , a n d i t i s c o m p o s e d o f t h r e e d i f f e r e n tp a r t s : t r a v e l i n g wave d a t a a c q u i s i t i o n a n d p r o c e s s i n g s y s t e m ,c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k a n d PC b a s e d m a s t e r s t a t i o n . I n t h es y s t e m , t h e f a u l t g e n e r a t e d t r a n s i e n t s a r e i n d u c e d f r o m t h eg r o u n d l e a d s o f t h e o v e r v o l t a g e s u p p r e s s i o n c a p a c i t o r s o f aHVDC l i n e t h r o u g h s p e c i a l d e v e l o p e d t r a v e l i n g wave c o u p l e r s .Th e s y s t e m was a p p l i e d t o 5 0 0 kV Ge Z h o u b a - N a n q i a o( S h a n g h a i ) HVDC t r a n s m i s s i o n l i n e i n C h i n a . So me f i e l do p e r a t i o n e x p er i e n c es a r e s u m m a r i z e d , s h o wi n g t ha t t he s y s t e mh a s v e r y h i g h r e l i a b i l i t y a n d a c c u r a c y , a n d t h e maximuml o c a t i o n e r r o r i s a b o u t 3 km ( n o t more t h a n 0 . 3 % o f t h e t o t a l l i n el e n g t h ) . O b v i o u s l y , t h e a p p l i c a t i o n o f t h e s y s t e m i s v e r ys u c c e s s f u l , a n d t h e f a u l t l o c a t i o n p r o b l e m s i n c e t h e l i n e o p e r a t i o nh a s f i n a l l y b e e n s o l v e d c o m p l e t e l y .

p r e s e n t e d a l r e a d y a s e a r l y a s 1 9 5 0 s [ 1 ] , b u t t h e y w e r eg r a d u a l l y a b a n d o n e d 1 9 7 0 s l a t e r d u e t o t h e i r h i g h c o s t , p o o rr e l i a b i l i t y a n d m a i n t e n a n c e p r o b l e m s .W i t h t h e d e v e l o p m e n t s o f m o dem m i c r o - e l e c t r o n i c s ,

c o m m u n i c a t io n a n d d i g i t a l s i g n a l p r o c e s s i n g t e c h n i q u e s , t h et r a v e l i n g w a v e b a s e d f a u l t l o c a t i o n t e c h n i q u e s h a v e b e e ne n d o w e d w i t h new v i t a l i t y [ 2 ] , a n d g e t m o r e a n d m o r ea p p l i c a t i o n s i n d i f f e r e n t AC t r a n s m i s s i o n s y s t e m s [ 3 ] - [ 7 ] s i n c e1 9 9 0 s . T h e p r a c t i c a l o p e r a t i o n e x p e r i e n c e s s h o w t h a t t h el o c a t i o n e r r o r o f m o dem t r a v e l i n g w a v e b a s e d f a u l t l o c a t i o ns y s t e m s f o r AC t r a n s m i s s i o n l i n e s c o u l d b e w i t h i n 2 0 0 m [ 8 ] .I n t h i s p a p e r , a f a u l t l o c a t i n g s y s t e m f o r HVDCt r a n s m i s s i o n l i n e s i s d e v e l o p e d , a n d t h e f i e l d o p e r a t i o ne x p e r i e n c e s i n 5 0 0 kV Ge Z h o u b a - N a n q i a o HVDCt r a n s m i s s i o n s y s t e m a r e s u m m a r i z e d .

I I . MODERN T R A V E L I N G WAVE BASED FAULT L O C A T I O NP R I N C I P L E S

I n d e x Terms-Data a c q u i s i t i o n , p r o p a g a t i o n , f a u l t l o c a t i o n ,G l o b a l P o s i t i o n i n g S y s t e m , HVDC t r a n s m i s s i o n l i n e s , R e p e a t e r s ,S i g n a l a n a l y s i s , S u r g e s , S y n c h r o n i z a t i o n , t r a n s d u c e r s .

I . INTRODUCTIONTe HVDC t r a n s m i s s i o n i s no w t h e i m p o r t a n t t e c h n i c a lm e a n s f o r t h e s o l u t i o n o f h ig h v o l t a g e , l a r g e c a p a c i t y , a n dl o n g d i s t a n c e p o w e r t r a n s m i s s i o n a n d a s y n c h r o n o u s p o w e rn e t w o r k i n t e r c o n n e c t i o n . T y p i c a l l y , t h e t o t a l l e n g t h o f aHVDC t r a n s m i s s i o n l i n e i s a b o v e h u n d r e d s o f k i l o m e t e r s , a n dt h e l a n d f o r m a n d t h e w e a t h e r may h a v e a g r e a t c h a n g e a l o n gt h e l i n e . T h i s m a k e s i t v e r y d i f f i c u l t t o s e a r c h a l i n e f a u l t . I t i so b v i o u s t h a t t h e r e w i l l b e m u c h g r e a t r e a l i s t i c a l l y s i g n i f i c a n tt o d e v e l o p f a u l t l o c a t i o n t e c h n o l o g y f o r HVDC t r a n s m i s s i o nl i n e s e n e r g e t i c a l l y .

