复线牵引网故障测距的行波法仿真研究
基于行波法的输电线路故障测距方法的研究与实现的开题报告
基于行波法的输电线路故障测距方法的研究与实现的开题报告一、研究背景及意义随着电力系统的不断发展，输电线路故障的频率也越来越高，因此及时准确地测定故障位置就显得尤为重要。
传统的故障测距方法使用反射法和比较法，但这种方法需要使用专用的测距设备，且准确度有限。
近年来，随着计算机技术的不断发展，行波法已经成为一种被普遍采用的测距方法。
行波法是利用电力系统输电线路上的横波和纵波在同一方向上传播的特性，通过控制脉冲信号的发射和接收时刻及位置，实现对故障点距离的测定。
行波法具有不需要专用设备、准确度高、信号传输迅速等优点，因此越来越受到电力系统工程技术人员的关注和研究。
本课题旨在研究基于行波法的输电线路故障测距方法，探索使用该方法确定输电线路故障的准确度和实际可行性，为电力系统故障快速定位提供更加有效的手段。
二、研究内容及方案1.研究行波法在电力系统输电线路故障测距中的应用原理。
(1)行波法测距的基本原理及原理分析；(2)基于行波法的故障测距系统，包括硬件和软件设计，分析其主要结构和工作原理；(3)分析行波法的精度和准确性，比较与传统方法的差异；2.研究行波法在电力系统输电线路故障实验中的应用。
(1)搭建实验平台，根据实际的输电线路条件设置响应的参数；(2)设计使用行波法进行实际故障测量的方案；(3)记录数据并进行分析，比对行波法与传统方法之间的异同，验证方法的精度、可行性；3.研究基于行波法的故障测距系统的优化与改进方案(1)针对现有的行波法故障测距系统的问题提出优化改进的方案；(2)对系统进行改进，测试效果；三、技术路线1.掌握基于行波法的输电线路故障测距技术的理论基础，理解行波法的工作原理、测距原理和优势；2.搭建基于行波法的故障测距实验平台，测试行波法在实际应用中的效果；3.对现有的行波法故障测距系统进行分析，提出改进方案；4.对行波法故障测距系统进行改进，提高准确性和可靠性。
四、拟达到的预期目标1.深入了解行波法故障测距的理论基础，理解行波法的工作原理与计算公式；2.搭建基于行波法的实验平台，测试行波法在实际应用中的准确性和可行性；3.掌握行波法故障测距系统的优化方案，提高系统的准确性和可靠性；4.探索基于行波法的故障测距系统在电力系统故障快速定位中的实际应用价值。
电气化铁道供电牵引网故障测距分析
专业研讨６７２０１９年第１９期电气化铁道供电牵引网故障测距分析◎.方小飞/吉林铁道职业技术学院摘要：随着我国高速铁道的不断发展，电气化铁道成为了铁路动力的发展趋势，并以行驶密度大、速度快的优势成为了我国未来铁路发展的主力军。
而该种动力方式要求牵引功率高，因此选择正确的供电方式可以有效提升输送功率。
AT、BT 供电方式为告诉铁路提供了大功率的电力输出，但在其运行的过程中，依然存在供电牵引网故障问题，因此，本文通过分析供电牵引网故障测距，提出了几点解决方案，以更好地保证供电方式的正常运作。
关键词：电气化铁道供电；牵引网；故障测距一、AT 供电方式（一）AT 供电方式的测距原理在我国的电气化铁道供电系统中，AT 供电方式得到了很好的应用及发展。
就目前来说，在电气化铁路系统中，所使用的AT 供电线路，如图1所示，一般采用的是SP(末端分区亭)并联运行或者是单线运行方式。
因此在正常维修时，要求在SSP(开闭所)处实施并联。
在天窗运行方式时，AT 在F 与T 线之间存在并联，使牵引网阻抗距离关系呈非线性，因此该种供电方式不能应用于直接供电线路中的电控测距中。
图1 AT供电牵引网示意图如图2所示，全并联AT 供电牵引网的AT 方式上下共用，并联所有AT 处所处的上下行钢轨(R)，正馈线(F)及接触网(T)。
其中上、下行线路接触网分别为T1、T2；钢轨分别为R1、R2；正馈线分别为F1、F2；双极断路器分别为CB1、CB2；AT 所及分区所的自耦变压器分别为AT1、AT2；Tr 为带中心抽头的单相变压器。
在目前的AT 供电牵引网中，普遍采用AT 中性点吸上电流比测距进行故障测距。
图2 全并联AT供电牵引网示意图图3所示为新型AT 供电牵引网，当供电网发生金属性短路时，牵引网阻抗即为端口阻抗。
一般情况下，AT 电牵引网由于横连线与AT 的存在，所有上、下行线纵向元件在线路参数上不完全对称。
但从图3的新型AT 供电牵引网中可以看出，上、下行的F 、T 线路呈相互对称的两项，具有一定的对称性。
接触网行波故障测距问题研究及对策分析
