6.1利用分頻特性提取行波信息

　　由多分辨分析理論［12］可知，隨著尺度參數a的二進膨脹，信號被逐漸地分解到每一個小波空間；同時小波的時頻局部化性質說明，當a增大時，對應的中心頻率會逐漸降低，這說明尺度較小時對應的小波空間的頻帶較高，隨尺度的增大，對應小波空間的頻帶逐步降低。當采用二進小波變換時，尺度參數以2的倍數增大，所以頻帶以2的倍數降低。因此小波變換可以把一個信號分解成為若干個互不重疊的頻帶的信號。這樣在對某一尺度的小波變換結果進行分析時，就相當于對其它頻率進行了完全濾波，這樣既可以避免為提取行波信號而造成的裝置和算法的復雜性，又可以保證行波保護不受工頻分量的影響。

　　6.2利用奇異性檢測定位行波波頭

　　行波距離保護利用波頭到達時刻計算故障距離，而小波變換的模極大值與信號的奇異點對應，如圖3所示。因而利用小波變換可以對行波波頭進行準確定位，從而保證測距結果的精度。

　　根據分析［7］，本文采用三階B樣條小波作為小波函數，采用二進小波變換對信號進行分析。

　　7實例仿真

　　如圖4所示，對在MN線路兩側裝設的方向行波距離保護進行仿真分析。大量仿真結果表明，在內部故障時保護能正確動作，反方向故障時可靠不動作。部分仿真結果如表1所示。

　　來源:輸配電設備網

　　圖5給出了MN線路上距M側10km處發(fā)生單相接地故障時M側保護的正反向行波信號及其小波變換結果。圖6給出了利用零模和線模的速度差實現的判斷結果，故障點距M側140km，根據式(9)得到測距結果為138．6km。此時M端保護準確判為正向區(qū)外故障，保護不誤動。仿真結果表明了方向行波測距式距離保護的可行性和利用零模測距的理論正確性。

　　8結論

　　本文對行波測距式距離保護的原理、動作特性等進行了詳細的分析，并對方向行波測距式距離保護進行了分析和仿真，結果表明：

　　1）內部故障時，能夠保證測距結果準確，保護正確動作。

　　2）方向行波距離保護具有方向性，可以保證反向故障時，保護不誤動；正向故障時，測距結果不受相鄰母線的影響。

3）行波距離保護存在的最主要的問題是：正方向區(qū)外故障時，保護由于測得對端母線到故障點的距離而誤動作。本文雖然用零模分量對該問題進行了解決，但由于零模分量的不穩(wěn)定性，在實際中還需采用其它更為有效的方法加以解決。

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電纜行波故障測距方法

　0引言

　　電力電纜具有安全、可靠，布線有利于美化城市與優(yōu)化廠礦布局等優(yōu)點。隨著我國經濟的飛速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴大。由于土地資源緊張，同時為了美化環(huán)境，電力線路必須由以往占地多的明線方式改為埋地的電纜方式。因此，電力電纜獲得了越來越廣泛的應用。但由于各種因素的影響，在運行中，電力電纜也會發(fā)生故障?？焖偾谐收喜⑴懦收蠈μ岣唠娏ο到y供電可靠性和穩(wěn)定性具有決定性作用。

　　從電力電纜故障測距原理上分析，阻抗法由于只用到線路一側或兩側的故障信息，且多數是測量故障后的工頻量，所用設備少，比較簡單可靠，經濟性好；而行波法由于要求高的采樣率，所用設備較多，對設備要求也較高，經濟性稍差。就準確性而言，阻抗法受故障類型、故障電阻和線路對端負荷阻抗的影響較大，誤差一般較大；而行波法受故障類型和故障電阻的影響少，不受線路對端運行狀態(tài)的影響，在保證硬件要求的條件下，誤差較小。就所需采樣時間而言，行波法大大少于阻抗法。就采樣信息處理而言，阻抗法要從復雜的暫態(tài)行波中提取所需信息，需增加濾波算法的難度，故行波法較優(yōu)越。更重要的是，由于電力電纜自身故障的特點，高阻故障和閃絡故障用阻抗法根本無法實現，而行波法在此處就顯示出優(yōu)越性。綜上所述，目前選擇行波法進行電力電纜的故障定位是一種較好的方法。

　　1行波測距方法原理與分類

　　行波法的測距方法，即利用測量行波的傳播時間以確定故障位置。根據是否離線的需要，行波法可分為離線測距法和在線測距法。根據產生行波的種類和測量方式的不同，基于行波法的測距方法可分為A、B、C型三種，以及利用由重合閘產生的暫態(tài)行波在測量點與故障點之間傳播時間和由測量點感受到的故障開斷初始行波浪涌與其在故障點反射波之間的時延實現單端輸電線路故障測距的新方法。其中后兩種方法是近幾年隨著國內外學者對行波法研究的深入而產生的。離線行波測距法又可分為脈沖法和閃絡法。

　　2幾種行波測距方法分析

　　2．1A型測距法

　　A型測距原理為：利用故障點產生的行波，根據行波在測量點和故障點之間往返一次的時間和行波波速確定故障點的距離。A型測距法原理簡單，所用裝置少，同時不受過渡電阻及對端負荷阻抗的影響，理論上可以達到較高精度。但長期以來，由于對故障點產生的行波特性及在三相線路上的傳播特性認識不夠，對信號采樣、確定行波到達時間要求較高，所以未獲得廣泛應用。近年來，國內外許多學者就此展開了大量的研究。其中有利用暫態(tài)電流行波的測距方法，也有利用電壓行波的測距方法。相比較而言，采用暫態(tài)電流行波測距法的占多數，其原因是：（1）暫態(tài)電壓信號不易獲得；（2）波阻抗不易準確獲得；（3）當母線上出線較多時，暫態(tài)電壓信號較弱，而暫態(tài)電流信號卻很強。

　　目前，A型法最大的問題是如何區(qū)分是故障點反射來的行波還是從端母線反射來的行波。有的判別方法是比較故障線路暫態(tài)電流與參考線路暫態(tài)電流形成的反向行波浪涌與其對應的正向行波浪涌的極性，來識別有用行波浪涌，有的判別方法是基于同一根線上不同點反射行波的極性來區(qū)分。前者的前提顯然是母線上除了接有故障線路外還接有其它線路。由于不同的故障類型會在三相線路中產生不同類型的行波，有效地區(qū)分故障類型，再利用最合適的方法來故障測距非常有用。利用此方法，也可判斷線路閃絡位置。

　　目前A型測距法用得最多。實現電纜離線故障測距有兩種方法：脈沖電壓法和脈沖電流法。

　　（1）脈沖電壓法

　　該方法又稱閃測法。它首先利用直流高壓或脈沖高壓信號的作用把電纜故障點擊穿，然后通過測定放電電壓脈沖在觀察點與故障之間往返一次時間來測距。它適用于高阻和閃絡性故障。其優(yōu)點是不必將高阻與閃絡性故障擊穿，直接利用故障擊穿產生的瞬間脈沖信號，測試速度快。其缺點是：（1）安全性差。儀器通過一電容電阻分壓器分壓測量電壓脈沖信號，儀器與電壓回路有電耦合，很容易發(fā)生高壓信號竄入，造成儀器損壞。（2）測距時，高壓電容對脈沖信號是短路狀態(tài)，需要串一電阻或電感以產生電壓信號，增強了線路的復雜性，且降低了電容放電時加在故障電纜上的電壓，使故障點不易擊穿。

　　（3）在故障放電時，特別是進行沖閃測試時，分壓器耦合的電壓波形變化不尖銳，難以分辨。

　?。?）脈沖電流法

　　脈沖電流法是通過一線性電流耦合器測量電纜故障擊穿時產生的電流脈沖信號的方法。它實現了儀器與高壓回路的電耦合，省去了電容與電纜之間的串聯電阻與電感，簡化了接線，傳感器耦合出的脈沖電流波形較容易分辨。

　　綜上所述，分析認為：A型行波測距法中離線測距技術已比較成熟，隨著行波在電纜中產生特性的深入，在線測距技術也已出現，并不斷完善。無論是離線測距還是在線測距，高速采集技術必不可少，這相應會增加成本的投入。A型行波測距法最適用的地方應該是配電網中在線測量電纜的高阻故障和局部放電。當然，這還有待在線測距技術的進一步提高。如何簡單有效地區(qū)分各種反射波，尚有待進一步研究。光分析故障點反射波顯然是不夠的。