W i t h h i g h a c c u r a c y a n d w i d e a p p l i c a b i l i t y , t h e t r a v e l i n gwave b a s e d f a u l t l o c a t i o n p r i n c i p l e s w e r e r e l a t i v e l y p e r f e c t f o rt r a n s m i s s i o n l i n e f a u l t l o c a t i o n . T h e s e p r i n c i p l e s h a d b e e n

T h i s w o r k w a s s u p p o r t e d b y t h e P r o v i n c i a l N at u r al S c i en c e F o u n da t io n o fS h a n d o n g P r o v i n c e ( N o . 2 0 0 4 Z X 2 6 ) .P i n g C h e n i s w i t h t h e D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , S h a n d o n gU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , Z i b o , S h a n d o n g 2 5 5 0 4 9 C h i n a ( e - m a i l :p i n g c h n I 9 6 9 n a . , 2 6 3 n e t )B i n g y i n Xu i s w i t h t h e D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , S h a n d o n gU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , Z i b o , S h a n d o n g 2 5 5 0 4 9 C h i n a ( e -

m a i l : x u b y o c h i n a . c o m ) .J i n g L i i s w i t h K e h u i E l e c t r i c C o . , L t d . , Z i b o , S h a n d o n g 2 5 5 0 8 7 C h i n a ( e -m a i l : l i j a ) k e h u i . c n ) .

A . D o u b l e e n d e d p r i n c i p l e ( t y p e D )T h e d o u b l e e n d e d t r a v e l i n g w a v e p r i n c i p l e c a l c u l a t e s t h ef a u l t d i s t a n c e u s i n g t h e t i m e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e a b s o l u t ea r r i v a l t i m e s o f f a u l t i n d u c e d i n i t i a l s u r g e s m e a s u r e d a t b o t ht e r m i n a l s o f t h e l i n e .A f a u l t o n a t r a n s m i s s i o n l i n e g e n e r a t e s v o l t a g e a n d c u r r e n ts u r g e s t r a v e l i n g t o w a r d s t w o t e r m i n a l s o f t h e l i n e a t a s p e e dc l o s e t o t h e l i g h t , a s s h o w n i n F i g . 1 .

I .

t =0

F i g . 1 L a t t i c e d i a g r a m f o r p r o p a g a t i o n o f f a u l t i n d u c e d t r a v e l i n g w a v e s .T h e f a u l t d i s t a n c e c a n b e e x p r e s s e d a s f o l l o w s :

Y i . .

T

1 - 4 2 4 4 - 0 1 1 1 - 9 / 0 6 / $ 2 0 . 0 0 c 0 2 0 0 6 I E E E .

0 4 . - 1 -I I ;. -

A. .- - .9 M

I 1-

I -:., - - - b l i .

1 1 I

i r e A l

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2

{XM1XN

12 [ V ( T M l - T N , ) + L ]1 [ v ( A T N I - T M l ) + L ]

W h e r e XM a n d XN a r e t h e d i s t a n c e s f r o m t h e f a u l t t ot e r m i n a l M a n d N r e s p e c t i v e l y . v i s t h e v e l o c i t y o f t r a v e l i n gw a v e s . L i s t h e t o t a l l i n e l e n g t h . T M 1 a n d T N , a r e t h e a r r i v a lt i m e s o f t h e f a u l t i n d u c e d i n i t i a l s u r g e s m e a s u r e d a t t e r m i n a lM a n d N r e s p e c t i v e l y .B . S i n g l e e n d e d p r i n c i p l e ( t y p e A )

T h e s i n g l e e n d e d p r i n c i p l e m a k e s u s e o f t h e f a u l t i n d u c e dt r a n s i e n t t r a v e l i n g w a v e s a n d t h e a s s o c i a t e d r e f l e c t e d w a v e s t od e t e r m i n e t h e f a u l t l o c a t i o n a t o n e l i n e t e r m i n a l . A c c o r d i n g t ot h e d i f f e r e n t s o u r c e s o f t h e r e f l e c t e d w a v e s t o b e d e t e c t e d , t h i sp r i n c i p l e c a n b e c l a s s i f i e d i n t o t h r e e i n d e p e n d e n t m o d e s o fo p e r a t i o n , i . e . s t a n d a r d m o d e , e x t e n d e d m o d e a n d i n t e g r a t e dm o d e .