接触网行波故障测距问题研究及对策分析王 胜（中铁建电气化局集团南方工程有限公司）摘 要：随着“十三五”规划逐步落地，电气化铁路正逐步完成规划内指标，高速扩张的同时电气化铁路的结构形式正逐步发生变化，传统的站内故障测距形式越来越无法保证接触网线路的供电稳定性。
本文从行波法接触网故障测距角度着手，分析了现阶段接触网行波法故障测距存在的取能问题、安装局限性问题以及行波在接触网线路中折反射的问题，并且对相关问题给出一定的见解与对策，从而完善行波法接触网故障测距在复杂结构接触网线路中的应用，实现接触网线路运维管理的智慧化、自动化，同时对未来接触网线路运行维护做出了展望。
关键词：电气化铁路；复杂接触网结构；行波故障测距；问题与对策０ 引言近年来，依据国家“十三五”规划，大力发展轨道交通运输事业，“八纵八横”正逐步落地，在轨道交通高速增长的同时，接触网线路也逐步发生变化，由传统的蒸汽以及柴油供能方式演变为电气化铁道。
我国人口基数大，分布较为密集，同时人员区域性流动较大，这就导致了传统采用直接供电形式的接触网无法满足人们出行要求，因此，采用全并联ＡＴ供电方式的电气化铁路得以大规模发展。
不同于直接供电接触网线路，其具备更强的运输动力以及承载量，同时，为满足现阶段人们生活出行的便利性要求，全并联ＡＴ供电方式的接触网线路也展现出复杂属性。
线路中存在大量的Ｔ接线路，基于电抗法的接触网故障测距方式无法满足接触网线路的需求，这就导致了接触网线路故障处理时效长，严重时会造成恶劣的社会影响［１ ３］。
《电气化铁路接触网运行安全管理》及《铁路电力调度管理办法》中对接触网线路安全运行以及电力故障调度做出了相关规定，这无疑显示了铁路部门对铁路接触网线路安全稳定运行的重视。
本文基于电抗法对接触网线路故障测距精度的不足，从成熟应用于输电线路的行波法故障测距着手，进行接触网线路故障应用的分析，从而完善行波法故障测距在复杂线路结构的接触网中的应用［４］。
电缆线路故障仿真与测距算法实现分析
电缆线路故障仿真与测距算法实现分析摘要：如果想要测试结果的精确度很高,就必须要能准确的知道故障行波的再传播过程中的时间及速度。
因为故障波的频率范围很宽,这样就导致不同频率的波形传播的熟读也不一样,这样就为我们准确定位增加了难度,所以现在的重点在于选取合适的频率区间来进行查找研究,但是如果频率选的太小传播的速度就很慢,若果选取的频率区间太高传播速度快了但是它的衰减量却增加了。
选取相对合适的频率区间,使得各频率分量在传播过程中区别又不大,这样就为故障查找的准确性做了不少贡献。
关键字：电缆；线路故障；仿真；测距算法1.单相接地故障仿真在电为系统中针对10kV-35kV之间的电力系统中,存在着多种多样的中性点接地方式巧,一般情况下分为不接地、通过小电阻接地、经消弧线圈接地、直接接地、等几种类型。
中性点的接地方式最主要的是影响到了故障暂态信息的传播,所以必须要对其进行仔细的研究。
如果中性点直接接地和经小电阻接地系统,故障暂态信息收到的影响不大,很直观。
因为产生的故障电流较大,在传播过程中很难消弱。
但中性点不接地系统及经消弧线圈接地系统的单相接地电流是比较小的,这样就要考虑其携带的故障暂态信息能不能有效的传播过来,或者说到达采集信号处时还能不能被识别这是日后研巧的主流。
2.故障点过渡电阻对行波的影响电绳线路发生故障时,故障点如果存在过渡电阻,它的大小也会影响行波的特征因此要进行仿真分析。
应用电力系统故障分析的叠加原理可知,故障分量和正常分量会叠加到故障情况中。
如图2-1所示,(a)、（b)、(c)分别为故障等值网络、正常情况和故障分量王个不同故障情况的电路图。
我们想要通过这个来研究巧渡电阻民的值的变化对故障电流的大小W及行波的影响。
为使研究能够直观有效,我们要对不同阻值的R,的故障波形进行仿真,这里选取电阻值分别为10Ω、50Ω和500Ω,波形图为2-2与图2-3所示,由图可以看出当R较小时,反射现象直观,故障信息很容易找到。
阐述输电线路故障行波网络定位方法
阐述输电线路故障行波网络定位方法在电力系统的输电线路出现故障现象之后，针对线路的两端位置或者说一段位置来执行实时性的测量工作，并且针对其故障点具体位置加以确定，这就是目前使用极为广泛的故障测距技术。
使用这方面的技术不单单能够使得电力工作人员的巡线工作量大幅度减少，同时还提升了供电问题解决的效率，最大限度的保障了用电需求，这避免的不仅是收益上的经济损失，还避免了连锁损坏的可能性。
下文主要针对输电线路故障行波网络定位新方法进行了全面详细的探讨。