　　2．2B型測距法

　　B型測距法是利用故障產生的第一個行波波頭信號，借助通信通道實現測距。其優(yōu)點：利用故障點產生的行波第一次到達兩端的信息，不受故障點透射波的影響。同A型測距法一樣，此法要準確確定行波到達時間。有的工作者使用了GPS技術。分析認為，B型測距法比A型測距法需要更多的裝置。這就存在著一個很短的電纜與花費很大的GPS裝置之間的矛盾。對于很重要的電力電纜可考慮采用這種測距方法。

　　2．3C型測距法

　　C型測距法是借助脈沖發(fā)射裝置向離線的故障線路發(fā)射高壓高頻或直流脈沖，根據高頻脈沖由裝置到故障點往返時間進行測距。這類測距裝置原理簡單，精度也較高，長期以來得到了廣泛應用。目前C型測距法有低壓脈沖反射法和二次脈沖法。

　　當前，C型測距法是一種很成熟也比較有效的方法。國內外多家廠家都在生產這種裝置。離線測量是其一大特點。設備投入較前兩種測距方法大。此種方法可根據故障類型的不同靈活使用。當然也要與故障檢測裝置配合使用。使用不當，也有可能會對電纜好的部分造成不必要的損壞。

　　2．4利用重合閘產生的暫態(tài)行波測距

　　這種測距方法是借助線路故障后，繼保動作后重合閘動作產生的暫態(tài)行波在測量點與故障點往返一次所需時間來測距。它可用于在線測量。由于電纜閃絡時繼保不一定會動作，且不能反映瞬時故障，此法不再能適用。故此法可作為其它測距法（如A型、B型法）的補充來用。

　　2．5利用線路故障開斷暫態(tài)行波測距

　　此方法是利用測量點感受到的故障開斷初始行波浪涌與其在故障點反射波之間的時延實現單端輸電線路故障測距。其優(yōu)點是不受對端不連續(xù)點反射波的影響，所用設備較少，且可以反射瞬時故障。但它也存在繼保不動作，故不適用的問題。在一定條件下此法還受對端故障開斷行波的影響。另外，現有的行波故障測距裝置也只能記錄故障暫態(tài)行波及重合閘暫態(tài)行波。

　　3．幾種行波測距法的比較

　　幾種行波測距方法都是通過測定行波在線路中傳播時間來確定故障點。相比較而言，A型，利用重合閘動作產生的行波和利用斷路器動作產生的行波進行故障測距所用儀器最少，前端只用一個高采樣率采集器即可；而B型需要配備穩(wěn)定性很好的通信通道；而C型需要附加脈沖發(fā)生器。單從處理信息過程來看，A型則需要有效區(qū)分是從故障點反射來的行波還是對端母線反射來的行波，以及連于同一母線上的其它線路上傳播并透射到此線路上的行波；而B型由于利用的是故障點產生的第一個行波浪涌，較容易取得，且不存在上述問題；C型利用的是故障點第一個反射波，也不存在這一問題。從測量區(qū)域來說，當故障點離脈沖發(fā)出點較近時，C型存在一定的盲區(qū)；A型先利用故障點反射波也存在一定的盲區(qū)，但如果利用對端母線反射的行波或信號模量有望消除盲區(qū)；B型不存在盲區(qū)問題。各種類型的行波法都存在一個準確測定行波到來時刻的問題。另外，B型還存在一個線路兩端基準時間要高度同步的問題。行波信號源與故障發(fā)生時刻也有很大關系；在電壓過零附近故障時，暫態(tài)行波十分微弱，此時A型和B型測距方法將失效；而C型，利用重合閘動作產生的行波和利用斷路器動作產生的測距將不受此限制。實際故障記錄表明，線路的絕大多數故障都發(fā)生在電壓峰值前約40°角以內，在電壓過零的故障是十分罕見的。另外，有望借助其它測距法（如阻抗法）消除此問題。最后，各種行波法面臨的一個共同問題是外界干擾問題。其中由于C型要使用電力電纜載波通道，受通道技術條件限制，高壓脈沖信號的強度不能太高，因此故障點反射脈沖往往很難與干擾相區(qū)別，B型增加了通道線，抗干擾工作也相應增加。