F o r t h e s t a n d a r d m o d e , t h e f a u l t r e f l e c t e d w a v e i s d e t e c t e d .S e e F i g . 1 a n d t a k e t e r m i n a l M a s t h e m e a s u r i n g t e r m i n a l .When t h e f a u l t g e n e r a t e d i n i t i a l s u r g e a r r i v e s a t t i m e T M 1 , t h ef i r s t b a c k w a r d s u r g e i s d e t e c t e d w i t h t h e p r o p a g a t i o n d i r e c t i o nf r o m t h e f a u l t t o t h e l o c a l b u s , a n d a t t h e s a m e m o m e n t ar e f l e c t e d w a v e i s p r o d u c e d d u e t o i m p e d a n c e d i s c o n t i n u i t y .T h e r e f l e c t e d w a v e f r o m l o c a l t e r m i n a l i s t h e f i r s t f o r w a r ds u r g e t r a v e l i n g b a c k t o t h e f a u l t , a n d i s r e f l e c t e d b a c k a g a i n a tt h e f a u l t p o i n t . T h e f a u l t r e f l e c t e d w a v e w i l l a r r i v e a t t h e l o c a lt e r m i n a l a t t i m e T M 2 , a n d t h e t i m e d i f f e r e n c e b e t w e e n t i m eT M 2 a n d T M 1 , d e n o t e d a s A t , i s t h e t i m e i n t e r v a l f o r a s u r g et o t r a v e l f r o m t h e l o c a l m e a s u r i n g p o i n t t o t h e f a u l t a n d b a c k .S o t h e d i s t a n c e t o f a u l t f r o m t h e m e a s u r i n g p o i n t c a n b ec a l c u l a t e d a s f o l l o w s :

X =-vAt ( 2 )F o r t h e e x t e n d e d m o d e , t h e o p p o s i t e t e r m i n a l r e f l e c t e d

w a v e i s d e t e c t e d . I t c a n b e s e e n t h a t t h e r e f l e c t e d w a v e a to p p o s i t e t e r m i n a l ( t e r m i n a l N ) w i l l p a s s t h r o u g h t h e f a u l tp o i n t a n d a r r i v e a t t h e l o c a l m e a s u r i n g p o i n t a t t i m e T M 2 , a n dt h e t i m e d i f f e r e n c e b e t w e e n t i m e T M 2 a n d T M 1 ' d e n o t e d a sA t ' , i s t h e t i m e i n t e r v a l f o r a s u r g e t o t r a v e l f r o m t h e f a u l t t ot h e o p p o s i t e t e r m i n a l a n d b a c k . S o t h e d i s t a n c e t o f a u l t f r o mt h e o p p o s i t e t e r m i n a l c a n b e w r i t t e n a s :

1X - v A t ' ( 3 )N2As f o r t h e i n t e g r a t e d m o d e , o n l y t h e s e c o n d b a c k w a r ds u r g e i s d e t e c t e d a n d d i s c r i m i n a t e d . I n g e n e r a l c a s e s , t h i ss u r g e i s e i t h e r t h e f a u l t r e f l e c t e d w a v e t o t h e f i r s t f o r w a r ds u r g e o f t h e l o c a l m e a s u r i n g p o i n t , o r t h e o p p o s i t e t e r m i n a lr e f l e c t e d w a v e t o t h e f a u l t i n d u c e d i n i t i a l s u r g e . S o i f t h ec h a r a c t e r i s t i c o f t h e s e c o n d b a c k w a r d s u r g e c a n b e c o r r e c t l yd i s c r i m i n a t e d a t t h e l o c a l m e a s u r i n g p o i n t , t h e n t h e f a u l tl o c a t i o n c a n b e g i v e n b y " ( 2 ) " o r " ( 3 ) . "

C . C o o p e r a t i o n o f t h e d o u b l e a n d s i n g l e e n d e d p r i n c i p l e sT h e d o u b l e e n d e d p r i n c i p l e i s m o r e r e l i a b l e t h a n t h e s i n g l e

e n d e d o n e a s i t m a k e s u s e o f o n l y t h e f a u l t g e n e r a t e d i n i t i a ls u r g e s . B u t i t r e q u i r e s t w o e q u i p m e n t s b e i n s t a l l e d a t b o t he n d s o f t h e s u p e r v i s e d l i n e , a n d i t s a c c u r a c y i s a f f e c t e d b y t h ee r r o r s o f t h e g i v e n l i n e l e n g t h a n d t h e s y n c h r o n i z a t i o n c l o c ks y s t e m , s u c h a s t h e G l o b a l P o s i t i o n i n g S y s t e m ( G P S ) .

