基于C型行波法的10kV客运专线电力电缆贯通线故障定位方法.pdf

第４Ｏ卷第１４期２０１２年７月１６日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＶｏｌ＿４０ＮＯ．１４Ｊｕｌｙ１６，２０１２基于Ｃ型行波法的１０ｋＶ客运专线电力电缆贯通线故障定位方法张姝，何正友，赵云翱，张海申（西南交通大学电气工程学院，四川成都６１００３１）摘要：针对１０ｋＶ客运专线电力电缆贯通线故障定位问题，参考客运专线实际设计图纸和现场运行数据，借助仿真软件ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立了１０ｋＶ客运专线贯通线仿真模型。通过采用ｃ型行波测距法，设计了一个中心频率、持续时间和频带宽度可调的高频注入信号来进行长电缆贯通线路的故障测距。并从时频域联合分析的角度，通过求取所获得波形的互相关参数简化了故障测距问题。仿真结果证明，这种方法对较长距离的电力贯通线定位是有效的，利用中心频率的偏移对信号波形失真产生的时间延迟进行补偿，可以在一定程度上提高故障测距的精度。关键词：电力电缆贯通线；高频信号；Ｃ型行波；故障测距时频分析ＡｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎＣ－ｔｙｐｅｔｒａｖｅｌｉｎｇｗａｖｅｆｏｒｔｈｅｐｏｗｅｒｃａｂｌｅｏｆｔｈｅ１０ｋＶｐａｓｓｅｎｇｅｒｄｅｄｉｃａｔｅｄｌｉｎｅ—ＺＨＡＮＧＳｈｕ，ＨＥＺｈｅｎｇ－ｙｏｕ，ＺＨＡＯＹｕｎ－ｘｕａｎ，ＺＨＡＮＧＨａｉｓｈｅｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｉｎｐｏｗｅｒｃａｂｌｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｉｎｅｓｏｆｔｈｅ１０ｋＶｐａｓｓｅｎｇｅｒｄｅｄｉｃａｔｅｄｌｉｎｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆ１０ｋＶｐｏｗｅｒｃａｂｌｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｉｎｅｓｗｉｔｈＳｉｍｕｌｉｎｋ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏａｃｔｕａｌｄｅｓｉｇｎｄｒａｗｉｎｇｓａｎｄｆｉｅｌｄｏｐｅｒａｔｉｎｇｄａｔａｏｆｔｈｅｐａｓｓｅｎｇｅｒｄｅｄｉｃａｔｅｄｌｉｎｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｉｇｎｓａｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｉｇｎａｌｗｉｔｈａｄｊｕｓｔａｂｌｅｃｅｎｔｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃ￣ｄｕｒａｔｉｏｎａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｂａｎｄｔｏｃｏｎｄｕｃｔｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｌｏｎｇｐｏｗｅｒｃａｂｌｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｉｎｅｓｂａｓｅｄｏｎＣ－ｔｙｐｅｔｒａｖｅｌｉｎｇｗａｖｅ．Ｆｒｏｍｔｈｅ—ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｏｆｔｉｍｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎａｌｙｓｉｓ，ｉｔｓｉｍｐｌｉｆｉｅｓｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｌｏｎｇｐｏｗｅｒｃａｂｌｅｂｙｏｂｔａｉｎｉｎｇｃｒｏｓｓ・ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｆａｕｌｔｗａｖｅｓ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｆｏｒｔｈｅｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｉｎｅｗｉｔｈｌｏｎｇｄｉｓｔａｎｃｅ．ＡｎｄｉｔＣａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｔｏａｃｅｒｔａｉｎｄｅｇｒｅｅｂｙｕｓｉｎｇｃｅｎｔｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｈｉｆｔｔｏｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｔｈｅｔｉｍｅｄｅｌａｙｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｓｉｇｎａｌｗａｖｅｆｏｒｍｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ．ＴｈｉｓｗｏｒｋｉｓｓｕｐｐｏｇｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．５０８７７０６８）．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒｃａｂｌｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｉｎｅｓ；ｈｉｇｈ・－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｉｇｎａｌ；Ｃ－－ｔｙｐｅｔｒａｖｅｌｉｎｇｗａｖｅ；ｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｔｉｍｅ・－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎａｌｙｓｉｓ中图分类号：ＴＭ７７文献标识码：Ａ文章编号：１６７４．３４１５（２０１２）１４．００５１．０７０引言铁路贯通线是指连通铁路沿线两个相邻变电所、配电所间的输电线足各Ｉ，它主要负责沿线车站和区问负荷的供电，并兼做信号设备的备用电源。客运专线电力贯通线与常规的铁路贯通线路相比，其供电距离长，运行环境差，所以它对铁路配电线路的供电可靠性要求更高。我国目前的客运专线贯通线一般为全电缆线路，雷击、外力破坏、线路过载运行等因素都会导致电缆线路故引，加之客运专线贯通线上变（配）电所结构单一，而且供电负基金项目：国家自然科学基金（５０８７７０６８）；教育部博士点基金（２００８０６１３０００４）荷多，一旦发生故障而供电中断，极有可能造成各种难以挽回的损失。因此，寻求准确快速的客运专线电力电缆贯通线故障检测与定位方法就显得极其迫切。１０ｋＶ贯通线常见故障主要是短路故障和供电（电流、电压）异常，包括三相和两相短路、两相接地短路、两点接地短路和单相接地短路，其中９０％以上的故障是单相接地故障【３】。目前已有的故障测“距方法包括阻抗法、智能法，区段查找法，Ｓ注入”法和行波法等Ｌ４Ｊ。阻抗法原理简单，易于实现，但受故障类型、’故障电阻和线路对端负荷阻抗的影响较大［５】尤其对单相接地故障的测距可靠性不高。智能法应用于铁路自闭贯通线路故障定位，是将小波变换、神经．５２．电力系统保护与控制网络、各种智能算法及专家系统结合起来，建立智能故障识别及测距系统｝６】，但由于智能法需要建立线路结构，设备参数等系统信息数据库，目前仍处于实验研究阶段。文献［７］提到区段查找法可以实现故障区段的判断和迅速隔离，在一定程度上减小故“”障影响范围，缩短故障查找时间。Ｓ注入法Ｊ是通过检测注入信号的路径和特征来实现故障选线和定位的方法，其能够有效解决小电流接地系统中单相接地没有明显故障特征的这一问题。文献［９】中利“”用ＦＴｕ与ｓ信号注入相结合的方法，解决了配电网由于分支多，接地电阻大的单相接地故障定位“”问题。但是由于Ｓ注入法与阻抗法类似，测量结果仍然受线路结构、不均匀负荷及互感器误差等因素的影响。目前行波法已经在输电网故障定位中应用较为成熟。它是利用高频故障暂态电流、电压的行波或故障后用脉冲频率调制系统以及断路器断开或重合时产生的暂态信号等来间接判定故障点的位置【ｌ０＿¨】。但是在线路电压刚好过零点发生故障时，常见的行波法由于没有故障暂态电压则将无法有效地进行故障定位。因此，考虑Ｃ型行波法具有不受电压过零影响的特点，同时为了解决行波波头识别难的问题，所以本文在Ｃ型行波法的基础上，将时频分析方法引入到客运专线电力贯通线的故障测距中，并验证了该方法故障定位的准确性。１基于Ｃ型行波法的１０ｋＶ客运专线电力电缆贯通线故障定位系统构成及原理１．１１０ｋＶ客专贯通线故障测距系统本文以厦门至深圳的客运专线设计中谷饶变电站至风田变电站间线路为例，说明１０ｋＶ客运专线电力贯通线故障定位系统。