测距原理分析.doc

在故障测距中应用故障分量电流的阻抗法研究 目前，应用于电气化铁道的故障测距装置大多数是基于阻抗测距原理的单端测距装置。在双边供电方式下这种测距方法在原理上受过渡电阻的影响较大，因此要保证良好而稳定的测距精度将是十分困难的。为此，本文提出了利用故障分量进行测距的方法，以期提高电气化铁道牵引网故障测距的精度。 1 阻抗法的故障测距原理 阻抗法的故障测距原理是假定输电线为均匀线，在不同故障类型条件下计算出的故障回路阻抗或电抗与测量点到故障点的距离成正比，从而通过计算故障时测量点的阻抗或电抗值除以线路的单位阻抗或电抗值得到测量点到故障点的距离。在已有的输电线故障测距装置中，由于阻抗法测距简单可靠，虽存在测距精度问题，但可利用线路一端电流的故障分量以克服过渡电阻的影响[1][2]，所以被广泛采用。测距的精度在牵引网故障测距中有着极其重要的意义，它直接影响到线路故障的查找和排除故障时间的长短。测距精度高可以缩短抢修时间，快速恢复行车，减少经济损失。目前在牵引网故障测距中普遍根据阻抗法的电抗测距原理，以消除故障时过渡电阻的影响，但是这种测距方法只在单边供电方式且无机车负荷条件下测距较准确，而在双边供电方式下将产生较大误差，为此有必要研究在双边供电方式下及有机车负荷时故障测距的方法。 2 在测距中消除过渡电阻影响的计算 在阻抗法测距中消除过渡电阻对测距影响的计算如图1所示，设M端为测量端，则测量阻抗[1]为 （1） 式中：Z为线路单位长度的阻抗；lMF为M端到故障点F的距离；为M端测量到的对地电压；?M为M端测量到的电流；RF为故障点的过渡电阻；为故障点的短路电流。 只有在RF＝0时，即发生金属性短路，测量结果准确。在RF≠0时，即发生通过过渡电阻短路，测量结果有误差，对这种情况应加以消除，以满足测量精度的要求。以下是两种供电方式下减小过渡电阻影响的方法。 2.1 单边供电方式 在单边供电方式（单端电源供电方式）下?M=?F，因此测量阻抗为 ZM=Z·lMF+RF ， （2） 对式（2）取虚部有 Im[ZM]=Im[ZlMF+RF]， （3） 于是测量电抗XM=XlMF , lMF=XM/X , （4） 式中：X为线路单位长度的电抗。从而消除了过渡电阻RF对测距的影响。 EM、EN分别为M、N端背后的系统电源；ZS、ZR分别为M、N端背后的系统阻抗；ZMF、ZFN分别为故障点F到M端和N端的等效阻抗。 图1 单相线路内部故障状态图 2.2 双边供电方式 由于在正常状态下不存在故障分量的电压、电流，故障分量只有在故障状态下才出现，所以可以利用故障分量电流来消除过渡电阻影响。根据叠加原理，可将图1分解为正常状态（图2）和故障附加状态（图3）的叠加。 IMq、INq分别为M端和N端的故障前（正常状态）电流。 图2 正常状态图 再根据叠加原理解?Mq=?M-?Mf 可推得M端电流的故障分量与故障点电流之间存在以下关系[1] ?Mf = ?M (?Mq = CM?F， （5） 式中：?Mq、?M为M端故障前和故障后电流；?Mf为M端的故障分量电流；CM为M端的电流分布系数，?F为故障点电流。 ， （6） 电流分布系数CM一般为复数，令，角度γM由故障点两侧的综合阻抗角决定，其值接近于零，一般不超过10(。这一特征表明，故障电流IF与线路M端故障分量IMF之间以电流分布系数CM相联系，后者与负荷电流和过渡电阻无关。在近似计算中，可以认为故障点电流与线路M端故障分量电流同相位，或CM为一实数。 UMf、UNf分别为M端和N端对地的故障电压分量。 图3 故障附加状态图 所以式（1）可以写成[1] =RM+jXM， （7） 取γM=0，将Z=R+jX代入式（7）得到短路点F到测量端M的距离lMF的表达式： 。 （8） 2.3 故障分量的取得 由于在双边供电（双端电源）的测距计算中要用到电流的故障分量，故障分量可通过以下方法取得：电流故障分量为故障后电流采样值与故障前一周波的电流采样值之差。其计算表示为[1] IMf =Ik - I（k-n）， （9） 式中：IMf为故障分量电流；Ik为故障后第k点的电流采样值；I（k-n）为故障前一周期的第k点的电流采样值；n为周期内的采样点数。 3 用于双边供电时的故障测距及其计算 我国电气化铁道采用工频单相交流牵引制式。牵引变电所一般用于将三相110 kV的电能变换成27.5 kV（牵引网额定