T h e s i n g l e e n d e d p r i n c i p l e i s m o r e c o s t e f f e c t i v e t o r e a l i z ew i t h h i g h e r a c c u r a c y , b u t i t s r e l i a b i l i t y i s n o t v e r y s a t i s f a c t o r yd u e t o t h e c o m p l e x i t y o f f a u l t r e f l e c t e d s u r g e d i s c r i m i n a t i o n .I n a n a c t u a l s y s t e m , t h e p r i n c i p l e t y p e D c a n b e u s e di n d e p e n d e n t l y a n d i s t h e p r i m a r y t r a v e l i n g w a v e b a s e d f a u l tl o c a t i o n m e t h o d . T h e p r i n c i p l e t y p e A i s u s e d a s ac o m p l e m e n t a r y p r i n c i p l e t o v a l i d a t e a n d r e v i s e t h e f a u l tl o c a t i o n r e s u l t s o f p r i n c i p l e t y p e D .I I I . S P E C I A L PROBLEMS FOR HV DC TRANSMISSION L I N E FAULTLOCATION BASED ON TRAVELING WAVES

A . S u r g e s m e a s u r e d a t l i n e t e r m i n a l sF a u l t l o c a t i o n m e t h o d b a s e d o n t r a v e l i n g w a v e s m a k e s u s eo f t r a n s i e n t s i g n a l s s e v e r a l m i l l i s e c o n d s a f t e r a f a u l t o c c u r s .

F o r a HVDC t r a n s m i s s i o n s y s t e m , t h e AC/DC c o n v e r t i n ge q u i p m e n t s w i l l n o t o p e r a t e w i t h i n t h i s t i m e i n t e r v a l a n d t h e i ri n f l u e n c e c a n b e n e g l e c t e d . T a k i n g Ge Z h o u b a t o N a n q i a oHVDC s y s t e m a s a n e x a mp l e , t h e t e r m i n a l c i r c u i t i s s h o w n a sF i g . 2 .

L 1 =3mH L2=3mH TA

D - 2 S 7 3

F i g . 2 T e r m i n a l c i r c u i t o f G e Z h o u b a t o N a n q i a o H V D C t r a n s m i s s i o n s y s t e m .A s t h e TV a n d TA o f a HVDC t r a n s m i s s i o n s y s t e m a r ei n s t a l l e d b e h i n d t h e s u r g e s u p p r e s s i o n s c a p a c i t o r ( C 3 i n F i g . 2 ) ,t h e r i s i n g t i m e o f v o l t a g e a n d c u r r e n t s u r g e s m e a s u r e d f r o mTV a n d TA a r e v e r y s l o w a n d c a n n o t b e u s e d t o l o c a t e a f a u l te f f e c t i v e l y .An a d d i t i o n a l s e n s o r i s n e e d e d t o c a p t u r e a f a u l t i n d u c e dt r a n s i e n t s i g n a l w i t h q u i c k r e s p o n s e . O n e a l t e r n a t i v e s c h e m e i st o i n d u c e t h e f a u l t g e n e r a t e d t r a n s i e n t s f r o m t h e g r o u n d l e a d

o f t h e o v e r v o l t a g e s u p p r e s s i o n c a p a c i t o r s C 3 t h r o u g h a s p e c i a ld e v e l o p e d t r a v e l i n g w a v e c o u p l e r , a s s h o w n i n F i g . 3 .

_ I0

F i g . 3 M e a s u r i n g i m p u l s e c u r r e n t f l o w i n g t h r o u g h C 3 .m

7/27/2019 A Traveling Wave Based Fault Locating System

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3C u r r e n t f l o w i n g t h r o u g h C 3 i s p r o p o r t i o n a l t o t h ed e r i v a t i v e o f i n c o m i n g v o l t a g e s u r g e w i th t im e c o n s t a n t xe q u a l s t o t h e p r o d u c t o f Z c a n d C 3 , w h e r e Z c i s t h e s u r g e

i m p e d a n c e o f t h e l i n e . T h u s a s t e e p i m p u l s e c u r r e n t a l m o s tw i t h o u t d e l a y t o l i n e s u r g e a n d w i t h m o r e t h a n 1 0 p t s w i d t hw i l l b e p r o d u c e d w h e n i n c o m i n g s u r g e a r r i v e s . I t m a k e sa c c u r a t e a n d r e l i a b l e f a u l t l o c a t i o n p r a c t i c a l l y p o s s i b l e .B . E f f e c t o f r e p e a t e r s t a t i o nA r e p e a t e r s t a t i o n f o r p o w e r l i n e c a r r i e r c o m m u n i c a t i o n i su s u a l l y i n s e r t e d t o e n s u r e c o m m u n i c a t i o n q u a l i t y a l o n g l o n gd i s t a n c e t r a n s m i s s i o n l i n e . T h e r e p e a t e r s t a t i o n i s e q u i v a l e n t t oa w a v e t r a p , a s s h o w n i n F i g . 4 . A c c o r d i n g t o p a r a m e t e r s o fr e p e a t e r s t a t i o n i n Ge Z h o u b a t o N a n q i a o H V D C t r a n s m i s s i o n

s y s t e m i t s c u t o f f f r e q u e n c y i s a b o u t 2 0 k H z . T h e r e f o r e ,s i g n i f i c a n t a t t e n u a t i o n a n d d e l a y w i l l b e i n t r o d u c e d w h e n af a u l t s u r g e p a s s e s t h e r e p e a t e r s t a t i o n , r e s u l t i n g i n f a i l u r e o fi n c o m i n g s u r g e d e t e c t i o n a t t h e l i n e t e r m i n a l .L=3mH

C 1 = l O n F C 2 = 5 O n FI IF i g . 4 R e p e a t e r s t a t i o n i n G e Z h o u b a t o N a n q i a o HVDC s y s t e m .