1、输电线路故障行波定位研究进程一直以来，人们都在针对电力系统的故障测距技术进行探究，在大量科学技术持续进步的基础上，故障测距技术也随之兴起，但在这期间，由于阻抗测量所涉及到的故障测距措施遭受到了各方面不同因素的影响，这导致我们对于暂态行波网络的研究工作还仅仅只是处在一个EMTP仿真、理论分析工作上。
相对来说，电网实际存在的暂态行波网络远比仿真系统中所得到的暂态行波网络更为复杂，在这一问题基础上，相关研究学者所使用的单端行波网络测距算法也就面临极大的影响、限制，这导致的直接结果，便是故障的测距精度无法得到有效的保障，现如今，故障测距工作已经逐渐成为了一个国内的研究热点。
在二十世纪80年代，国际上就已经在传统的A型行波网络故障测距技术的基础之上，来提出了一种利用测距、保护功能合为一体的行波距离保护措施，该技术的测距算法，实际上就是受到了来自于某些现场的条件影响，其最终表现出的测距精度依然还存在正义，这导致该技术没有得到更好的发展。
而从二十世纪的90年代开始，微电子技术得到了极大的发展，这直接推动了行波网络故障测距技术的精度，在全新技术的帮助之下，故障测距技术焕发新生。
在这一基础上，研究学者开始为提升测距精确度做出了大量的努力，就目前来说，输电线路所广泛使用的测距方式有两种，一种是行波网络定位法，另外一种则是抗阻法。
在这一过程中，为了能够最大限度的确保新型的暂态行波原理对于实际测距工作的有效性，下文主要针对新型暂态电流行波网络定位技术进行了多方面探讨。
电网故障行波传感器研究及测试
于电压行波故障定位装置&该文实验测试穿芯式行波传感器的传输特性，包括频率响应特性、高频暂态行波信号响
应特性、工频特性、耐压特性以及抗干扰特性&实验结果表明：该传感器能有效传递1 0 kHz〜2 MHz频率范围内的
行波信号,从而防止接地线泄漏工频电流信号传递到二次侧，避免后续装置误动&
关 键 词：行波故障定位；电压行波；穿芯式行波传感器；传输特性 D?I!1 .19781"@.issn.1673-914 .2 2 .2.19 KL7MN!TM863
&K6@879@%SincethetraditionalcapacitiVeVoltagetransfor—erdoesnothaVegoodresponsecharacteristicsinthehigh fre1uencyKand#andcannot—eetthere1uire—entsofVoltagetraVeling waVe —easure—ent#thedeVelop—entofthe VoltagetraVelingwaVefaultlocation—ethodistoso—edegreeli—ited.Throughcore-typetraVelingwaVesensorisdesigned according to the Rogowski coil principle in this paper. It can —easure the current traveling-wave fro— CVT to groundandRransferVolageRraVeling-waVesignalsofRrans—issionlineefecRiVelywihouRhighspeeddaRaac1uisiion. ThedesignedsensorcanKei—ple—enRedinRhefaul locaionofvolRageRraveling wave.A varieRyof fre1uencyresponsecharacRerisicsincludingfre1uencyresponse#high-fre1uencyRransienRRraveling wavesignalresponse#power fre1uency#wiRhsRandvolRageandani-inRerferenceofRhedesignedsensorareResRedinRhispaper.TheResRingresulRs showRhaRRhesensorwiheXcelenRa—pliRudecharacRerisicscaneficienRlyRransferRheRraveling wavesignaloffre1uencyrangefro—10kHzRo2 MHz.Thereforei can also furRher avoid —aloperaRion ofRhe proRec ionKyshielding Rhepowerfre1uencysignalandpreveninggroundingleakagecurrenRRransferringRoRhesecondaryofRransfor—er.