图１为该段客运专线电力贯通线结构图。线图１客运专线电力贯通线结构图Ｆｉｇ．１Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｐｏｗｅｒｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｉｎｅｓｉｎｔｈｅｐａｓｓｅｎｇｅｒｄｅｄｉｃａｔｅｄｌｉｎｅ本文构建的故障定位系统能够自动方便地定位贯通线单相接地故障，其由信号注入单元和测量控制单元两部分组成。图２是故障测距系统原理图。变电站ＡＢＣ变压器吉号１测鼙入ｌ控制Ｉ’甲元Ｉ元…．．ＩＩｌＩｈｉ客分贯通线，一１探测信号反射信号ｆｊ１ｌ：ＩＶｌ图２故障定位系统原理图Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｆａｕｌｔｌｏｃｍｉｏｎｓｙｓｔｅｍ首先，由测量控制单元判断线路故障，确定故障类型。如果确定故障相发生单相接地故障后向信号注入单元发出指令。信号注入单元在接到测量控制单元指令后向电压互感器中的故障相发出高频探测信号。由于接地故障点处波阻抗不连续，高频信号将发生反射，所以电压互感器能够检测出相应的反射信号。测量控制单元根据反射信号返回到定位系统的时间就可以确定故障点到监测装置的距离。１．２１０ｋＶ客专电力电缆贯通线仿真模型在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下建立谷饶变电站到风田变电站１０ｋＶ客运专线电力贯通线模型。全线总长１０２．８５ｋｍ。仿真模型中采用型号为ＹＪ，一８．７／１０ｌ（ｖ３ｘ９５ｍｍ的交联聚乙烯绝缘铜带屏蔽钢带销装聚氯乙烯护套三芯电力电缆。所用电力电缆基本参数【ｌ纠如表ｌ。表１电缆基本参数Ｔａｂｌｅ１Ｂａｓｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｃａｂｌｅｓ利用表１中的电缆基本参数可以计算出电缆芯间平均距离ｄ心，导体几何平均半径，大地回路的等值深度，公式为：‘。（１）＝√・ｒｍ（２）●—＿＿—Ｄｄ＝６５９．３３、．（３）Ｙ，其中：为Ａ、Ｂ相电缆芯间距离：为Ｂ、Ｃ相电缆芯间距离：Ｓｃ为Ｃ、Ａ相电缆芯间距离。因为电缆三芯呈等边三角形分布，这里根据电缆参数可得出Ｓａｈ：Ｓｂ。：Ｓ＝ｄ＝１１．６＋４．５＋４．５：２０．６ｍｍ；为单相多芯电缆芯间距离，本模型中为单相单芯张姝，等基于Ｃ型行波法的１０ｋＶ客运专线电力电缆贯通线故障定位方婆：：电缆，取＝１；为单相单芯导体半径；Ｐ为大地电阻率，设为１００Ｑ．ｍ；ｆ为工频５０Ｈｚ；由以上求出的的电缆基本参数可得电缆分布模型中电缆单位正序感抗，单位零序感抗，零序电阻，正序电感，零序电感ｆ０，正序电容ｃ。以及零序电容Ｃ。：０．０６２８４５１ｎ＝０．０７９６５Ｑ／ｋｍ（４）‘ｍ＝０．１８８５３５１ｎ＝０．７９８５ｆ￣／ｋｍ（５）ｍｒｏ＝＋０．１４８２３＝０．１９３＋０．１４８２３＝０．３４１２ｆ２／ｋｍ（６）＝＝０．２５７３×１０Ｈ／ｋｍ（７）‘ｆｎ＝＝６．６９０４￣１０Ｈ／ｋｍ（８）”ｃｌ：ｃ。：×１０一：０．２３９０×１０－６Ｆ／ｋｍ（９）。１．６０９．Ｇ、其中：为工频角频率；为电缆单位正序电阻：ｋ为绝缘介质常数；Ｇ为电缆几何因素，此时取Ｇ－－０．５８。这里给出Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中仿真所建的客运专线电力电缆贯通线模型示意图如图３。其中电源模块代表给贯通线供电的高压母线，电容补偿模块采用的是经消弧线圈接地的电容补偿方式，其作用是避免线路末端的电压抬升现象。图３１０ｋＶ客运专线贯通线Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模型示意图Ｆｉｇ．３Ｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｍｏｄｅｆｏｒｐｏｗｅｒｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｉｎｅｓｏｆｔｈｅ１０ｋＶｐａｓｓｅｎｇｅｒｄｅｄｉｃａｔｅｄｌｉｎｅｉｎＳｉｍｕｌｉｎｋ１．３注入单元信号选择由于我国客运专线的贯通线供电距离长，注入信号在线路中存在衰减，从故障点返回的信号会变得微弱。所以，注入信号的恰当选择对准确故障定位有至关重要的作用。故此，本文采用文献［１３１中的中心频率等特征可调的高频信号作为注入信号，其形式如式（１０）所示。