I n o r d e r t o overcome t h e p r o b l e m c a u s e d b y t h e r e p e a t e rs t a t i o n , a t r a v e l i n g w a v e a c q u i s i t i o n s y s t e m c a n b e i n s t a l l e d i nt h e r e p e a t e r s t a t i o n r e s p o n s i b l e f o r t a k i n g i n i m p u l s e c u r r e n t so f t h e o v e r v o l t a g e s u p p r e s s i o n c a p a c i t o r s a t b o t h s i d e s o f t h ew a v e t r a p c i r c u i t .

T h e r e a r e t h r e e s e t s o f t r a v e l i n g w a v e d a t a a c q u i s i t i o n a n dp r o c e s s i n g s y s t e m s i n s t a l l e d a t t w o c o n v e r t e r s t a t i o n s A , Ba n d o n e PLC r e p e a t e r s t a t i o n R r e s p e c t i v e l y . T h e y a r er e s p o n s i b l e f o r i n d u c t i n g t h e f a u l t g e n e r a t e d t r a n s i e n t s f r o mt h e g r o u n d l e a d s o f t h e o v e r v o l t a g e s u p p r e s s i o n c a p a c i t o r s o ft h e l i n e t h r o u g h s p e c i a l d e v e l o p e d t r a v e l i n g w a v e c o u p l e r s ,a c q u i r i n g t h e m w i t h a s a m p l i n g p e r i o d o f 1 p t s , s t o r i n g t h e ml o c a l l y , e x c h a n g i n g t h e m e a c h o t h e r a n d s e n d i n g t h e m t o t h ePC b a s e d m a s t e r s t a t i o n t h r o u g h p u b l i c t e l e p h o n e n e t w o r k o rs p e c i a l d a t a c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k f o r p o w e r s y s t e m s .

T h e PC b a s e d m a s t e r s t a t i o n i s i n s t a l l e d a t a r e m o t ed i s p a t c h i n g c e n t e r . I t i s r e s p o n s i b l e f o r f u r t h e r p r o c e s s i n g t h ef a u l t g e n e r a t e d t r a n s i e n t d a t a , p e r m a n e n t l y s t o r i n g t h e m i n t ot h e h a r d d i s k , a n d a u t o m a t i c a l l y c a l c u l a t i n g t h e f a u l t d i s t a n c e .I t a l s o p r o v i d e s f u n c t i o n s f o r m a n u a l a n d c o m p u t e r a i d e dt r a n s i e n t w a v e f o r m a n a l y s e s .

V . O P E R A T I O N EXPERIENCES OF THE LOCATING SYSTEMI n D e c e m b e r 2 0 0 1 , t h e S t a t e P o w e r C o r p o r a t i o n o f C h i n a

i n t r o d u c e d i n t o o n e s e t o f a b o v e t r a v e l i n g w a v e b a s e d f a u l tl o c a t i o n s y s t e m a n d i n s t a l l e d o n 5 0 0 kV l i n e G e - N a n w h i c h i st h e f i r s t HVDC t r a n s m i s s i o n l i n e i n C h i n a f r o m Ge Z h o u b a t oN a n q i a o a s s h o w n i n F i g . 6 . T h e r e a r e t h r e e s t a t i o n s a l o n g t h el i n e , i . e . Ge Z h o u b a c o n v e r t e r s t a t i o n , M a i y u a n r e p e a t e rs t a t i o n a n d N a n q i a o c o n v e r t e r s t a t i o n e a c h w i t h a s e t o ft r a v e l i n g w a v e a c q u i s i t i o n a n d p r o c e s s i n g s y s t e m i n s t a l l e d .T h e s e a c q u i s i t i o n a n d p r o c e s s i n g s y s t e m s a r e c o n n e c t e d w i t ht h e PC b a s e d m a s t e r s t a t i o n t h r o u g h p u b l i c t e l e p h o n e n e t w o r k .

