鐵路行波故障測距技術(shù)的研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-17 04:10 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 錄下的故障暫態(tài)波形可以對雙端行波測距結(jié)果進行驗證和校正。從原理講，行波測距技術(shù)是可行的，且有很多優(yōu)點。人們早在50年代就開始行波測距裝置的研究，但受當時對線路行波現(xiàn)象認識及技術(shù)條件限制，這些裝置很不成熟，存在著可靠性差、復雜、投資大等問題，基本上沒有得到推廣應用。進入90年代，影響行波測距技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)問題都有了經(jīng)濟可行的解決方案，行波測距技術(shù)（特別在輸電系統(tǒng)）已趨向成熟，進入了商業(yè)化應用階段。由于自閉/貫通線路結(jié)構(gòu)的特殊性，行波測距技術(shù)應用中又面臨著一些新的問題和難點。實現(xiàn)雙端行波測距首先需要解決在線路兩端如何獲取故障產(chǎn)生的暫態(tài)電壓行波信號。如果為實現(xiàn)故障測距而在線路上專門裝設互感器來獲取行波信號，不僅加大了投資，還增加了工程安裝復雜程度以及提高了線路安全隱患。所以，利用線路已有設備獲取行波信號是首選之策。由于中性點為不接地方式，自閉/貫通出線一般只有兩相（A相和C相）線路裝有TA。自閉/貫通母線上配備有3相TV（稱為母線TV），用以測量母線3相對地電壓。同時，開口三角可以提供母線零序電壓信號。為了在線路失壓時實現(xiàn)備用電源自投，任何一端電源的斷路器外側(cè)均裝有TV（稱為線路TV），用來測量線路上電壓，一般測量AB間及CB間線電壓。自閉/貫通線路單端電壓電流信號互感器的配置如圖 5 1所示。TA斷路器CBBAC母線線路TVTV圖 0 1 自閉/貫通線路電壓電流互感器配置圖對于任何一端配（變）電所，當斷路器閉合時，母線TV和線路TV測量同一系統(tǒng)的電壓，TA測量的電流即為出線電流。當斷路器斷開時，母線TV與線路TV測量不同系統(tǒng)的電壓，TA測量的電流為零。即無論作為主供端還是備供端，線路TV均可以感受線路電壓的變化。而只有作為主供端時，母線TV才能感受到線路電壓的變化。由于一般情況下兩個線路TV分別測量AB間及CB間線電壓，即直接利用該TV可獲得故障電壓行波的線模分量。分析表明，任何一相接地或任何兩相短路時，均可產(chǎn)生AB相和（或）CB相間線電壓行波信號。同時，已經(jīng)證明，10kV系統(tǒng)中普遍采用的電磁式TV可以傳變暫態(tài)行波信號。因此，利用系統(tǒng)已有的線路TV可獲得所需要的行波信號。早期開發(fā)的行波測距裝置不具備行波波形采集記錄功能，只是使用一個電壓比較電路，通過判斷輸入信號是否超過門檻值來檢測行波脈沖。這種檢測方法存在著易受干擾信號影響、檢測可靠性差的缺點。采用現(xiàn)代微電子技術(shù)可以實現(xiàn)暫態(tài)行波波形的超高速記錄，應用高級的數(shù)字信號分析處理方法檢測行波脈沖到達時刻，具有精確、抗干擾能力強、可靠性高的特點。為了保證行波測距分辨率在500米以上，行波信號采集頻率一般不應少于500KHz，使用常規(guī)的由微處理器直接控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）的方式很難實現(xiàn)。需要設計由硬件實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集電路單元（DAU）記錄故障電流行波信號。線路故障時，DAU單元在記錄下預定時間內(nèi)的暫態(tài)電流行波后，停止數(shù)據(jù)采集，然后以相對較慢的速度將記錄的數(shù)據(jù)送入由微處理器（CPU）構(gòu)成的中心處理單元進一步保存、處理。 對于雙端D型測距方法來說，如果要達到不少于500m的測距分辨率，兩端裝置時間同步精度應該達到3us。長期以來由于沒有相對經(jīng)濟可靠的時間精確同步技術(shù)，雙端測距方法沒有得到很好地發(fā)展。