铁路行波故障测距技术的研究毕业论文(编辑修改稿)

铁路行波故障测距技术的研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

高的测距精度。 现代 双端法 行波故障测距原理采用内置全球定位系统 (GPS)接收模块的电力系统同步时钟实现精确秒同步，这使得线路两端的时间同步误差平均不超过 1 μs，产生的绝对测距误差不超过 150 米。 两种行波测距方法的比较 单端行波故障测距原理具有很高的准确性，但可靠性难以保证；双端行波故障测距原理具有很高的可靠性，但准确性稍差。 从现阶段来看，双端行波故障测L N M F 铁路行波故障测距技术的研究毕业论文 距原理能够单独使用 ，是一种主要的测距原理。 单端行波故障测距原理暂时还不宜单独使用，但可以作为一种辅助的测距原理。 在安装了双端行波测距装置后，装置的单端测距功能并不多余，而且仍然有很大的使用价值，因为对于线路结构简单的线路来说，通过分析单端装置记录下的故障暂态波形可以对双端行波测距结果进行验证和校正。 铁路行波故障测距技术的研究毕业论文 从原理讲，行波测距技术是可行的，且有很多优点。 人们早在 50 年代就开始行波测距装置的研究，但受当时对线路行波现象认识及技术条件限制，这些装置很不成熟，存在着可靠性差、复杂、投资大等问题，基本上没有得到推广应 用。 进入 90 年代，影响行波测距技术发展的关键技术问题都有了经济可行的解决方案，行波测距技术（特别在输电系统）已趋向成熟，进入了商业化应用阶段。 由于自闭 /贯通线路结构的特殊性，行波测距技术应用中又面临着一些新的问题和难点。 行波信号的获取及信号利用方式 实现双端行波测距首先需要解决在线路两端如何获取故障产生的暂态电压行波信号。 如果为实现故障测距而在线路上专门装设互感器来获取行波信号，不仅加大了投资，还增加了工程安装复杂程度以及提高了线路安全隐患。 所以，利用线路已有设备获取行波信号是首选之策。 由于中性 点为不接地方式，自闭 /贯通出线一般只有两相（ A 相和 C 相）线路装有 TA。 自闭 /贯通母线上配备有 3 相 TV（称为母线 TV），用以测量母线 3相对地电压。 同时，开口三角可以提供母线零序电压信号。 为了在线路失压时实现备用电源自投，任何一端电源的断路器外侧均装有 TV（称为线路 TV），用来测量线路上电压，一般测量 AB 间及 CB 间线电压。 自闭 /贯通线路单端电压电流信号互感器的配置如 图 01 所示。 图 01 自闭 /贯通线路电压电流互感器配置图 对于任何一端配（变）电所，当断路器闭合时，母线 TV 和线路 TV测量同一系统的电压， TA 测量的电流即为出线电流。 当断路器断开时，母线 TV 与线路 TV 测量不同系统的电压， TA 测量的电流为零。 即无论作为主供端还是备供端，线路 TV 均可以感受线路电压的变化。 而只有作为主供端时，母线 TV才能TA 断 路 器 CB B A C 母线 线路 TV TV 铁路行波故障测距技术的研究毕业论文 感受到线路电压的变化。 由于一般情况下两个线路 TV分别测量 AB 间及 CB 间线电压，即直接利用该 TV可获得故障电压行波的线模分量。 分析表明，任何一相接地或任何两相短路时，均可产 生 AB 相和（或） CB 相间线电压行波信号。 同时，已经证明， 10kV系统中普遍采用的电磁式 TV可以传变暂态行波信号。 因此，利用系统已有的线路 TV 可获得所需要的行波信号。 超高速数据采集 早期开发的行波测距装置不具备行波波形采集记录功能，只是使用一个电压比较电路，通过判断输入信号是否超过门槛值来检测行波脉冲。 这种检测方法存在着易受干扰信号影响、检测可靠性差的缺点。 采用现代微电子技术可以实现暂态行波波形的超高速记录，应用高级的数字信号分析处理方法检测行波脉冲到达时刻，具有精确、抗干扰能力强、可靠性高的特点。 为了保证行波测距分辨率在 500 米以上，行波信号采集频率一般不应少于500KHz，使用常规的由微处理器直接控制模数转换器（ A/D）的方式很难实现。 