基于电流行波法的输电线路故障测距技术研究

Chenmical Intermediate

当代化工研究

技术应用与研究

2019 • 01

基于电流行波法的输电线路故障测距技术研究

*贾若凡

(汾西矿业集团煤矿安全监管五人小组管理局山西032000)

摘要：针对煤矿井下常见的单相接地故障，首先分析了单相接地故障的特点，然后基于电流行波法测距的基本原理，设计了基于电流行

波法的测距方案，对系统的组成、工作机理及功能进行了详细阐述分析，在相应软硬件配套设备的完善下，能够进行故障自动识别、故障

点精准测距及定位，有利于实现煤矿供电系统的故障排除及安全高效工作.关键词：电流行波；故障测距；测距方案 中图分类吾：T 文献标识码：A

Research on Transmission Line Ranging Technology Based on

Abstract: In view of the common single-phase ground fault in coal mine, this paper first analyzes the characteristics of single-phase ground fault, and then designs the ranging scheme based on current traveling wave method, and describes and analyzes the composition, working mechanism and functions of the system in detail. With the improvement of the corresponding hardware and software supporting equipment, it can carry out automatic fault identification, accurate location and ranging of fault points, which is conducive to the troubleshooting and safe and efficient work of the coal mine power supply system.

words-, current traveling wave-, fault location； ran^ngscheme

当前我国煤矿供电网络多采用6kV高压供电，整个供电 网络系统复杂，使用大量的供电电缆，由于井下潮湿的工作

环境，井下供电电缆经常发生单相接地故障，单相接地故障 发生时，会有数值较小的电容电流通过故障点，但因为该 电流比电路中的负荷电流小得多，故在短时间内不影响对负 荷的供电及供电系统的运行。但是，单相接地故障会导致非 故障相的对地电压成倍升高，对系统中的绝缘薄弱处产生冲 击，严重时可能弓丨发越级跳阐、矿井供电中断、通风排水中 断、矿井停产、人员伤亡等其他严重后果。因此，当井下输 电线路发生故障时，如何对故障点进行精准的测距和定位，并对其进行排除，对于保障整个矿井的安全运行至关重要。1.单相接地故障特点

与城市工业或生活供电系统相比，矿井供电系统有其自 身的特点，与常规的大电流接地保护与小电流接地保护系统 相比，矿井供电故障多为间歇性的或瞬时性的故障，故障引 起的基频分类变化不大，但暂态分量却会成倍增长；煤矿供 电系统中性点往往采用不直接接地的方式，但经消弧线圈接 地方式也使用较多，其单相接地故障的排查处理也不一样；矿井供电网络在整个大的供配电网中处于使用端和末端的位 置，属于单侧电源系统，测距时应从单侧进行。

当发生接地故障时，故障相电压降低或接近零，另两 相电压高于相电压或接近于相电压。如是稳定性接地，电压 表指示无摆动，若是电压表指针来回摆动，则表明为间歇性 接地。当发生弧光接地产生过电压时，非故障相电压很高，同时还伴有电压互感器一次熔丝熔断，严重时还会烧坏互感 器。但在某些情况下，配电系统尚未发生接地故障，系统的 绝缘没有损坏，而是由于产生不对称状态等，绝缘监察也会 报出接地信号，这往往会引起误判而停电查找。电压互感器 高压熔断器一相熔断报出接地信号时，如果故障相对地电压

降低，而另两相电压升高，线电压不变，此情况则为单相接 地故障。2.

电流行波法测距的基本原理

根据矿井供电网络中，不直接接地方式及经消弧线圈 接地方式同时使用的特点，在故障发生后在线路始端注入脉 冲信号，根据脉冲信号由检测装置到故障点往返时间进行测 距，即利用电流行波在故障点和测量点之间传播的时间差来 测量故障距离。行波法不受故障点过渡电阻、线路结构等因 素的影响，测距精度高，适用范围广。缩短故障修复时间， 提高供电可靠性，减少停电损失。减轻人工巡线工作量。发 现造成线路瞬时故障的绝缘薄弱点、线路走廊下的树枝等事 故隐患，及时处理，防止故障的再一次发生。

行业内大量研究成果表明，在故障测距方面，故障发 生时在线路上的电压与电流行波现象发生很明确，能够传递 较多的故障信息，但其识别需要借助互感器来实现，而如何 从互感器中进一步提取行波信号，达到简单、快捷、经济的 要求，是为技术方面的关键点。从行业经验及相关研究成果 来看，在故障测距方面，电流互感器能够高效传递电流行波 信号，而电压互感器（电容式）的传递效果较差。使用电流 行波法时，其互感器的截止频次要保证在10kHz以上，才能 使信号的真实度符合要求，且反应速度应该在微秒级别以 内，CT电流互感器能够满足该反应速度要求。且基于电流互 感器的行波测距装置构造简单，能够直接接入供电二次回路 中，而不需要其他复杂的配套设备，能够减少投入，方便快 捷使用。3.