输电线路故障行波分析与测距探讨
输电线路故障行波分析与测距探讨摘要：基于输电线路故障时产生的暂态行波进行故障定位，既能满足超高压输电线路对保护装置迅速动作的速度要求，还能对故障进行精确定位，且基本不受故障类型的影响。
影响行波故障测距精度的主要因素有行波的速度和行波波头准确到达时刻的标定。
针对常用的行波波速确定方法——公式法和在线测量法，通过在不同线路长度、不同故障距离下的仿真分析得到相对应的行波波速，并将所得到的波速用于同一故障距离测量，通过对测距结果对比分析，找出在某种故障距离下的最优波速，从而达到提高测距精度的效果。
通过仿真分析发现，在线实时测量波速在合适范围内的测距精度比固定波速的测距精度高，满足规范标准对测距误差不超过1%的要求。
关键词：输电线路；故障测距；暂态行波；行波波速引言经过电网改造与升级，我国的输电线路传输功率、电压等级越来越高；但由于我国地理环境复杂，输电线路所经区域跨度大、环境变化与差异大、加上季节与气候、天气与温差等的影响，给电力系统带来了诸多故障。
另一方面，随着我国各地区经济提升、城市发展、生活水平改善，人们对于基础的电力供应需求也在不断上升，而有的地区却存在电力过剩，全国在总体上表现出一些剩余与紧缺现象交叉一起的现象，也就是说电力的量在地域分布极不均衡，给发电企业的发展带来了诸多负面压力，所以，需要以市场为导向积极推动电力输送与资源共享，当然由于调度范围广，所以途经各处环境复杂、故障多发，为了解决这些问题，目前已经出现了新技术，比如，行波分析与测距技术就是其中之一，可操作性强，适应范围较为普遍，值得进一步深入讨论。
1概述高压输电线路故障测距办法主要有两类：一是阻抗法，二是行波法。
阻抗法以工频电气量为根底，经过求解差分或微分方式表示的电压均衡方程式而完成故障测距，这种算法大局部是树立在一种或几种简化假定之上。
而经历标明，这些假定经常带来很大的误差，经过对这些误差进行补偿或者采用多端线路数据，能够在一定水平上进步算法精度，但关于某些系统构造或故障类型，阻抗算法存在明显缺乏，如高阻接地，多电源线路，断线故障，分支线路，线路构造不固定，有时同杆、有时分杆架设的双回线，直流输电线路等。
“T接”牵引网的故障测距算法研究
“T接”牵引网的故障测距算法研究摘要：在复杂铁路线路或枢纽地区，牵引网有时采用“T接”方式。
通过对“T接”牵引网回路研究，提出了“T接”全并联AT供电牵引故障时，采用横联电流比原理计算故障距离的修正方法。
关键词：T接牵引网；故障测距；横联电流比；全并联AT供电0引言我国高铁线路列车速度快，行车密度大，为机车提供动力的牵引供电系统多采用全并联AT供电方式，牵引网结构一般为“串接”方式。
在一些复杂铁路线路或枢纽地区，为节省设备投资和提高牵引网使用效益，出现了“T接”方式的牵引网。
全并联AT供电方式的牵引网故障时，常用的测距方法包括吸上电流比、横联电流比、上下行电流比等。
在“T接”的全并联AT供电牵引网故障时，直接采用原测距方法，测距误差较大。
通过对“T接”方式的全并联AT供电回路研究，提出采用横联电流比原理计算故障距离的修正方法。
该方法能提高测距精度，对于及时排除故障，恢复供电有非常重要的帮助。
1 “T接”全并联AT供电牵引网及等值电路1.1“T接”全并联AT供电牵引网目前我国高铁牵引网大多采用全并联AT供电方式，在AT所和分区所处将上下行接触网（T）、正馈线（F）和钢轨（R）并联连接，变电所、AT、分区所均给一条铁路线路供电。
