- 頭條牽引供電網的故障測距新算法，比傳統方法精度高2020-11-14 作者：熊列彬、吳高華、王志洋 | 來源： | 點擊率：導語西南交通大學電氣工程學院、廣東工業大學自動化學院的研究人員熊列彬、吳高華、王志洋，在2019年第15期《電工技術學報》上撰文（論文標題為“基于IHHT的多測點行波法故障測距在全并聯AT牽引網中的研究”），針對當前全并聯自耦變壓器（AT）牽引網線路參數不均勻，牽引供電系統因故障導致結構的改變使得故障測距精度不足的問題，將行波法運用到牽引網故障測距中，并考慮到牽引網電氣參數的改變及行波色散效應導致行波波速不穩定的問題，提出了一種基于多測點的故障測距方法。 該方法首先通過在橫聯線間串入高頻阻波器完成對電壓行波波頭的有效辨識，然后利用改進的希爾伯特-黃變換對行波波頭進行捕捉，最后利用多測點測距方程得到故障測距結果。Matlab/Simulink的仿真結果表明，所提測距算法基本與波速無關，不受牽引網結構、參數變化的影響，比傳統牽引網故障測距算法具有更高的精度。
利用行波法進行故障測距在電力系統輸配電中取得了巨大的成功，有學者利用現代信號處理方法通過對行波波頭進行有效辨識從而進行故障測距的理論研究。也有通過對電力網絡故障后的特征進行理論分析，提出相應的故障測距算法。有學者詳細研究了架空-電纜混合線路的行波傳播特性，以及影響測距精度的因素。此外，還有將行波法利用到高壓直流輸電系統中的故障定位中。
但行波法并未在電氣化鐵道牽引供電系統故障測距中得到廣泛的研究與應用。牽引供電系統測距算法因系統運行方式改變等影響降低甚至不能達到要求的測距精度，由于行波法在故障測距中具有較高的精度及穩定性，將其應用于牽引供電系統故障測距中將是一種新的嘗試。
目前全并聯自耦變壓器（Auto Transformer , AT）牽引網以其具有傳輸功率大、供電距離長、接觸網電壓損耗低等優點已成為當前高速鐵路及客運專線的主要供電方式。針對全并聯AT牽引網，故障測距方案主要包括：AT中性點吸上電流比、區段上下行電流比、橫聯線電流比。
- 但是，針對行波法在牽引網中進行測距的參考文獻相對較少，其中有學者提出的區段上下行電流比、橫聯線電流比故障測距在牽引網發生故障后，上下行牽引網解列運行導致故障測距失敗。
- 有學者對行波法應用于牽引網故障測距的可行性研究進行了有益的探討，但未進行相關實驗驗證。
- 有學者提出利用電流行波線進行故障研究測距，但是當故障發生在某一AT段內時，牽引網首末端的故障電流行波信號微弱，不利于提取。
- 有學者提出在各個固定位置的桿塔上放置具有磁場測量與故障信號發射功能的裝置，以此來進行故障定位，但是存在數據量過大不易于處理及各個裝置之間時鐘同步的問題。
- 有學者分析并仿真了在直供方式下牽引網故障行波的傳播特征，但是未能進一步研究全并聯AT供電方式下的故障行波特征以及將行波法應用于牽引網故障測距中。
為此，本文在對全并聯AT牽引網的結構簡介基礎上，通過在AT所的橫聯線之間串入高頻阻波器解決了由于行波竄入到上行或下行線路造成行波波頭無法準確檢測波頭的問題。此外，在變電站出口、AT所、分區所等三處放置行波采集儀以解決牽引網阻抗不均勻及色散導致的行波波速不穩定的問題，從而得到不含行波波速的多測點測距方程。
根據改進的希爾伯特-黃變換（Improved Hilbert-Huang Transform,IHHT）獲取不同測量點行波波頭的到達時刻，利用多測點測距方程得到故障測距結果。最后通過Matlab/Simulink對某一牽引變電站模型進行故障仿真驗證，測距結果表明所提測距算法能夠對故障進行有效定位。相比于傳統故障測距法，行波測距法在線路參數或牽引網結構變化的情況下具有更好的適應性。
圖1 全并聯AT供電牽引網
圖8 算法流程
總結
本文在介紹了全并聯AT牽引網的結構，考慮到AT所中牽引網上下行并聯可能導致電壓行波竄入到其他線路中導致行波波頭無法準確識別的基礎上，提出了一種基于多測點的故障測距方法，并與傳統的牽引網測距方法進行了對比分析。
Matlab/Simulink仿真結果表明，相比于傳統的牽引網測距算法，本文所提測距算法不需要固定經驗波速，能夠有效應對傳統測距算法因牽引網阻抗參數的變化、變電站出口處存在的抗雷線圈等因素對測距精度的影響，提高了全并聯AT牽引網的測距精度。