需要设计由硬件实现高速数据采集电路单元（ DAU）记录故障电流行波信号。 线路故障时， DAU 单元在记录下预定时间内的暂态电流行波后，停止数据采集，然后以相对较慢的速度将记录的数据送入由微处理器（ CPU）构成的中心处理单元进一步保存、处理。 时间同步及故障行波脉冲到达时间检测 对于双端 D 型测距方法来说，如果要达到不少于 500m 的测距分辨率，两端装置时间同步精 度应该达到 3us。 长期以来由于没有相对经济可靠的时间精确同步技术，双端测距方法没有得到很好地发展。 90 年代初，美国全球卫星定位系统（ GPS）技术对全球商业化应用开放， GPS 信号接受模块的价格降至几百美元。 GPS 是一种理想的时间同步技术，利用基于 GPS 同步时钟输出，能够实现两端测距装置 1us 精确同步。 装置内部设计了一个高稳定度晶振构成的时钟，时钟信号的累积误差不大于每秒 1us。 时钟每秒由来自 GPS 同步时钟的 1PPS（秒）脉冲同步（清零）一次，由于 GPS 同步时钟的 1PPS 秒脉冲同步精度是 1us，计数器输出值的 精度也就为1us。 在暂态行波脉冲信号出现时，信号检测触发器翻转，同时锁存当前时钟输出铁路行波故障测距技术的研究毕业论文 并由 CPU 读取该时间信息，装置就实现了暂态行波脉冲信号出现时刻的精确检测。 由于行波信号在线路传播时有衰减以及装置的模拟量处理电路的影响，输入到触发电路的信号有一定的上升时间，触发器翻转的时间可能与实际的行波信号到达母线的时间有延时，会影响故障距离计算的精度。 在自闭 /贯通线路中，由于线路电阻大、架空电缆混合线路以及线路负荷的影响，初始行波的衰减和畸变更为严重，使行波到达时刻的准确标定变得更加困难。 利用小波变换在信号奇异性检 测方面的作用可以提高行波到达时刻标定的准确性。 混合线路对检测可靠性的影响分析 自闭 /贯通线路一般为架空、电缆混合线路。 两者的波阻抗不同，架空线路的波阻抗一般在 300～ 500 之间，而电缆的波阻抗变化范围较大，约在 10～100 之间。 行波信号在两者中的传播速度也不同，架空线路中接近光速，而电缆中约为光速的一半。 混合线路对行波测距的影响主要体现在：由于波速度不同对测距精度的影响，以及波阻抗的不同增加了初始电压行波信 号的衰减程度。 关于混合线路对测距精度的影响，可以通过将架空线和电缆进行波速度归一化来解决。 即按照行波在架空线及电缆中传播的波速之比将电缆归算为一定长度的架空线，按等效线路计算后，再将测距结果还原为实际故障距离，即可 消除波速度不连续的影响。 例如， 设一总长度为 l 的线路中，架空线路长度为 l波速度为 1v ，电缆线路的长度为 12 lll  、波速度为 2v。 以架空线路为基准 ， 将电缆线路归算为长度为 212 vvl 的架空线路，则整条线路等效为总长度为 2121 vvll  、波速度为 1v 的单一架空线路。 对等效线路应用双端测距法得到的故障距离后，再根据电缆线路的具体位置换算为实际的故障距离。 设架空线波阻抗为 ZJ，电缆波阻抗为 ZD。 当初始电压行波 U 通过如 图 02所示一段电缆线路后，理论上其幅值变为： UUZZ ZZU DJ DJ  239。 )( 4 (51) 相同的，当电压行波从电缆线路中穿过一段架空线路后，也会降低相同的幅值。 由于在一个阻抗不匹配点的折射行波在相邻的阻抗不匹配点还会反射回来，因此在工程上，可以忽略长度在 100 米以内的电缆对行波衰减的影响。 铁路行波故障测距技术的研究毕业论文 由于电缆线路与架空线路的波阻抗差别较大，特别是线路中存在多段电缆线路且电缆距离较长时，当初始电压行波运动到线路两端时，其幅值的大幅衰减将影响行波波头的可靠检测，通过适当的降低装置硬件门槛值，再结合故障发生时继电保护装置的动作信息作为装置启动条件，可增强装置测距的可靠性。 图 02 行波经过混合线路变化示意图 过渡电阻、故障初相角对检测可靠性的影响分析 为了排除干扰信号的影响，线路两端检测装置对行波的检测总要设置一定的幅值门槛。 即，只有当初。