‘ｓ（ｔ）：（兀）ｅ－ａ（ｔ－ｆ０／２＋ｊｆｌ（ｔ＿ｔ￣）２／２ｊ嘞卜（１０）该信号的持续时间，频带宽度，中心频率表示为ｆｏ＝２ｎ√去＋（１１）可见：参数决定了注入信号的持续时间；参数和共同决定该信号的频带宽度；信号的角频率决定了其中心频率；表示信号的中心时刻。１．４注入信号参数特性分析（１）假设Ｂ＝５０ｋＨｚ，Ｔ＝３０ｎｓ，ｆｏ分别取０．５ｋＨｚ，２０ｋＨｚ和５００ｋＨｚ，得到信号波形如图４所示。Ｉ图４不同ｆｏ作用下的信号波形Ｆｉｇ．４Ｓｉｇｎａｌｗａｖｅｆｏｒｍｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｏ（２）假设ｆｏ＝３７５ｋＨｚ，Ｔ＝３０ｎｓ，Ｂ分别取５ｋＨｚ，５０ＭＨｚ和５００ＭＨｚ，得到信号波形如图５所不。２００１５０１Ｏ０５Ｏ９０—５０～１００１５０Ｆｉｇ（３）假设ｎｓ，３ｎｓ和２００１００ｌ５０８０６０１００５０卜２０—————０Ｊ４００５０—２０—４０～ｌ００－－６０—１５０８０－ｇｆｌｏ图６不同作用下的信号波形Ｆｉｇ．６ＳｉｇｎａｌｗａｖｅｆｏｒｍｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔＴ．．５４．．电力系统保护与控嘲从图４中发现，当中心频率过低时，波形只能呈现中心频带，没有发生振荡，信号波形几乎失去其原本的形式。在图５中，在当频带宽度过高时，不对称度也随之上升，且波形的某一部分会发生严重畸变。从图６的仿真结果可以看出，当选取的持续时间过短时，信号只能产生一个较高幅值的脉冲波形。而当持续时间较长时，则会使波形占据一个较长的时间段。同时持续时间过长会使离监测点较近的故障产生的反射波形与入射波形发生重合，从而不能满足Ｃ型行波法故障测距的条件。２基于时频联合分布分析的贯通线故障测距算法Ｗｉｇｎｅｒ－Ｖｉｌｌｅ时频分布又称为双线性时频分布，它可以清楚地描述信号频率随时间变化的关系，提供信号时间域与频率域的联合分布信息，是一种应用广泛的信号时频分析方法【ｌ钔。依据此特点，在贯通线的故障定位中，对于检测点发射和接收到的高频波形，可以采用时频分析方法提取波形中的故障信息。综合考虑注入信号随参数变化的特点，本节选择中心频率为３７５ｋＨｚ，脉冲持续时间为３０ａｓ，频带宽度为５０ｋＨｚ的调频信号为例作为贯通线电缆的高频注入信号。当单相接地故障发生后，系统自动切断电源供电，并向故障相注入高频信号。假设信号为（ｆ），Ｗｉｇｎｅｒ．Ｖｉｌｌｅ分布定义为公式（１２）。‘ｒｖ（ｔ，ｃｏ）＝ＩＯ一）（ｆ＋÷）ｅ－ｊｒｃｏｄｒ（１２）Ｚ兀一Ｚ以故障发生在距线路首端的监测点（图３中的测量模块）４０ｋｍ处发生Ａ相接地故障为例，设置仿真时长为０．６×１０－３Ｓ，将监测点接收到的故障波—形通过ＷｉｇｎｅｒＶｉｌｌｅ变换可以得到如图７所示的入射信号与反射信号的时频描述。图７入射和反射信号的时频描述—Ｆｉｇ．７Ｔｉｍｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｓｏｆｉｎｃｉｄｅｎｔａｎｄｒｅｆｌｅｃｔｅｄｓｉｇｎａｌｓ从图中可以读出入射信号与反射信号各自的中心频率、持续时间和频带宽度，比较二者差异，如表２所示。表２入射和反射信号的实测参数Ｔａ—ｂ——ｌｅ２Ｍｅａｓｕｒｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｉｎｃｉｄｅｎｔａｎｄｒｅｆｌｅｃｔｅｄｓｉ注入信号在长电缆传播中信号中心频率，幅值都会发生变化，通过时频联合分布可以清晰地找到入射和反射信号的中心频率。由于线路阻抗等因素的影响，信号中心频率的变化带来的时延也会包含在总的反射时间中，但时域分析中忽略了这部分时延的影响。由参考文献［１３】可知，由于注入信号中的参数是一个表征频率变化率的因子，通过公式（１３）可以计算得到频率变化产生的时延。＝６—（３７７．９５３７６．４６）ｘ１０～————————＝＝：・－－－－－－－－－－・－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－一１．８８５ｘ１０＝７．９０５ｓ（１３）再对信号的时频描述按式（１４）讨论其相关性。∽ｆ：￡Ｐ－－ｔ￣ｄｃａｔｔ（１４）其中，Ｅｒ（ｆ）和巨均为归一化系数，其表示为）＝［，，ｃｏｄ（１５）ｌ＝ＩＩ（ｆ，ｃｏ）ｄｔｄｃｏ这里，Ｗｓ（ｆ，，（ｆ，ｃｏ）分别表示入射信号和反射信号的Ｗｉｎｇｅｒ．Ｖｉｌｌｅ分布。入射信号和反射信号的互相关与他们在时域内的波形对应关系如图８所示。