5 3 3 km _ L a 5 U 5 kmI V . FAULT L O C A T I N G S Y S T E M F OR HVDC TRANSMISSION

L I N E ST h e s t r u c t u r e o f t h e d e v e l o p e d f a u l t l o c a t i o n s y s t e m f o r a

HVDC t r a n s m i s s i o n l i n e i s s h o w n i n F i g . 5 .A R BI r I ; i

Traveling wave T i a v e h i n g waveq u i s i t i o r L a r L d u i t ' o nan_da I a c ui l o I

processig s y s t e m p i o c e s s i g s y s t e m

C o r m m u r a c a t i o r n e t w o r k

I r L t e g a t e t r a v e l i n gwav a n a l y s i s s 3 m t e m

F i g . 5 S t r u c t u r e o f t h e p r e s e n t e d f a u l t l o c a t i n g s y s t e m

IG e E h o u b a( C o n v e r t e r S t a t i o n ) ( R e p e a t e r S t a t i o n ) ( C o n v e r t e r S t a t i o n )

F i g . 6 S t r u c t u r e o f t h e G e - N a n HVDC t r a n s m i s s i o n n e t w o r kA t 1 9 : 4 6 : 0 9 , J a n u a r y 1 4 t h , 2 0 0 2 , a f a u l t o c c u r r e d i n G e -

M a i l i n e s e c t i o n , a n d t h e f i n a l f a u l t l o c a t i o n p r o v i d e d b y t h el o c a t i o n s y s t e m w a s 1 3 0 . 9 km a w a y f r o m Ge Z h o u b a s i d e .T h r o u g h p o l e - c l i m b i n s p e c t i n g t o t h e l i v e - l i n e , o b v i o u s f a u l tf l a s h o v e r t r a c e w a s f o u n d a t t h e r i g h t p o l e o f N o . 3 3 3 t o w e r ,w h i c h i s 1 2 9 . 8 8 km a w a y f r o m Ge Z h o u b a s i d e . A t y p i c a l f o gf l a s h o v e r f a u l t w a s c o n f i r m e d b y f u r t h e r a n a l y s i s . F o r t h i sf a u l t , t h e a b s o l u t e l o c a t i o n e r r o r w a s 1 . 0 2 k m .

A t 1 4 : 3 8 : 2 8 , J a n u a r y 1 8 t h , 2 0 0 2 , a n o t h e r f a u l t o c c u r r e d i nM a i - N a n l i n e s e c t i o n . U s i n g t h e o r i g i n a l g i v e n l e n g t h o f t h eM a i - N a n l i n e s e c t i o n , i . e . 5 1 3 k m , t h e f a u l t l o c a t i o n r e s u l t e df r o m t y p e D d o u b l e e n d e d t r a v e l i n g w a v e p r i n c i p l e w a s 1 2 8 . 3km a w a y f r o m M a i y u a n s i d e . B u t t h e f a u l t l o c a t i o n d e r i v e df r o m t y p e A s i n g l e e n d e d t r a v e l i n g w a v e p r i n c i p l e s h o u l d b e1 2 3 . 3 km a w a y f r o m M a i y u a n s i d e a n d 3 8 1 . 7 km a w a y f r o mN a n q i a o s i d e r e s p e c t i v e l y . As g r e a t d i f f e r e n c e ( 5 k m ) e x i s t e df o r t h e l o c a t i o n r e s u l t s b y t w o d i f f e r e n t p r i n c i p l e s , i t w a sc o n c l u d e d t h a t g r e a t d i f f e r e n c e e x i s t e d f o r t h e o r i g i n a l g i v e nl e n g t h o f t h e M a i - N a n l i n e s e c t i o n . S o t h e f a u l t l o c a t i o nd e r i v e d f r o m t y p e A t r a v e l i n g wave p r i n c i p l e w a s s e l e c t e d a s

7/27/2019 A Traveling Wave Based Fault Locating System

4/4

4

t h e f i n a l l o c a t i o n r e s u l t s . M o r e o v e r , t h e l e n g t h o f t h e M a i - N a nl i n e s e c t i o n w a s r e v i s e d a s 5 0 5 km b y t h e t y p e A t r a v e l i n gw a v e b a s e d l o c a t i o n r e s u l t s a t b o t h s i d e s o f t h i s l i n e s e c t i o n .T h e a c t u a l f a u l t l o c a t i o n w a s 3 8 4 . 1 5 km a w a y f r o m N a n q i a os i d e . F o r t h i s f a u l t , t h e a b s o l u t e l o c a t i o n e r r o r w a s 2 . 4 5 k m .

I t i s o b v i o u s t h a t t h e a p p l i c a t i o n o f t h e f a u l t l o c a t i o ns y s t e m i n t h e G e - N a n HVDC t r a n s m i s s i o n l i n e i s v e r ys u c c e s s f u l a n d t h e f a u l t l o c a t i o n p r o b l e m s i n c e t h e l i n eo p e r a t i o n h a s f i n a l l y b e e n s o l v e d c o m p l e t e l y .T a b l e I g i v e s a s t a t i s t i c s o f f a u l t l o c a t i o n o f t h e l o c a t i n gs y s t e m i n 2 0 0 2 , s h o w i n g t h a t t h e maximum l o c a t i o n e r r o r o ft h e d e v e l o p e d l o c a t i n g s y s t e m i s 3 . 1 2 k m .

