基于Labview的10kV自閉貫通線故障定位研究

李宇鵬

摘要：10kV自閉貫通線是鐵路供電系統(tǒng)的重要組成部分，容易發(fā)生各種類型的故障，一旦故障得不到及時(shí)排除，極有可能造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。在鐵路系統(tǒng)中，自閉貫通線的供電負(fù)荷多且負(fù)荷分散，阻抗定位方法受到很大限制。暫態(tài)行波在傳輸過(guò)程不受外界環(huán)境、線路參數(shù)和過(guò)渡電阻的影響，非常適合自閉貫通線的故障定位?；诖?，提出基于暫態(tài)行波的故障定位方法。針對(duì)行波波頭識(shí)別難的問題，提出基于小波變換理論的暫態(tài)行波識(shí)別方法。

關(guān)鍵詞：故障定位；自閉貫通線；Labview；行波法；小波分析

一、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外對(duì)輸電線路故障定位的研究已有多年的歷史，且方法種類也基本成型，但只有少量特定的科研成果得以應(yīng)用。這些故障定位方法根據(jù)其原理不同可大致分為阻抗法、S注入法、行波法等[1]。本文采用單端的行波測(cè)距法。

二、單端行波測(cè)距法

（一）行波法的原理

本文采取的是單端行波測(cè)距法，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，故障點(diǎn)的電壓發(fā)生突變，產(chǎn)生由故障點(diǎn)向線路兩端傳播的高頻暫態(tài)故障行波，行波在故障點(diǎn)和線路中波阻抗不連續(xù)的點(diǎn)處不停的反射和折射。在測(cè)量點(diǎn)可以捕獲初始行波浪涌和第二個(gè)行波浪涌到達(dá)的時(shí)間差，再利用行波在線路中傳播的速度近似等于光速這一特點(diǎn)，便可求得故障點(diǎn)到測(cè)量點(diǎn)的距離。

s=12v（t2-t1）（1）

式（1）中，s為測(cè)量點(diǎn)M到故障點(diǎn)F的距離，t1、t2分別為初始行波和反射波到達(dá)測(cè)量點(diǎn)的時(shí)刻，v為行波波速。

（二）自閉貫通線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其運(yùn)行方式

自動(dòng)閉塞和電力貫通線路，即自閉貫通線，是指直接為鐵路沿線各車站、電氣集中設(shè)備以及區(qū)間負(fù)荷提供可靠、不間斷電源的線路。目前自閉貫通線的特點(diǎn)主要是供電線路長(zhǎng)，自閉貫通線的母線出線少，供電點(diǎn)多供電負(fù)荷小，并且接線形式簡(jiǎn)單，電壓等級(jí)低，變電所結(jié)構(gòu)單一，但供電可靠性要求高，所處環(huán)境差，維護(hù)困難，出現(xiàn)故障，難以排查。并且纜、線交替相接的線路結(jié)構(gòu)更加大了行波定位的困難性。

（三）針對(duì)各種問題采取的思路與方法

①構(gòu)造暫態(tài)電壓行波回路[2]。鐵路配電網(wǎng)絡(luò)屬于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，即變電所與故障點(diǎn)之間無(wú)電流回路，限制了暫態(tài)電流行波的應(yīng)用，同時(shí)造成電壓行波的穩(wěn)定性偏差問題。本方案在測(cè)量裝置的低壓側(cè)可靠接地，實(shí)現(xiàn)了高壓測(cè)量端虛擬接地方案，使問題得以很好解決。

②實(shí)現(xiàn)暫態(tài)行波無(wú)損獲取與微秒級(jí)計(jì)時(shí)。為盡量保證暫態(tài)行波信息無(wú)損獲取與計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，提出基于高阻精密電阻技術(shù)的測(cè)量方案與折算采樣點(diǎn)數(shù)的計(jì)時(shí)方法，并要求測(cè)量裝置具有高線性度、無(wú)延時(shí)和寬測(cè)量范圍的特點(diǎn)。可利用測(cè)量范圍為0～20MHz高保真10kV高壓探頭與采樣率1MSa/s以上的高精度數(shù)據(jù)采集卡。

③消除線纜混用的影響。鐵路自閉貫通網(wǎng)絡(luò)是架空線和地下電纜混用系統(tǒng)，由于架空線和地下電纜的暫態(tài)行波傳播速度不一致，直接將速度作簡(jiǎn)單化處理，必然影響定位精度。通過(guò)研究傳輸線的物理模型，提出同一線纜折算的計(jì)算原理。

④實(shí)現(xiàn)暫態(tài)電壓行波波頭的準(zhǔn)確識(shí)別。準(zhǔn)確判斷行波波頭的真?zhèn)问菍?shí)現(xiàn)故障定位的關(guān)鍵。通過(guò)多次對(duì)比分析，找到了利用小波分解技術(shù)中的極大值特征和能量分布規(guī)律來(lái)判斷真假波頭。

三、仿真模擬

以架空線模型構(gòu)造貫通線系統(tǒng)，利用仿真軟件構(gòu)建自閉貫通線路的故障模型，貫通線故障時(shí)的通用仿真模型為：

實(shí)際生活中，貫通線故障以單相接地故障居多，比例可達(dá)90%左右，故主要對(duì)單相接地故障進(jìn)行仿真模擬，仿真波形如下：

在系統(tǒng)采樣得到數(shù)據(jù)后，利用小波工具箱實(shí)現(xiàn)小波分析，小波分析[3]可以將采樣得到的數(shù)據(jù)分解成幾層，按照特定的要求取特定層里奇異點(diǎn)，這樣同樣可以得到兩個(gè)行波浪涌的波頭。小波分析得到時(shí)間差以后，再利用特定的算法就可以計(jì)算出故障點(diǎn)的距離。

參考文獻(xiàn)：

[1]萬(wàn)喻，王勛.一種10kV自閉/貫通線路故障診斷方法[J].硅谷，2012，（18）：121122.

[2]孟榮，徐紅元，渠紅濤.基于電壓行波原理故障測(cè)距的相關(guān)問題研究[J].電氣技術(shù)，2011（12）：1516.

[3]李世雄.小波變化及其應(yīng)用[M].高等教育出版社，1997.