图８入射和反射信号的时频互相关波形Ｆｉｇ．８Ｔｉｍｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｒｏｓｓ－ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｉｎｃｉｄｅｎｔａｎｄｒｅｆｌｅｃｔｅｄｓｉｇｎａｌｓ图中互相关曲线上，两个峰值出现的时间即为入射和反射信号的中心频率所处时间点，在图上可以清晰地得到这一时间点的准确值，而无需考虑两信号中心频率的范围与差异。由图８知，两峰值间时间差Ａｔ＝０．３７４１ｍｓ，考虑到由反射信号失真造成的时间延迟需要得到补张妹，等基于Ｃ型行波法的１０ｋＶ客运专线电力电缆贯通线故障垡鲨：：偿，则总的反射时间为ｔｏ＝Ａｔ＋６ｔ＝０．３７４１＋０．００７９０５＝０．３８２０ｍｓ（１６）电缆中信号传播速度可以由光速ｃ和所用电缆的介电常数（＝２．１）通过式（１７）算出。：下Ｃ：：２．０７×１０ｍ／／Ｕｍ／Ｓ（１７）—：＝＝．＝．×ｌ，Ｊ√√２．１从而得到故障距离：・＝３９５３７ｍ（１８）误差为—４００００－—３９５３７×１００％：０．４５０％１０２８５０这里采用小波模极大值识别波头的方法对图８中得到的入反射波进行对比分析，通过ｄＢ３小波对信号进行４层分解求取模极大值的波形，如图９所示。ｉｉ至三三匪三三ｊ三王三ｉ薹ｏ・。ｏｏ。ｓｏ－？旷图９入射和反射信号小波模极大值波形Ｆｉｇ．９Ｍｏｄｕｌｕｓｍａｘｉｍａｏｆｉｎｃｉｄｅｎｔａｎｄｒｅｆｌｅｃｔｅｄｓｉｇｎａｌｓ从图９中看出，随着小波层数的增加，入射波和反射波对应的模极大值逐渐清晰。提取入射波和反射波第一个模极大值对应的时间Ａｔ＝０．３７７ｍｓ，可计算得到测距误差为０．９５３３％。通过对比故障测距误差可以看出，使用时频联合分析的测距误差明显减小。经过考虑频率偏移补偿的方法可以增大测距的准确度。综上，总结基于时频联合分布分析的贯通线故障定位算法流程图如图１０所示。３仿真测试３．１注入信号传输衰减测试考虑到注入信号的中心频率与信号在线路中传播的衰减程度有关。因此，此节着重研究注入信号的中心频率与测距误差的关系，希望对于１００ｋｍ左右的线路，找到一个较为合适的注入信号频率。将注入信号做规范化处理，使其波形峰值为１０００ｋＶ。在前面所用的仿真模型上，尝试在线路首端注入多采集故障后入射和反射波形０对波形进行Ｗｉｎｇｅｒ－ＶｉＵｅ变换得到入射波和反射波的持续时间瑚带宽度Ｂ计算中心频率误差带来的延时盘是得到入射波和反选盟！麴ｌ兰／否计算时频变换后的自相关函数——————－－一十算反射波与入射波△中心频率差ｔ利用公式（１８计算故障距离图１０时频联合分析方法故障测距流程图Ｆｉｇ．１０Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｔｈｅｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｕｓｉｎｇｔｉｍｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎａｌｙｓｉｓ种中心频率的入射信号，并在线路末端检测其接受信号的幅值，结果如表３所示。表３线路末端信号幅值测量结果Ｔａｂｌｅ３Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆｓｉｇｎａｌｓａｔｔｈｅｅｎｄｏｆｔｈｅｌｉｎｅ从表３数据可以看出，在１００ｋｍ左右的范围内，５００ｋＨｚ的信号已经出现明显衰减，当注入８００ｋＨｚ的信号时，衰减已超过９０％，若继续增大中心频率值，将无法保证准确分辨出末端接受信号。因此，注入的信号中心频率应在５００ｋＨｚ以内取值。３．２不同中心频率信号故障定位测试在注入信号中心频率选取不同时，对不同故障距离的测距结果也会产生相应影响。对线路上不同距离的Ａ相接地故障，以若干不同中心频率，频带宽度和持续时间不变的信号注入系统进行仿真，结果如表４～表１１所示。