基于Labview的10kV自闭贯通线故障定位研究

李宇鹏

摘要：10kV自闭贯通线是铁路供电系统的重要组成部分，容易发生各种类型的故障，一旦故障得不到及时排除，极有可能造成巨大经济损失。在铁路系统中，自闭贯通线的供电负荷多且负荷分散，阻抗定位方法受到很大限制。暂态行波在传输过程不受外界环境、线路参数和过渡电阻的影响，非常适合自闭贯通线的故障定位。基于此，提出基于暂态行波的故障定位方法。针对行波波头识别难的问题，提出基于小波变换理论的暂态行波识别方法。

关键词：故障定位；自闭贯通线；Labview；行波法；小波分析

一、国内外的研究现状

国内外对输电线路故障定位的研究已有多年的历史，且方法种类也基本成型，但只有少量特定的科研成果得以应用。这些故障定位方法根据其原理不同可大致分为阻抗法、S注入法、行波法等[1]。本文采用单端的行波测距法。

二、单端行波测距法

（一）行波法的原理

本文采取的是单端行波测距法，当线路发生故障时，故障点的电压发生突变，产生由故障点向线路两端传播的高频暂态故障行波，行波在故障点和线路中波阻抗不连续的点处不停的反射和折射。在测量点可以捕获初始行波浪涌和第二个行波浪涌到达的时间差，再利用行波在线路中传播的速度近似等于光速这一特点，便可求得故障点到测量点的距离。

s=12v（t2-t1）（1）

式（1）中，s为测量点M到故障点F的距离，t1、t2分别为初始行波和反射波到达测量点的时刻，v为行波波速。

（二）自闭贯通线的结构特点及其运行方式

自动闭塞和电力贯通线路，即自闭贯通线，是指直接为铁路沿线各车站、电气集中设备以及区间负荷提供可靠、不间断电源的线路。目前自闭贯通线的特点主要是供电线路长，自闭贯通线的母线出线少，供电点多供电负荷小，并且接线形式简单，电压等级低，变电所结构单一，但供电可靠性要求高，所处环境差，维护困难，出现故障，难以排查。并且缆、线交替相接的线路结构更加大了行波定位的困难性。

（三）针对各种问题采取的思路与方法

①构造暂态电压行波回路[2]。铁路配电网络属于中性点不接地系统，即变电所与故障点之间无电流回路，限制了暂态电流行波的应用，同时造成电压行波的稳定性偏差问题。本方案在测量装置的低压侧可靠接地，实现了高压测量端虚拟接地方案，使问题得以很好解决。

②实现暂态行波无损获取与微秒级计时。为尽量保证暂态行波信息无损获取与计时准确，提出基于高阻精密电阻技术的测量方案与折算采样点数的计时方法，并要求测量装置具有高线性度、无延时和宽测量范围的特点。可利用测量范围为0～20MHz高保真10kV高压探头与采样率1MSa/s以上的高精度数据采集卡。

③消除线缆混用的影响。铁路自闭贯通网络是架空线和地下电缆混用系统，由于架空线和地下电缆的暂态行波传播速度不一致，直接将速度作简单化处理，必然影响定位精度。通过研究传输线的物理模型，提出同一线缆折算的计算原理。

④实现暂态电压行波波头的准确识别。准确判断行波波头的真伪是实现故障定位的關键。通过多次对比分析，找到了利用小波分解技术中的极大值特征和能量分布规律来判断真假波头。

三、仿真模拟

以架空线模型构造贯通线系统，利用仿真软件构建自闭贯通线路的故障模型，贯通线故障时的通用仿真模型为：

实际生活中，贯通线故障以单相接地故障居多，比例可达90%左右，故主要对单相接地故障进行仿真模拟，仿真波形如下：

在系统采样得到数据后，利用小波工具箱实现小波分析，小波分析[3]可以将采样得到的数据分解成几层，按照特定的要求取特定层里奇异点，这样同样可以得到两个行波浪涌的波头。小波分析得到时间差以后，再利用特定的算法就可以计算出故障点的距离。

参考文献：

[1]万喻，王勋.一种10kV自闭/贯通线路故障诊断方法[J].硅谷，2012，（18）：121122.

[2]孟荣，徐红元，渠红涛.基于电压行波原理故障测距的相关问题研究[J].电气技术，2011（12）：1516.

[3]李世雄.小波变化及其应用[M].高等教育出版社，1997.