TABLE IS T A T I S T I C S OF FAULT LOCATION OF TH E LOCATION SYSTEM I N 2002

L o c a t i o n R e s u l t ( k m ) A c t u a l L o c a t i o n ( k m )F a u l t T i m e Away f r o m Away f r o m Away f r o m A w a y f r o m L o c a t i o n En r ( k m )G e Z h o u b a N a n i a c G e Z h o u b a N a n q i a o2 0 0 2 - 0 1 - 1 4 4 1 1 9 : 6 : 0 9 1 3 0 . 9 1 2 9 . 8 8 1 . 0 2

2 0 0 2 - 0 1 - 1 8 1 1 4 : 3 8 : 2 8 3 3 1 . 7 3 8 4 . 1 5 2 . 4 52 0 0 2 - 0 1 - 1 8 1 1 4 : 4 2 : 0 2 3 3 1 41 8 4 . 5 2 - 3 . 1 22 0 0 2 - 0 1 - 1 9 1 8 : 1 2 : 4 0 3 8 1 . 4 3 8 2 . 6 5 - 1 . 2 52 0 0 2 - 0 1 - 1 9 1 0 8 : 2 3 : 1 9 3 8 1 . 4 3 8 3 . 6 6 7 2 . 2 6 72 0 0 2 - 0 1 - 1 9 1 1 1 : 5 3 : 3 9 3 0 1 . 4 3 8 3 k . 4 7 - 2 . 0 6 72 0 0 2 - 1 2 - 0 1 f d : 2 5 : 1 9 6 2 4 6 4 . 8 9 1 - 2 . 8 9 12 0 0 2 - 1 2 - 0 1 3 7 : 4 7 : 0 1 4 6 2 4 6 4 . 8 9 1 - 2 . 8 9 12 0 0 2 - 1 2 - 0 1 7 : 5 4 : 1 0 4 6 2 4 6 4 . 8 9 1 - 2 . 8 9 12 0 0 2 - 1 2 - 0 1 7 : 5 5 4 6 42 4 6 4 . 8 9 1 - 2 . 8 9 12 0 0 2 - 1 2 - 0 1 O S 8 : 4 6 : 3 4 4 4 5 . 5 - 1 . 5

p o w e r l i n e s . " A u t o m a ti o n o f E l e c t r i c P o w e r S y s t e m s , v o l . 3 0 , p p 6 8 - 7 3 ,M a r . 2 0 0 6 .[ 8 ] C h e n P i n g , Xu B i n g y i n , L i J i n g , e t a l , " D e v e l o p m e n t o f m o d e r nt r a v e l i n g w a v e b a s e d f a u l t l o c a t i o n s y s t e m , " A u t o m a t i o n o f E l e c t r i cP o w e r S y s t e m s , v o l . 2 7 , p p . 8 1 - 8 5 , J u n . 2 0 0 3 .

V I I I . B I O G R A P H I E SP i n g Chen w a s b o r n i n 1 9 6 9 . He o b t a i n e d t h e B . S . a n d M . S . d e g r e e s f r o mX i ' a n J i a o t o n g U n i v e r s i t y i n 1 9 9 1 a n d 1 9 9 4 r e s p e c t i v e l y , a n d t h e Ph D d e g r e ef r o m t h e s a m e u n i v e r s i t y i n 2 0 0 3 . F r o m 1 9 9 4 t o 2 0 0 3 , h e w o r k e d f o r Z i b oK e h u i E l e c t r i c Co L t d o n t h e r e s e a r c h a n d d e v e l o pm e n t o f f a u l t l o c a t i o ns y s t e m s a n d i n t e g r a t e d s u b s t a t i o n a u t o m a t i o n s y s t e m s . He i s c u r r e n t l y a na s s o c i a t e p r o f e s s o r o f S h a n d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y .B i n g y i n Xu w a s b o r n i n 1 9 6 1 . He r e c e i v e d t h e B . S . a n d M . S . d e g r e e s f r o mS h a n d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y i n 1 9 8 2 a n d 1 9 8 7 r e s p e c t i v e l y , a n d t h ePh D d e g r e e f r o m X i ' a n J i a o t o n g U n i v e r s i t y i n 1 9 9 1 . D u r i n g h i s Ph D s t u d i e sh e s p e n t t w o y e a r s i n E n g l a n d a s a s t u d e n t a b r o a d . He i s c u r r e n t l y a p r o f e s s o ro f S h a n d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , a n d t h e d i r e c t o r o f S h a n d o n g K e h u iE l e c t r i c Co L t d . He i s a Member o f t h e I E E E .J i n g L i w a s b o r n i n 1 9 6 7 . He o b t a i n e d t h e B . S . a n d M . E . d e g r e e s f r o m X i ' a nJ i a o t o n g U n i v e r s i t y i n 1 9 9 1 a n d 2 0 0 6 r e s p e c t i v e l y . S i n c e 1 9 9 3 , h e h a s b e e nw o r k i n g f o r Z i b o K e h u i E l e c t r i c Co L t d o n t h e d e v e l o p m e n t o f f a u l t l o c a t i o ns y s t e m s . He i s a S e n i o r E n g i n e e r a t t h e c o m p a n y .

