AT 牵引供电系统色散特性计算与行波故障测距算法研究

The precision of traveling wave fault location are influenced mainly by the dispersion phenomena of transmission lines whose parameters vary with the frequency , but we could improve the location accuracy by using the dispersion phenomena which contain a lot of fault messages ,if the characteristics curves of wave propagation velocity and attenuation with the frequency are known in advance. A novel scheme method based on this conceive is proposed : (1) Use single-terminal method based on time delay between aerial mode component and zero component ; (2) The modal transformation matrices are obtained by special iterative algorithm , not using Clarke etc. normal Matrix to ensure the accuracy; (3) Decompose the mode signals into many subband signals using wavelet packets transform, got each arrving time of subband signal wavefront and calculate the estimated distance value respectively; (4 ) Synthesize all estimated distanc value to gain accuracy distance value by Bayesian Network. With the electric railway traction autotransformer feeds system as the research objective, we'll study the phase-mode transformation matrices generated iterative algorithm; analysis the mode signals propagation characteristics; Construct and train the Bayesian Network. The novel scheme will be verify by measurement data from the actual electric railway traction autotransformer feeds system. The research results would not only suit electric railway traction but also suit in case of cable transmission lines.

对于频变参数的输电线线路，色散现象对行波故障测距精度的影响很大，如果我们预先就掌握了波速和衰减系数随频率变化的特性曲线，反而可以利用色散现象所包含的丰富信息进行更准确的故障定位。基于此设想，我们提出一套新的单端行波故障测距方案：（1）采用地模和线模信号分量的传播速度差原理作为单端检测算法基础；（2）为保证变换精度，模变换矩阵通过特别的迭代算法寻找，不采用如Clarke等简单的固定矩阵；（3）用小波包变换把地模和线模信号分解成多个子频带信号，分别找出其波头到达的时间并计算出估计距离；（4）用贝叶斯网络综合各子频带的测距结果。 研究工作以电气化铁路AT牵引供电系统为对象，重点探讨频变参数的相模变换矩阵生成算法，分析模量的传播特性，建立和训练贝叶斯网络模型。最后进行实地数据检测，用实际数据对新提出的测距算法进行验证。研究的成果不仅可用于电气化铁路牵引供电系统，也适宜于电缆输电线路。

AT牵引供电系统是高速电气化铁路普遍采用的一种特殊供电方式，由于电力动车受电弓对接触网的持续冲击，加之铁路沿线复杂环境和气候的影响，供电线路短路故障发生非常频繁，这给铁路的安全运营和维护带来巨大的压力。精确的故障测距功能对快速检修、恢复生产有着重大的意义。本项目首次提出了以钢轨频变参数曲线为分析基础的多频带行波故障测距方案，通过对牵引供电网络行波传输特性的计算、分析和研究，提出可行的基于行波故障测距算法，为解决牵引网故障测距的难题提供理论依据和解决方案。. 主要研究内容与成果如下：a) 对P60钢轨进行了电磁检测，获得了P60钢轨的B-H磁滞曲线，为钢轨非线性频变特性分析研究的奠定了基础；b) 采用Ansys-Maxwell有限元仿真软件用计算出钢轨频变参数特性曲线(0—2M Hz)，包括频变电阻曲线与频变电感曲线，并给出了一种钢轨频变参数的简化管状导体数学模型；c) 计算出AT牵引供电网络的频变阻抗矩阵，给出了平滑变化的非平衡阻抗矩阵相模变换算法；d) 通过模变换，获得模信号的波速度、衰减系数、相位系数和波阻抗等特性，分析表明1模和5模在低频段有较大的波速度差，可以作为算法的基础；e) 应用小波包方法，把多模行波信号分解成多个子带信号，给出了基于模分量时间差原理的单端多频故障测距算法，此外基于FPGA开发了FIR滤波、小波分解、相模变换、模极大值求取等IP核。