第２７卷第４期 华东交通大学学报 Ｖ０１．２７ Ｎｏ．４ ２０１０年８月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ａｕｇ．，２０１０ 文章编号：１００５．０５２３（２０１０）０４－００４８—０４ 一种电力贯通线单相接地故障测距的新方法 邱万英 （华东交通大学基础科学学院，江西南昌３３００１３） 摘要：简析了电力贯通线单相接地故障时电压电流与阻抗之间的关系，提出了基于ＭＡＴＬＡＢ仿真的新型故障测距法。该方 法不需新增任何硬件设备，仅需使用现有的远动系统和相关软件。利用远动装置判定故障所在区间，用ＭＡＴＩＡＢ对该区间 进行仿真，并根据仿真结果，用最小二乘法拟合出测距公式。研究成果已经应用到第一线，希望在试用中得到检验、改善。 虽然仿真是针对南昌至永修电力贯通线进行的，但这种解决问题的思路，可以推广至所有贯通线。 ‘ 关键词：故障测距；贯通线；单相接地；ＭＡＴＬＡＢ仿真；最小二乘法 中图分类号： 删 文献标识码：Ａ １电力贯通线线路特点 电力贯通线主要为铁路沿线的车站和区间重要负荷供电，兼做信号设备的备用电源。贯通线采用中 性点非直接接地的方式，属于小电流接地系统。当贯通线发生单相接地时，由于故障电流较小，并且对于 负荷来说三相电压仍然保持对称，故一般允许继续运行１～２小时。但单相接地会引起非故障相的对地电 压升高，对绝缘构成威胁，可能发展成其他形式的严重故障。上述特点与普通ｌ０ ｋＶ线路相同。但与普通 ｌ０ ｋＶ线路相比较，贯通线主要有如下不同点： （１）线路结构多变。贯通线常常由架空线与电缆交替分段连接，组成了架空线与电缆的混合线。 （２）供电半径长。普通１Ｏ ｋＶ线路的供电半径一般不超过１５ ｋｍ。而按照《铁路电力设计规范》 ＴＢＩＯ０—９９规定，向铁路沿线的自动闭塞和电力贯通线路供电的１０ ｋＶ变配电所之间的供电距离一般条件 下宜为４０—６０ ｋｍ。当跨所供电时，则供电距离可能超过１００ ｋｍ。 （３）供电负荷轻。贯通线经常处于轻载状态，１０ ｋＶ侧每相负荷电流通常在３～５ Ａ，与电容电流属于 同一数量级。 （４）供电可靠性要求高。铁路信号设备等均属一级负荷，要求不间断供电。 考虑上述特点，本文针对南昌至永修电力贯通线进行ＭＡＴＬＡＢ仿真，重点研究首端电压电流及末端电 压与故障距离的关系，并得出计算故障距离的公式。 ２理论分析 简明起见，参照文献［１］的方法，结合贯通线的 实际，画出简化单相等值电路如图１所示。 图１中，，为故障点；Ｒｆ为过渡电阻；Ｚ ＝Ｒ ＋ 。为电源内阻抗；ｚｌ＝Ｒ１＋ １，Ｚ２：Ｒ２＋ ２为线 Ｚｓ 路阻抗；ｚＬ＝ＲＬ＋ Ｌ为负荷等效阻抗。 则由ＫＶＬ和ＫＣＬ ，ｌ（Ｚｓ＋Ｚ１）＋ＩｆＲｆ—Ｕｓ＝０ （ｆ） 图１ 贯通线单相接地简化等值电路 ，２（Ｚ２＋２ｉ ）一ＩｆＲｆ＝０ （２） 收稿日期：２０１０－０５．０８ 作者简介：邱万英（１９６３一），女，工学硕士，副教授，主要研究交通信息控制、应用物理。 第４期 邱万英：一种电力贯通线单相接地故障测距的新方法 ４９ ，ｌ一，２一Ｉｆ＝０ （３） 式（１）＋（２）得 ７ｌ（ｚｓ＋Ｚ１）＋７２（ｚ２＋ＺＩ ）一 ｓ＝０ 即 ’（４） ：ｚ１ ＝——————■————一．坠 一 Ｚｓ 一（５）ｌ３ Ｊ 』１ 实际运行中，能够直接测得的电压电流只有 ｌ， 和，１，为便于测距，应设法求出ＺＩ与 １， ２，，ｌ的 关系表达式。 贯通线负荷很轻，负荷阻抗远远大于线路阻抗。一般，线路阻抗又远远大于电源内阻抗，即 ＲＬ＞＞Ｒ１＋Ｒ２＞＞Ｒ ，ＸＬ＞＞ＸＩ＋Ｘ２＞＞Ｘ 故由式（５）可解得 ｓ （６） 事实上，因负荷阻抗远远大于线路阻抗，故 一 ，从而式（６）成立。 为此，定义阻抗 ｚ≈—— ■一 （一／）， 同理，可求得 ． ㈤ 显然，式（７）和式（８）可方便地应用于贯通线的故障测距，其近似正确性将在下述仿真研究中得到证实。 ３计算机仿真 以南昌至永修电力贯通线为例，进行故障测距的仿真研究。 南昌至永修电力贯通线全长５１．８６６ ｋｒｎ，由１９段电缆与架空线交替连接而成，其中电缆总长为１０．６８７ ｋｍ，架 空线总长为４１．１７９ ｋｍ。贯通线与自闭线由不同电源点供电，互为备用，且总是单端供电。