表４注入信号中心频率为５０ｋＨｚ时测距仿真结果Ｔａｂｌｅ４Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｃｅｎｔｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆ５０ｋＨｚ故障距离中心频率反射时间／ｍｓ故障距离／ｋｍ误差／ｋｍ／ｋＩ－Ｉｚ／％＿‘５６电力系统保护与控制表５注入信号中心频率为１００ｋＨｚ时测距仿真结果表１１注入信号中，ＯＮ，￣ｇ＃ｊ５００ｋＨｚ时测距仿真结果Ｔａｂｌｅ５Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｃｅｎｔｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆ１００ｋＨｚ表６注入信号中心频率为１５０ｋＨｚ时测距仿真结果Ｔａｂｌｅ６Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｃｅｎｔｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆ１５０ｋＨｚ表７注入信号中心频率为２００ｋＨｚ时测距仿真结果１．ａｂｌｅ７Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｃｅｎｔｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆ２００ｋＨｚ表８注入信号中心频率为２５０ｋＨｚ时测距仿真结果Ｔａｂｌｅ８Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｃｅｎｔｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆ２５０ｋＨｚ表９注入信号中心频率为３００ｋＨｚ时测距仿真结果Ｔａｂｌｅ９Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｃｅｎｔｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆ３００ｋＨｚ表１０注入信号中心频率为４００ｋＨｚ时测距仿真结果１．ａｂ１ｅ１０Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｃｅｎｔｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆ４００ｋＨｚＴａｂｌｅ１１Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｃｅｎｔｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆ５００ｋＩ－／ｚ由表４～表１１中的数据可以看出，就故障测距误差总体趋势而言，故障点离监测点距离越远，得到的故障测距结果准确度越低。观察可知，当线路故障长度在６０ｋｍ以下时，注入信号的中心频率可以在１５０＂￣４００ｋＨｚ的范围内选择。若对测距准确度要求较高，则应选取厂ｎ等于２５０ｋＨｚ左右的信号；而当线路故障长度达到１００ｋｍ左右时，信号频率的改变对故障定位的影响很大，在等于２００ｋＨｚ附近的信号测距准确度相对较高。４结论本文在建立１０ｋＶ客运专线长电缆贯通线路的模型基础上，采用Ｃ型行波法对贯通线进行故障定位，利用Ｗｉｇｎｅｒ．Ｖｉｌｌｅ时频分析法，能够直观获得故障位置信息，进行较精确的故障测距。通过大量仿真，得到以下结论：（１）通过对故障检测信号进行Ｗｉｇｎｅｒ－Ｖｉｌｌｅ时频联合分析，可以快速准确地识别入射信号和反射信号的时间差，同时利用信号之间的频域误差修正往返时间，可以达到提高测距准确度的目的。ｆ２）注入信号中心频率的选择会对故障定位造成较大影响。对于６０ｋｍ以下的故障线路，宜选择中心频率在１５０￣４００ｋＨｚ范围内的注入信号；而当故障线路长度为１００ｋｍ左右时，则应选择在中心频率为２００ｋＨｚ附近取值的信号。此结论为Ｃ型行波法用于长电缆贯通线故障定位提供了参考依据。参考文献［１］蔡玉梅，何正友．行波法在１０ｋＶ铁路自闭／贯通线故—障测距中的应用［Ｊ］．电网技术，２００５，２９（１）：１５１９．—ＣＡＩＹｕｍｅｉ，ＨＥＺｈｅｎｇ－ｙｏｕ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｒａｖｅｌｌｉｎｇｗａｖｅｂａｓｅｄｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｉｎ１０ｋＶｒａｉｌｗａｙａｕｔｏｍａｔｉｃｂｌｏｃｋｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５，２９（１）：ｌ５－１９．［２］周明．１０ｋＶ线路常见故障分析及防范措施【Ｊ］．广西电—业，２００９（２）：８１８２．ＺＨＯＵＭｉｎｇ．Ｆａｕｌｔａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｓｉｎｔｈｅ１０ｋＶｌｉｎｅ［Ｊ］．ＧｕａｎｇｘｉＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ，２００９（２）：８１．８２．张姝，等基于Ｃ型行波法的１０ｋＶ客运专线电力电缆贯通线故障定位方法一５７．［３］何人望．电力贯通线故障测距方法的适应性分析［Ｊ］．—华东交通大学学报，２００３，２０（１）：１６１９．—ＨＥＲｅｎｗａｎｇ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅａｄａｐｔａｔｉｏｎｏｆｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｉｎｒａｉｌｗａｙｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｐｏｗｅｒｌｉｎｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥａｓｔＣｈｉｎａＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００３，２０（１）：１６．１９．［４］马士聪，高厚磊，徐丙垠．配电网故障定位技术综述ｆＪ１．电力系统保护与控制，２００９，３７（１１）：１１９－１２４．——ＭＡＳｈｉ・ｃｏｎｇ，ＧＡＯＨｏｕｌｅｉ，ＸＵＢｉｎｇｙｉｎ．Ａｓｕｒｖｅｙｏｆｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２００９，３７（１１）：１１９－１２４．［５］鹿洪刚，覃剑，陈祥训，等．电力电缆故障测距综述［Ｊ】．电网技术，２００４，３２（２０）：５８．６３．ＬＵＨｏｎｇ－ｇａｎｇ，ＱＩＮＪｉａ—ｎ，ＣＨＥＮＸｉａｎｇｘｔｌｎ，ｅｔａ１．Ｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｐｏｗｅｒｃａｂｌｅｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ—Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４，３２（２０）：５８６３．［６］蔡玉梅．１０ｋＶ铁路自闭贯通线路故障测距方法研究【Ｄ］．成都：西南交通大学，２００５．ＣＡＩＹｕ・ｍｅｉ．Ｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｉｎ１０ｋＶｒａｉｌｗａｙａｕｔｏｍａｔｉｃｂｌｏｃｋｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ［Ｄ］．Ｃｈｅｎｇｄｕ：ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００５．［７］邵华平，何正友．１０ｋＶ铁路自闭／贯通电力输电线路故障信息综合处理系统研究［Ｊ】．西安交通大学学报，２００４，３８（８）：８６９－８７２．ＳＨＡＯＨｕａ－ｐｉｎｇ，ＨＥＺｈｅｎｇ－ｙｏｕ．Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｆａｕｌｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｏｒ１０ｋＶ’ｒａｉｌｗａｙｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００４，３８（８）：８６９－８７２．［８］何正友，李伟华．基于Ｓ注入法的自Ｎ／贯通输电线路故障定位系统［Ｊ］．西南交通大学学报，２００５，４０（５）：Ｉ－５．——ＨＥＺｈｅｎｇｙｏｕ，ＬＩＷｅｉｈｕａ．ＦａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒａｕｔｏｍａｔｉｃｂｌｏｃｋａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓｂａｓｅｄｏｎＳ－ｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００５，４０（５）：１－５．“’’［９］杜刚，刘迅，苏高峰．基于ＦＴＵ和Ｓ信号注入法的配电网接地故障定位技术的研究［Ｊ］＿电力系统保护—与控制，２０１０，３８（１２）：７３７６．ＤＵＧａｎｇ，ＬＩＵＸｕｎ，ＳＵＧａｏ．