10kV线路单相故障A型行波测距仿真及分析.docx

          10kV线路单相故障A型行波测距仿真及分析                    摘要：先建立了基于 MATLAB／Simulink的10kV单端线路仿真模型，仿真离母线A 150kM处发生单端金属性接地故障，根据A型行波测距原理，进行故障测距本文对各个模块的参数设置方法和功能实现以及输电线路故障行波的提取算法进行了说明仿真实例表明，该仿真方法具有可行性，而其实现了在同一个仿真软件内对故障行波的仿真和分析，仿真结果精度高，方法具有实用性关键词：小波变换；A型行波测距；故障测距1. A型行波故障测距原理1.1测距原理图1.1-仿真电路图根据故障点产生的行波在测量端至故障点往返时间与行波波速的乘积确定故障距离式1）故障发生后粗线代表蓝色反射波第一次到达母线时间为Ts1，其后变为中间细红线所指示的前行波，前行波到达故障点后再次反射至母线A（上面粗红线指示）的时间为Ts2在反射波第二次到达母线A时，行波行进的距离为故障距离的2倍 故障距离的计算公式见（式1），其中波速ν= 1.2行波处理方法用matlab/ simulink工具箱搭建单侧电源线路模型，线路长度350kM ，仿真计算出离母线A 150 Km处故障单相金属性接地时，A母线处的电流和电压的相分量波形。

对所得A母线处的电流和电压波形进行相模变换，参考Clarke矩阵，得出故障后的0、α、β模量行波的变化隐藏在0（地模）或α线模或β线 模量的整个波形中，变化细微，在宏观尺度难以观察 小波变换是一种多尺度变换，可利用其多尺度分解原理，找出波形中高频分量信号的突变点行波故障测距关键在于找出TS1和Ts2对应的突变点，如此即可计算出故障距离2. 系统仿真2.1系统搭建图2.1-仿真电路图仿真系统为10kV单端电源供电辐射性网络，左侧为10kV的交流电源，经过母线（测量模块，用于获取电流电压波形，输出值Vabc、Iabc等示波器中），经过分布式参数线路1和线路2，再经由母线连接至1kV负荷按照要求，线路1长度为150km，线路2长度为200km各模块原件的参数设置，频率均为50Hz，各模型的电容值和电感值采用了Matlab默认参数系统仿真步长为1e-6，即1μs，仿真时长0.15s，其中A相接地故障发生于0.04s至0.1时刻，故障类型为A相金属性接地故障2.2相模变换图2.2-故障电流相量图图2.3-故障电压相量图图2.4-故障电压αβ0模量图图2.5-故障电流αβ0模量图图2.2-图2.5为模型仿真后的电压电流相量图、模量图。

电压电流相模转换采用了克拉克（Clarke）变换为方便后续时间记录及计算，选取0.04s作为故障发生时刻，由于故障发生时刻刚好处于A相的电压过零点，仿真结果图像波动性较小，波纹较为平稳，改变故障发生时刻将会导致波纹增大，但经过仿真模拟，改变故障发生时刻的后续处理方法以及最终结果变化不大，结果仍然满足要求截取故障发生时的电流电压量，经过相模变换后，再利用matlab对αβ0三模量进行小波变换，分解出逼近系数及细节系数，取细节系数再进行重构，从而获得模量的变化特征，其峰值代表了行波到达母线的时刻为避免故障刚发生瞬间电流电压变化所导致的峰值误判，因此截取时刻适当延后，一躲开第一次峰值根据要求，由于线路1长度比线路2短，显然取前两次峰值即分别为正向行波及反射行波到达母线的时间2.3小波分解图2.7、图2.8为分解结果，通过多次比较不同距离下仿真结果，发现采用α模量或0模量较为合适0模量的峰值通常更为明显，而α模量则一般更早出现峰值考虑到在满足可靠性的要求下，希望可以更早完成故障测距，因此采用了α模量小波分解图2.6-故障电流电压相模图图2.7-A相电流α模量的小波分解图2.8-A相电流三模量的小波分解细节重构量图2.9-峰值出现时刻由于峰值附近往往会有波动，通过比较左右邻域内的采样值，来确定极值点的位置。

但由于不同距离下其震荡时间不一致，因此所获得的极值并不完全是最准确的，但采样步长为1μs，极值点的左右小范围内偏差并不对测距精度造成太大的影响3.结论按照仿真结果，两次极值的时间差为（1545-508）μs，即1037μs，最终计算出故障测距为150.31km，与参数设置的150km有310m的误差，在可接受的范围内，且精度较高需要指出的是，仿真结果基于已知线路1比线路2短的前提下具有相当高的精度，当线路1比线路2长时，需要另外讨论其解决方法是，在负荷端也加入电压电流测量装置，获取故障发生时的故障电压电流分量，再采取上述的处理方法，获得行波到达负荷端母线的时间，即负荷端也进行单端测距通过比较两端行波到达时间，再综合判断出反射波和对侧行波所对应的峰值，再计算出真正的故障距离即可经过仿真试验，其精度也相当高参考文献[1] 于群,曹娜. simulink电力系统建模与仿真[M].北京：机械工业出版社，2017.[2]马永明,陈平,刘万超,程家东,张志友.基于MATLAB的输电线路故障行波仿真平台[J].山东理工大学学报（自然科学版）,2010,24 (03):78-81+85.[3]杨清志,赵昌友.基于MATLAB的电力输电线路故障行波仿真[J].牡丹江师范学院学报(自然科学版),2016(01):30-31.[4]汪敏. 小波变换在输电线路行波故障测距中的应用[D].华北电力大学,2014.[5]潘明一. 基于小波变换的输电线路故障测距研究[D].哈尔滨理工大学,2019.  -全文完-。