V I . CONCLUSIONA f a u l t l o c a t i o n s y s t e m f o r H V D C t r a n s m i s s i o n l i n e s , u s i n gmode m t r a v e l i n g w a v e b a s e d f a u l t l o c a t i o n t e c h n o l o g y , w i t h

i t s o p e r a t i o n e x p e r i e n c e s i n t h e G e - N a n HVDC t r a n s m i s s i o ns y s t e m a r e s u m m a r i z e d i n t h i s p a p e r . T h e f i e l d o p e r a t i o ne x p e r i e n c e s s h o w t h a t w i t h t h e c o o p e r a t i o n o f t h e d o u b l e a n ds i n g l e e n d e d t r a v e l i n g w a v e p r i n c i p l e s , t h e p r e s e n t e d l o c a t i o ns y s t e m h a s v e r y h i g h r e l i a b i l i t y a n d a c c u r a c y , a n d t h emaximum l o c a t i o n e r r o r i s a b o u t 3 k m , i . e . n o t m o r e t h a n0 . 3 0 o o f t h e t o t a l l i n e l e n g t h .

V I I . R E F E R E N C E S[ 1 ] Ge Y a o z h o n g G e , New T y p e s o f P r o t e c t i v e R e l a y i n g a n d F a u l t L o c a t i o n :

T h e o r y a n d T e c h n i q u e s , X i ' a n : X i ' a n J i a o t o n g U n i v e r s i t y P r e s s , 1 9 9 6 , p .2 6 4 .[ 2 ] Xu B i n g y i n , L i J i n g , C h e n P i n g , e t a l , " M o d e r n t r a v e l i n g w a v e b a s e df a u l t l o c a t i o n t e c h n o l o g y a n d i t s a p p l i c a t i o n , " A u t o m a t i o n o f E l e c t r i cP o w e r S y s t e m s , v o l . 2 5 , p p . 6 2 - 6 5 , D e c . 2 00 1 .[ 3 ] H . L e e , A M . M o u s a , " G P S t r a v e l i n g w a v e f a u l t l o c a t o r s y s t e m s :I n v e s t i g a t i o n i n t o t h e a n o m a l o u s m e a s u r e m e n t s r e l a t e d t o l i g h t n i n gs t r i k e s , " IEEE T r a n s . P o w e r D e l i v e r y , v o l . 1 1 , p p . 1 2 1 4 - 1 2 2 3 , J u l . 1 9 9 6 .[ 4 ] P . F . G a l e , P . V . T a y l o r , P . N a i d o o , e t a l , " T r a v e l i n g w a v e f a u l t l o c a t o re x p e r i e n c e o n E s k o m ' s t r a n s m i s s i o n n e t w o r k , " i n P r o c . 2 0 0 1 S e v e n t hI n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n D e v e l o p m e n t s i n P o w e r S y s t e m P r o t e c t i o n ,p p . 3 2 7 - 3 3 0 .[ 5 ] Q i n J i a n , H u a n g Z h e n , Y a n g H u a , e t a l , " S t u d y o n t r a v e l i n g w a v ep r o p a g a t i o n i n d o u b l e - c i r c u i t p a r a l l e l t r a n s m i s s i o n l i n e , " P r o ce e d in g s o ft h e C h i n e s e S o c i e t y o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , v o l . 2 4 , p p . 3 0 - 3 4 , M a y ,2 0 0 4 .[ 6 ] J i T a o , Xu e Y o n g - D u a n , S u n T o n g - J i n g , e t a l , " F a u l t l o c a t i o n f o rd i s t r i b u t i o n f e e d e r s b a s e d o n t r a v e l i n g w a v e s , " A u t o m a t i o n o f E l e c t r i cP o w e r S y s t e m s , v o l . 2 9 , p p . 6 6 - 7 1 , O c t . 2 0 0 5 .[ 7 ] Xu e Y o n g - D u a n , Xu B i n g - Y i n , L i J i n g , e t a l , " T r a v e l i n g w a v e s b a se df a u l t l o c a t i o n i n 1 0 kV a u t o m a t i c b l o c k i n g a n d c o n t i n u o u s r a i l w a y