ｆｅｎｇ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｇｒｏｕｎｄｉｎｇｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｃｏｍｂｉｎｉｎｇＦＴＵ“”ａｎｄＳｓｉｇｎａｌｉｎｊｅｃｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｍｇｒｉｄ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（１２）：７３．７６．［１Ｏ］季涛，孙同景．配电混合线路双端行波故障测距技术—【Ｊ】．中国电机工程学报，２００６，２６（１２）：８９９４．ＪＩＴａｏ，ＳＵＮＴｏｎｇＵｉｎｇ．Ｓｔｕｄｙｏｎｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｍｉｘｅｄｆｅｅｄｅｒｓｂａｓｅｄｏｎｄｏｕｂｌｅｔｅｒｍｉｎａｌｍｅｔｈｏｄｏｆｔｒａｖｅｌｉｎｇｗａｖｅｓ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，—２００６，２６（１２）：８９９４．［１１］尹晓光，宋琳琳，尤志．与波速无关的输电线路双端行波故障测距研究ｆＪ】．电力系统保护与控制，２０１１，３９（１）：３４－３９．—ＹＩＮＸｉａｏｇｕａｎｇ，ＳＯＮＧＬｉｎ－ｌｉｎ，ＹＯＵＺｈｉ．Ｓｔｕｄｙｏｆｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｎｇｆｏｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｄｏｕｂｌｅｔｅｒｍｉｎａｌｔｒａｖｅｌｉｎｇｗａｖｅｓｕｎｒｅｌａｔｅｄｔｏｗａｖｅｓｐｅｅｄ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ—ＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１１，３９（１）：３４３９．［１２］江日洪．交联聚乙烯电力电缆线路［Ｍ】．２版．北京：中国电力出版社，２００９．—ＪＩＡＮＧＲｉｈｏｎｇ．ＸＬＰＥｐｏｗｅｒｃａｂｌｅｌｉｎｅｓ［Ｍ］．Ｓｅｃｏｎｄｅｄｉｔｉｏｎ．ＢｅＯｉｎｇ：ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＰｒｅｓｓ，２００９．［１３］ＷａｎｇＪ，ＳｔｏｎｅＰＥＣ，ＳｈｉｎＹＪ，ｅｔａ１．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｊｏｉｎｔｔｉｍｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙｆｏｒｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｃａｂｌｅｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ［Ｊ］．ＩＥＴＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２００９（４）：３９４．４０５．［１４］乐叶青，徐政．平滑伪Ｗｉｇｎｅｒ－Ｖｉｌｌｅ分布在电力系统谐波和电压变动检测中的应用【Ｊ】．继电器，２００６，３４（１６）：３９．４３．ＬＥＹｅ－ｑｉｎｇ，ＸＵＺｈｅｎｇ．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｍｏｏｔｈｅｄｐｓｅｕｄｏＷｉｇｎｅｒ－Ｖｉｌｌｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｄｅｔｅｃｔｉｎｇｈａｒｍｏｎｉｃｓａｎｄｓｈｏｒｔｄｕｒａｔｉｏｎｖｏｌｔａｇｅｖａｒｉａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｒｅｌａｙ，２００６，３４（１６）：３９．４３—收稿日期：２０１卜０８２６；修回日期：２０１卜１卜１４作者简介：张姝（１９８８一），女，硕士研究生，主要研究方向为电力系统信号处理与故障诊断；Ｅ．ｍａｉｌ：ＺＳ２００６１６２ｌ１６３．ｃｏｍ何正友（１９７０一），男，博士生导师，主要从事信号处理和信息理论在电力系统故障分析中的应用、新型继电保护原理、配网综合自动化等方向的研究；赵云翱（１９８９一），女，本科，主要研究方向为电力系统故障诊断。