电缆线路故障仿真与测距算法实现分析

1、电缆线路故障仿真与测距算法实现分析（国家电网杭州供电公司310000）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乂不大，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

2、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。因为产牛的故障电流较大，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牛故障时，故障点如果

3、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2j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10&omega 50ω和500&0mega;,波形图为2-2与图2-3 所示，由图可以看岀当r较小吋仮射现象直观，故障信息很容易找到。当r增人过 程中，故障电流

4、幅值减小，高频分量仍然是很直观,但是当r≥500&0mega；nj*,测 距信息难以查找。图2-4中性点接地不同电压图2-5中性点不接地不同电压相角下的a相故障电流波形2.1故障瞬间电压相角对行波的影响故障瞬间的电压相角α也影响了 uf瞬时值的大小，当α很小吋'会 导致故障电流和电压幅值都很小。由于故障行波在被采集过程中本身的幅值就不 高传播过程又会有衰减，最终导致行波信号强度下降,当被检测到吋很弱旦对应的 波变换模极大值也很小,所以此时想要用此方法识别就很困难了。如图2-4图2-5吋针对不同接地情况、不同电压相角&

5、alpha;下的a相短路接 地故障电流进行仿真，选取3个有代表性的α为0°,45°,90°。分 析后可知,α二90&de辭寸行波反射最明盘，当恰好故障产生时α=o,此时 不会有行波产生,这吋不能用行波法测故障。不过这种情况在绝大多数情况下吋 不会发生的厂般α低于10°的概率已经是很小了，更不用说吋o°。 正常情况下α大于10°,对于故障点的查找不会有很大的影响。现实 中故障的发生多数由于&am

6、p;alpha;过人产生，因为人多数故障吋击穿故障。3. 故障电流行波的传播特性行波在电缆中的传播特性对于实现电力电雞故障的精确测距有着重要的意 义，在上述理论分析过程中我们了解到了几个重要因素，衰减常数、相位常数、相 位速度，那么他们对故障行波的影响机理是怎样的?他们又与频率有什么样的关 系?我们在图24和图25分别给出电雞的各模量所对应的衰减常数的频率曲线和 速度的频率曲线。图中共有6条线，其中a模是屏蔽层的零序模，即从三个电缆的 屏蔽注入，经大地构成冋路;b模从中间电雞的屏蔽注入，分流至另外两个电缆屏蔽 层:c模从边电维的屏蔽注入.经另一边电缆的屏蔽层构成回路;d模是从h个电 缆的导体注

7、入，经相应的屏蔽构成冋路的零序模;e模从中间电缆的导体注入，分流 至另外两个电缆的导体:f模从一边电缆的导体注入,经另一边的导体构成回路。综合两图可以看出a模衰减强度高，传播速度低，因为大地给予的冋路阻抗太 高导致。b模和c模在很人的频率区间内可以保证衰减常数保持不变，而口这个频 带对于暂态响应信号有很重要的意义,因此是很重要的研究对象。同时还可看出 他们在200hz之后处于一个稳定值，并且在高频段衰减也弱。模d、e、f的速度在 频率非常高时接近电介质中的自然速度。从图中发觉各模量之间有一个巧同点就 是行波在低频段的衰减系数比较小，传播速度也较低，在频率超过iorhz后衰减为 度同时增加了。在

8、这些量中最主要的是对模d、e> f的研究，因为他们在故障测距 中应用很广泛，他们在频率大于10khz之后拥有了相同的传播速度，随频率增加逐 渐接近自然传播速度。因此我们得出结论，要将几十khz到几百khz的频率作为 我们的主要研究对象。衰减常数和相位常数不仅与电为电缆的自身因素有关,还与电缆本身的长度 有关，频率的行波不但传播距离长:而且高频的衰减也慢。4 小波算法及故障测距正常情况下我们对信号分析吋选用的数学工具是傅立叶(fourier)变换，它可 以将现有的时域信号转换为与之相对应的频域信号来处理。在频域环境中通过研 究不同的频段就可w知道他们的组分，同时还能够知道他们的来源及特征。

9、这为 我们的研巧提供了很大的便利性，但是傅立叶(fourier)变换也有一定的缺陷性/也 不能单独拿出某段时域信息来研究他的频域信息，它只能研究整个时域的频域信 息。而我们研究的是替念故障信号，顾名思义就是他的时域信息是短暂的,随着吋 间的变化他的吋域性息也会发生很大的改动,因此这吋如果用傅立叶变换来研究 的话是不可行的。所以在本次研究中只能选取能将时域与频域时时结合的工具， 那就是小波变换。4.1小波的定义小波变换的含义是:把一种称为基本小波的函数ψ(t)的做位移t后,再在不 同尺度a下与带分析的信号x(t)的做内积：5.小结文章重点就是在于研究中性点接不同接地时对故障暂态波的影响，同时还指 岀故障行波与过渡电阻、故障发生时刻和发生位置有关。接着对故障电流和电压 进行了研究，由于故障电压比较