具体接线如图 ２所示。 南昌第一配电所 永修第一配电所 １０ 自闭线 １０ 贯通线 南昌第二配电所 永修第二配电所 图２南昌至永修贯通线接线示意图 图２中，各配电所的ｌ０ ｋＶ母线直接与地方变电站相连。Ｔｌ—Ｔ４为调压器，主要起隔离和调压的作用。 ＴＬｌ—Ｔ 为负荷变压器。ＱＦ为断路器，下标Ｌ表示负荷，下标ｄ表示区间断路器，共用４组区间断路器将 ５０ 华东交通大学学报 ２０１０拄 全线分为５个区间。贯通线采用中性点不接地的运行方式。现有远动系统可以判定故障所在区间，所以 故障测距只需要分区问进行。 分别设定不同的故障模块过渡电阻值，对于每一个过渡电阻值，依次改变故障相Ａ的接线位置至电 缆接头处，运行ＭａＴＬａＢ，得到仿真系列结果。限于篇幅，仅列出部分结果如表１所示。 表１南昌至永修贯通线部分仿真结果 表１中，，ｌ为首端故障相电流，Ｕ１和 ２分别为首末端故障相电压。 ４仿真结果分析 ４．１回归分析与测距公式 现有远动系统可以判定故障所在区间，所以对仿真结果可按区间进行回归分析。 用ＭＡＴＬＡＢ进行最小二乘线性拟合，得到线性关系式如下： Ｒｎ＝０．２９２ ０Ｕ２—２．９０７ ７ （９） 分析故障距离ｄ与阻抗ｚ及过渡电阻 之间的关系。同理，编写ＭＡＴＬＡＢ程序，绘出三维关系曲线如 图３所示。由图３可知，故障距离ｄ与阻抗 近似成线性关系，这与理论分析中式（７）是一致的；ｄ与过渡 电阻Ｒ 近似成倒数关系。因此，可以假设 ｄ＝ 十ｋｒ／Ｒｆ＋ ０ 为求出系数｜ｊ｝ ， ，和ｋ０，编写多元线性回归的ｍ程序，运行ＭＡＴＬＡＢ软件，拟合得到 ｄ１＝０．４７０ ｌｚ＋７０．３０１ ３／Ｒｆ＋０．８１２ １ （１０） 式（９）和式（１０）即为区间１的测距公式。 同理，可得到区间２至区间５的测距公式。 ４．２测距误差分析 每一区间验证一个故障点。将数据代人测距公式，求得结果如表２所示，用ＭＡＴＬＡＢ画出的误差曲线 如图４所示。 ６ ４ ２ ａ ０ 一２ ４ ６ ２００ ０ １Ｏ ２０ ３Ｏ ４Ｏ ５０ ６０ 图３ ｄ—Ｒｆ— 的关系曲线 图４误差曲线 第４期 邱万英：一种电力贯通线单相接地故障测距的新方法 表２故障测距误差 ５１ 由表２及图４可知，测距误差在±０．５ ｋｍ以内。 ５结论 基于ＭＡＴＬＡＢ仿真的故障测距，由于考虑了对地电容与不对称负荷等的影响，与传统的电抗法相比， 首先，原测距误差普遍在±１．０ ｋｍ左右，新方法理论测距误差则在±０．５ ｋｍ以内；其次，新测距方法只需 借助已有的远动系统提供的故障区间和仿真软件，即可快速地测量故障点，减少了误差，缩小了检修和排 查故障的范围，节约了时间，提高了工效，降低了成本。本文原始数据来源于第一线，研究成果也已经应用 到第一线，希望在试用中得到检验、改善。虽然仿真是针对南昌至永修电力贯通线进行的，但这种解决问 题的思路，可以推广至所有贯通线。 参考文献： ［１］岑圆琼．输电线路行波精确测距方法的应用［Ｊ］．广西电力，２００７（３）：６５． ［２］化雨，鲁改凤，王文涛．Ｔ接输电线路故障测距的新型算法［Ｊ］．水电能源科学，２０１０（４）：１３３．１３４． ［３］何人望，杨文焕，孙景，等．铁路贯通线中电压互感器烧损故障分析［Ｊ］．江西电力，２０００（４）：２０－２７． ［４］黄建华，全零三．变电站高压电气设备状态检修的现状及其发展［Ｊ］．电力系统自动化，２００１（４）：５６—６１ ［５］赵振宁，陈锋．以可靠性为中心的检修在电力公司中的应用［Ｊ］．华北电力技术，２００３（３）：４４４５． Ａ Ｎｅｗ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ Ｆａｕｌｔ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｒａｉｌｗａｙ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅｓ Ｑｉｕ Ｗａｎｙｉｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｂａｓｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００１３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｖｏｌｔａｇｅ，ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｉｍｐｏｄａｎｃｅ ｉｎ ａ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｐｏｗｅｒ ｌｉｎｅ （ＣＰＬ）ｗｈｅｎ ａ ｓｉｎｇｌｅ—ｐｈａｓｅ ｇｒｏｕｎｄ ｆａｕｌｔ ｏｃｃｕｒｓ，ａｎｄ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｎｏｖｅｌ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｌｏｃａｔｅ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｉｎ ａ ＣＰＬ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＡＴＬＡＢ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ．Ｗｉｔｈｏｕｔ ａｎｙ ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｈａｒｄｗａｒｅ，ｔｈｉｓ ｎｏｖｅｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｎｌｙ ｎｅｅｄｓ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｒｅｍｏｔｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｅｌｒａｔｅｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ．ＭＡＴＬＡＢ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｍａｄｅ ｆｏｒ ｅａｃｈ ｓｅｃｔｉｏｎ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｆａｕｌｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｒｅ ｆｉｔｔｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｖｅｒｉｉｃａｔｉｏｎ ａｆｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ａｒｅ ｅｘｐｅｃｔｅｄ．Ａｌｔｈｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｏｎｌｙ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｎａｎｃｈａｎｇ—Ｙｏｎｇｘｉｕ ｒａｉｌｗａｙ ＣＰＬ，ｔｈｅ ｉｄｅａ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍ ｃａｎ ｂｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｉｎ ａｌｌ ｒａｉｌｗａｙ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｐｏｗｅｒ ｌｉｎｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆａｕｌｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ；ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｐｏｗｅｒ ｌｉｎｅ（ＣＰＬ）；ｓｉｎｇｌｅ—ｐｈａｓｅ ｇｒｏｕｎｄ；ＭＡＴＬＡＢ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅ ｍｅｔｈｏｄ （责任编辑王建华）