“T接”方式的牵引网区别在于：在变电所~分区所中间“T接”出一段铁路线路，变电所、AT所、分区所同时给两条铁路线路供电。
“T接”牵引网全并联AT供电方式可简化如图1所示,其中变电所牵引变压器（T）二次线圈中点抽出接地并接钢轨,在变电所馈线不设自耦变压器。
CB1、CB2分别为下、上行双极断路器，AT1、AT2分别为AT所、分区所的自耦变压器,L1为线路一变电所至“T接”处线路长度，L2为线路一分区所至“T接”处线路长度，L3为线路二AT所至“T接”处线路长度。
图1 “T接”牵引网全并联AT供电方式示意图图2为我国高铁牵引网横截面图，从图中可以看出下行的接触线（T1）和上行的接触线（T2），下行的正馈线（F1）和上行的正馈线（F2）对称。
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单端 电气量行波测距原理和早期的 Ａ型和 Ｄ型行波 测距
仪相 同， 即装设于母线处的测距装 置检测检测记录下有故障 ， 是利用 由故 障点所产生 的暂态行波 的第一个行波波头到达母 线的时间和 由故 障点反射 回来 的第二个波头到达母线的时间
差 Ａｔ 来实现 测距 。 设线路全长为 ， 离测距装置安装点 （ 距 母
１ ５． ２ ．
．．
其测距精度和稳定性不 受过渡 电阻及牵 引负荷特 点造成的影
响。
２ 复线牵引网行波故障测距的仿真研究
２ １ 复线 牵引网模 型 ．
根据我 国电气化铁道标准 ，牵 引网由区域 大电力系统提
供 １０ｋ １ Ｖ电源 ，经牵 引变 电所后以 ２ ． ｖ 准电压 向牵引 ７５ 标 ｋ
双端行波测距由于只使用初始行波波头 ，而初始行波一 般 比较强烈，更容易检 测，因此测距 比较可靠 。但是实现双 端测距势必要在线路两端都装设测距装置 ，且 尚需 时间同步 装置 。 是随着行波理论研究 的深入 、 但 数字信 号处理 芯片 （Ｓ ） ＤＰ 的快速发展 、小波变换理论、Ｇ Ｓ Ｐ 技术及光 电互感器 的引入 ，
网供 电，属于一级 负荷 。牵 引变 电所 出线后 向两端供 电，两 图 ４ 有机车 负荷 下的线路仿真模型
个不 同变 电所 引出的馈 线之 间由分区亭分离，在必要情况下 可 以由分 区亭连通 ，实现越 区供 电 图 ２为复线牵引 网的简 单模型 。
编写 ｍ ｔ ａ 程 序， 电流行 波信 号进 行小波变换， 到 ａｌｂ 对 得
【 摘 要 】随 着铁道 电气化的快速发展 ， 将行 波法运 用到牵引网ห้องสมุดไป่ตู้ 电线路的故障测距 中来 ，已经成为解决现 有牵引网故障
测距 方法的一 个突破 口，并且取得一定成效。文章将行 波故 障测距 的方法应 用于复线 牵引网模型 ，并对其进 行仿 真 ，达到行 波
故 障测距 的 目的。针对仿真得到的结果 ，分析行波法在 复线牵引网故 障测距 中应 用的可行性 。 【 关键词 】故 障测距 ；复线 牵引网；行波法 ；仿真
线路全长为 』 ，行波初始波头到达两侧母线 Ｍ和 Ｎ的时间分 别 为 和 ，测距装置分别装于母 线两端 以记录行波波 头到达两侧母线 的时间，从而 Ｍ端母线到故障点的距离可 由 下式计算得到 ：
１ 行波故障测距法原理
１ １ 单端 测距 法 ．
