学术简报︱牵引供电网故障测距的新算法
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西南交通大学电气工程学院、广东工业大学自动化学院的研究人员熊列彬、吴高华、王志洋，在2019年第15期《电工技术学报》上撰文（论文标题为“基于IHHT的多测点行波法故障测距在全并联AT牵引网中的研究”），针对当前全并联自耦变压器（AT）牵引网线路参数不均匀，牵引供电系统因故障导致结构的改变使得故障测距精度不足的问题，将行波法运用到牵引网故障测距中，并考虑到牵引网电气参数的改变及行波色散效应导致行波波速不稳定的问题，提出了一种基于多测点的故障测距方法。
该方法首先通过在横联线间串入高频阻波器完成对电压行波波头的有效辨识，然后利用改进的希尔伯特-黄变换对行波波头进行捕捉，最后利用多测点测距方程得到故障测距结果。Matlab/Simulink的仿真结果表明，所提测距算法基本与波速无关，不受牵引网结构、参数变化的影响，比传统牵引网故障测距算法具有更高的精度。
利用行波法进行故障测距在电力系统输配电中取得了巨大的成功，有学者利用现代信号处理方法通过对行波波头进行有效辨识从而进行故障测距的理论研究。也有通过对电力网络故障后的特征进行理论分析，提出相应的故障测距算法。有学者详细研究了架空-电缆混合线路的行波传播特性，以及影响测距精度的因素。此外，还有将行波法利用到高压直流输电系统中的故障定位中。
但行波法并未在电气化铁道牵引供电系统故障测距中得到广泛的研究与应用。牵引供电系统测距算法因系统运行方式改变等影响降低甚至不能达到要求的测距精度，由于行波法在故障测距中具有较高的精度及稳定性，将其应用于牵引供电系统故障测距中将是一种新的尝试。
目前全并联自耦变压器（Auto Transformer , AT）牵引网以其具有传输功率大、供电距离长、接触网电压损耗低等优点已成为当前高速铁路及客运专线的主要供电方式。针对全并联AT牵引网，故障测距方案主要包括：AT中性点吸上电流比、区段上下行电流比、横联线电流比。
但是，针对行波法在牵引网中进行测距的参考文献相对较少，其中有学者提出的区段上下行电流比、横联线电流比故障测距在牵引网发生故障后，上下行牵引网解列运行导致故障测距失败。
有学者对行波法应用于牵引网故障测距的可行性研究进行了有益的探讨，但未进行相关实验验证。
有学者提出利用电流行波线进行故障研究测距，但是当故障发生在某一AT段内时，牵引网首末端的故障电流行波信号微弱，不利于提取。
有学者提出在各个固定位置的杆塔上放置具有磁场测量与故障信号发射功能的装置，以此来进行故障定位，但是存在数据量过大不易于处理及各个装置之间时钟同步的问题。
有学者分析并仿真了在直供方式下牵引网故障行波的传播特征，但是未能进一步研究全并联AT供电方式下的故障行波特征以及将行波法应用于牵引网故障测距中。
为此，本文在对全并联AT牵引网的结构简介基础上，通过在AT所的横联线之间串入高频阻波器解决了由于行波窜入到上行或下行线路造成行波波头无法准确检测波头的问题。此外，在变电站出口、AT所、分区所等三处放置行波采集仪以解决牵引网阻抗不均匀及色散导致的行波波速不稳定的问题，从而得到不含行波波速的多测点测距方程。
根据改进的希尔伯特-黄变换（Improved Hilbert-Huang Transform,IHHT）获取不同测量点行波波头的到达时刻，利用多测点测距方程得到故障测距结果。最后通过Matlab/Simulink对某一牵引变电站模型进行故障仿真验证，测距结果表明所提测距算法能够对故障进行有效定位。相比于传统故障测距法，行波测距法在线路参数或牵引网结构变化的情况下具有更好的适应性。
图1 全并联AT供电牵引网
图8 基于IHHT的多测点故障测距算法流程
本文在介绍了全并联AT牵引网的结构，考虑到AT所中牵引网上下行并联可能导致电压行波窜入到其他线路中导致行波波头无法准确识别的基础上，提出了一种基于多测点的故障测距方法，并与传统的牵引网测距方法进行了对比分析。
Matlab/Simulink仿真结果表明，相比于传统的牵引网测距算法，本文所提测距算法不需要固定经验波速，能够有效应对传统测距算法因牵引网阻抗参数的变化、变电站出口处存在的抗雷线圈等因素对测距精度的影响，提高了全并联AT牵引网的测距精度。