90年代初，美國全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)對全球商業(yè)化應用開放，GPS信號接受模塊的價格降至幾百美元。GPS是一種理想的時間同步技術(shù)，利用基于GPS同步時鐘輸出，能夠?qū)崿F(xiàn)兩端測距裝置1us精確同步。裝置內(nèi)部設計了一個高穩(wěn)定度晶振構(gòu)成的時鐘，時鐘信號的累積誤差不大于每秒1us。時鐘每秒由來自GPS同步時鐘的1PPS（秒）脈沖同步（清零）一次，由于GPS同步時鐘的1PPS秒脈沖同步精度是1us，計數(shù)器輸出值的精度也就為1us。在暫態(tài)行波脈沖信號出現(xiàn)時，信號檢測觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，同時鎖存當前時鐘輸出并由CPU讀取該時間信息，裝置就實現(xiàn)了暫態(tài)行波脈沖信號出現(xiàn)時刻的精確檢測。由于行波信號在線路傳播時有衰減以及裝置的模擬量處理電路的影響，輸入到觸發(fā)電路的信號有一定的上升時間，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的時間可能與實際的行波信號到達母線的時間有延時，會影響故障距離計算的精度。在自閉/貫通線路中，由于線路電阻大、架空電纜混合線路以及線路負荷的影響，初始行波的衰減和畸變更為嚴重，使行波到達時刻的準確標定變得更加困難。利用小波變換在信號奇異性檢測方面的作用可以提高行波到達時刻標定的準確性。自閉/貫通線路一般為架空、電纜混合線路。兩者的波阻抗不同，架空線路的波阻抗一般在300～500之間，而電纜的波阻抗變化范圍較大，約在10～100之間。行波信號在兩者中的傳播速度也不同，架空線路中接近光速，而電纜中約為光速的一半?；旌暇€路對行波測距的影響主要體現(xiàn)在：由于波速度不同對測距精度的影響，以及波阻抗的不同增加了初始電壓行波信號的衰減程度。關(guān)于混合線路對測距精度的影響，可以通過將架空線和電纜進行波速度歸一化來解決。即按照行波在架空線及電纜中傳播的波速之比將電纜歸算為一定長度的架空線，按等效線路計算后，再將測距結(jié)果還原為實際故障距離，即可消除波速度不連續(xù)的影響。例如，設一總長度為l的線路中，架空線路長度為l波速度為，電纜線路的長度為、波速度為。以架空線路為基準，將電纜線路歸算為長度為的架空線路，則整條線路等效為總長度為、波速度為的單一架空線路。對等效線路應用雙端測距法得到的故障距離后，再根據(jù)電纜線路的具體位置換算為實際的故障距離。設架空線波阻抗為ZJ，電纜波阻抗為ZD。當初始電壓行波U通過如圖 5 2所示一段電纜線路后，理論上其幅值變?yōu)椋? (51)相同的，當電壓行波從電纜線路中穿過一段架空線路后，也會降低相同的幅值。由于在一個阻抗不匹配點的折射行波在相鄰的阻抗不匹配點還會反射回來，因此在工程上，可以忽略長度在100米以內(nèi)的電纜對行波衰減的影響。由于電纜線路與架空線路的波阻抗差別較大，特別是線路中存在多段電纜線路且電纜距離較長時，當初始電壓行波運動到線路兩端時，其幅值的大幅衰減將影響行波波頭的可靠檢測，通過適當?shù)慕档脱b置硬件門檻值，再結(jié)合故障發(fā)生時繼電保護裝置的動作信息作為裝置啟動條件，可增強裝置測距的可靠性。電纜架空線架空線UU’圖 0 2 行波經(jīng)過混合線路變化示意圖、故障初相角對檢測可靠性的影響分析為了排除干擾信號的影響，線路兩端檢測裝置對行波的檢測總要設置一定的幅值門檻。即，只有當初始電壓行波到達線路兩端時其幅值大于一定門檻才能被可靠檢測。影響初始電壓行波幅值的因素除了混合線路、線路負荷外，還有故障點過渡電阻和故障瞬間電壓初相角的大小。當過渡電阻越大或故障初相角越小時，故障點產(chǎn)生的初始電壓行波就越小，檢測越困難。以單相接地故障為例。設虛擬電源的最大瞬時值為，則故障點產(chǎn)生的初始電壓行波線模分量為： (52)其中：為故障
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