， 一 ＋］ ＝ ｆ２ ／
（） ２
行波在线路 中有 比较稳定 的传播速度 ，且测量到的故障行波 到达 时间差不受线路类 型、 故障电阻及 系统运行参数 的影 响， 克服了阻抗法 的一 些缺 陷，并且行波故障测距法 已经在一般
电力线路中得到成功应用 。因而 ，可 以尝试利用行波故障测 距法实现牵引网的故障定位 。
１０ ， ５ｍ 大大提高了测距的精准度 。 设故障在绝对时间 Ｔ发生，
１
，
行波故障测距法 是根据行波传输理论实现对输 电线故障 测距的方法。 由于行波在 线路 中有 比较稳定 的传播速度 ，且 测量到 的时间差不受线路类 型、故 障电阻及系统运行参数等
影 响，行波信号可直接通过电压互感器 、电流互感器获得 ，
．
Ｖ×
【 收稿 日期 】２ １－ ４ ２ ０１ ０－ ６ 【 作者简介 】何人望 （ ９３ ） １６ 一 ，男，江西信丰人 ，华 东交通 大学电气与 电子工程 学院副教授 ，博士研 究生 ，研究方向为 电 力系统及其 自动化 ；董庆伟 （ ９ ５ ，男，河南安 阳人 ，华 东交通大学在读硕 士研 究生 ，研 究方向为电力系统及其 自动化。 １８ 一）
【 中图分 类号 】Ｔ １ Ｍ７ １ 【 文献标识码 】Ａ 【 文章编号 】１０ — １ １ ０ １ ８ ０ ２ — ２ ０ ８ １５ （ １ ） — １５ ０ ２ ０
Ｍ
● ＇ … … … … … … … … … … … … ＇
当铁 道牵 引网发生 故障 时，如何 能够精准定位 ，并根据 所测数据 判断其故障类 型，一直影 响着 电气化铁道 的安全和 其可靠供 电，甚至影响着铁道 电气化未来 的发展 。特别是对
于高速 电气化铁道， 牵引 网故障的精确定位对缩短抢修时间、
Ｎ
图 １ 故 障 暂 态行 波 传播 路 线 图 １２ 双 端 测 距 法 ．
提高运输效率将具有重大的影响，避 免大面积停 电事故 的发 生 。因此对故障点 自动进行精确 测距 具有 非常大 的理论和实
际意 义 。
双端行波测距 原理类似于早期 的 Ｂ型测距仪 ，所不 同的 是， 不再 需要专 门的通信通道 以实现时间的同步，事实上， 其
目前最常用 的两种故障测距算法为阻抗分析法和行波分
析法， 两者分别利用 故障的稳态和暂态信息进行故障定位 ， 而 行波法又分 为单端测距法和双端测距法 。要指出的是， 由于
这样精确程度 并不是特 别高。现在 ，利用 Ｇ Ｓ（ Ｐ 全球定位系
统 ）提供准确的同步时间，这使得线路两端 的时间同步误差 平均 不超 过 １ｕ ，而且 由此产 生 的绝对测 距误 差不 超过 ， ｓ
特 别是行 波法在 电力系 统输 电线 中已经有 了较为 成功 的应
用 ，行波法在牵 引网故障测距 中的应用 已成为研究者所关注 的一个热 点 。
线 ）ｘ， 处发生故障，行波波速 为 （ 接近光速 ，具体取决于 线路分布参数） ，两个波 头时间差 是 Ａｔ，则母线 到达故障 点 的距离可 由下式表示 ：
２ １ 第 ８期 ０ １年 （ 总第 １ ４期 ） ４
大 众 科 技
ＤＡ ＺＨＯＮＧ ＫＥＪ
Ｎｏ ８。 ０１ ． ２ １
（ ｍｕａｉ ｌ Ｎ ．４ ） Ｃｕ ｌｔ ｅｙ ｏ１ ４ ｖ
复线牵 引网故障测距 的行波法仿 真研 究
何人望 董庆伟 陈强强
（ 东交通 大学电气与 电子工程 学院，江西 南昌 ３ ０ １） 华 ３０３