基于行波法的测距方案设计

设计理念是当电路故障发生时，故障产生的电流行波会 沿母线向两个方向传递，对该信号波进行捕捉及判断处理， 分析故障原因及故障点。基于电流行波法设计的测距方案如

Jia Ruofan

(Coal Mine Safety Supervision Group Five-people Team Bureau of Fenxi Mining Group, Shanxi, 032000)

Current Traveling Wave Method

2019 • 01

技术应用与研究

Chenmical Intermediate

当代化工研究

63

煤矿机电设备中变频技术的应用研究

*苗少刚

(长治三元中能煤业有限公司山西046600)

摘要：随着社会经济的快速发展，现代煤矿开采技术也得到了明显进步，机电设备中开始广泛采用变频技术，为促进煤矿机电工程的发

展提供了技术支撑。在煤矿机电设备中应用变频技术不但可以达到节能效果，且还可以提升机电设备的运行效率。本文分析了变频技术的 基本运行原理，及其在煤矿机电设备中的具体应用，以期为此后的煤矿开采工程提供更多的借鉴依据。关鍵词：煤矿机电设备；变频技术；应用 中图分类号：T 文献标识码：A

Research on Application of Frequency Conversion Technology in Coa丨 Mine

With the rapid development of social economy, modern coal mining technology has also made significant progress. Frequency conversion technology has been widely used in electromechanical equipment, providing technical support for promoting the development of coal mine mechanical and electrical engineering. The application of frequency conversion technology in coal mine electromechanical equipment can not only achieve energy saving effect, but also improve the operation efficiency of electromechanical equipment. This paper analyzes the basic operation principle of frequency conversion technology and its specific application in coal mine electromechanical equipment, with a view to providing more reference for future coal mining projects.

Key words： coal mine electromechanical equipment-, frequency conversion technology% application

下转第64页

上接第62页图1所示。

装及工作可在一台PC机上实现。并可实现以下功能：在线监 测供电系统回路，对回路运行信息进行监测、传递、分析、

处理及存储；实现自动识别故障、故障点精准测距及定位； 提供基于波形过滤、小波转换、智能仿真功能的人工波形处 理机能，可对故障检测结果及测距结果进行核验；提供历史 数据的存储及查阅。

Abstract:

Miao Shaogang

(Changzhi Sanyuan China Energy Coal CO., LTD., Shanxi, 046600)

Electromechanical Equipment

4.结语

本文针对煤矿供电系统中常见的单相接地故障，基于电 流行波法的基本原理，设计了基于电流行波法的测距方案， 对系统的组成、工作机理及功能进行了详细阐述分析，在相 应软硬件配套设备的完善下，能够实现对回路运行信息进行 监测、传递、分析、处理及存储，实现自动识别故障、故障 点精准测距及定位。

【参考文献】

[1] 梁睿，孙式想.单端行波故障测距的组合方法研究[J].电网 技术，2013, 37 (03): 699-706.

[2] 丁恩杰，王超械，崔连成.矿井配电网输电线路故障测距方 法的研究[J].中国矿业大学学报，2006 (03): 311-316.

[3] 牟龙华.矿井供电线路故障测距方法的研究[J].中国矿业 大学学报，1998 (01): 38-40.

图1基于电流行波法的测距方案设计

本方案的工作系统可分为三个子单元，一是电流行波信

号采集及处理单元，二是中央处理器单元，三是硬件启动单 元。当系统在电路中安装并运行时，时刻对系统运行情况进 行监测，当线路发生故障时，电流互感器高速反应，捕捉并 传递故障产生的电流行波，并传递给信号调理电路，对信号 按照设计好的顺序和频率进行A/D转换及相关处理，然后将 信号进行模拟处理及数字化处理，转换为数字信息后，即可 由DSP处理器及中央处理单元来分析处理。当系统所监测到 的信号超过设定的基准值时，就会自动的对控制单元即硬件 启动单元发出指令，停止信息的继续采集，而是由处理器处 理后确定故障发生的时间节点，进而可计算出故障的相对距 离及准确位置，实现准确测距，并可实现实时将数据传至PC 端，以供存储和查阅。

依据以上方案可进行主程序的编程设计，整个系统的安

【作者简介】

贾若凡（ 1985-)，男，汾西矿业集团煤矿安全监管五人小组 管理局；研究方向：煤矿机电。