　　綜上所述，目前A型、B型、C型和利用重合閘產生的暫態(tài)行波測距法都有使用價值。A型中離線測距技術和C型測距法都已經成熟，但仍需進一步提高準確度和降低裝置的使用難度。在線測距法還有很大的發(fā)展空間，其中A型測距法有望在以后的開發(fā)研制中唱主角。筆者認為，為尋求開發(fā)一套價格便宜、可靠性高且為在線實時測量的故障測距裝置，選用以A型行波測距法為主，其它有關測距為輔的測距方法較為適宜。

　　4結論

　　本文分析了近幾年發(fā)表的關于電力電纜行波測距方法的論文，得出以下結論：

　?。?）在電力電纜的故障測距中行波測距法確實有其優(yōu)于阻抗測距法的地方。隨著在線故障測距的開發(fā)利用，行波法越來越顯示其優(yōu)越性。

　　（2）幾種行波測距法各有其優(yōu)缺點。隨著對電力電纜中行波產生與傳播特性研究的深入，A型行波測距法將占主導地位。

　　（3）A型行波測距法有其固有的缺陷，如故障發(fā)生在電壓過零點附近，很難測出故障點距離。這時需要運用其他測距方法（如由重合閘產生的行波測距法）來補充。

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行波管關斷方式對應用系統可靠性的影響

0引言

　　行波管是一種真空電子器件，由于其具有寬帶、大功率的突出優(yōu)點，在固體器件飛速發(fā)展的今天，仍然是現代雷達和電子干擾系統發(fā)射機微波功率放大的核心部件。如何針對連續(xù)波行波管的特點，設計出可靠的工作電源是保證武器裝備可靠性的重要因素。行波管在工作較長時間以后，電子槍各極間絕緣電阻可能變小，從而導致出現應用系統發(fā)射機無法及時開啟的故障。本文通過對兩種連續(xù)波行波管關斷方式等效電路的討論，提出避免這類故障發(fā)生的電路模式。

　　1行波管的工作原理、結構和饋電方式

　　行波管是通過電子束和射頻信號進行能量交換實現對微波信號的放大。電子槍發(fā)射出強流細束電子注，經較長的距離到達收集極，在電子注前進的過程中由周期磁場克服電子間拆力保持電子注有一定的直徑。待放大的微波小信號由輸入耦合器進入行波管慢波系統，在電磁波與電子注保持同步前行的過程中，電子注與微波產生能量交換，經輸出耦合器得到了放大的微波信號。行波管的結構如圖1所示，其主要由電子槍、慢波系統、收集極、輸能裝置(輸入、輸出耦合器)、集中衰減器、磁聚焦系統組成。

　　圖2顯示了行波管各級電壓的連接關系。K表示陰極，A表示陽極，H表示慢波線并接地，C表示收集極。行波管正確的加電和啟動順序是：①陰極預熱；②加陰極高壓，此時保持陰陽極同電位；③加收集極高壓；④加陽極電壓；⑤陰陽極分離，陽極電壓切人。行波管工作時，從電子槍陰極射出的電子束流I(單位A)的大小滿足公式：

　　式中：V為陰陽級之間的電壓(單位V)；Pμ為導流系數(單位P，由電子槍結構決定)。

　　因此，只有陰陽極等電位即陰陽極電壓為0才能保證電子束截止，行波管停止工作，只要陰陽級之間存在電位差，陰極就會有電子發(fā)射，行波管就會有功耗。

　　2行波管關斷等效電路的分析

　　2.1地面設備常用等效電路

　　根據行波管的不同使用場合，電源的饋電方式會有一些差別。在行波管測試設備以及一些體積、功率限制不嚴的應用場合，如地面雷達、地面電子干擾機等，一般可采用圖3所示的關斷等效電路，收集極、熱子電路略。圖中虛線框部分表示行波管等效模型，左邊部分為等效電源，陰、陽極分別采用獨立電源Ek、Ea接入，e為接地。Rka為陰陽極間絕緣電阻，Rae為陽地極間絕緣電阻，Cka，Cae分別為極間分布電容，其量值由電子槍結構、電子槍封裝材料等因數決定。通常，行波管各極間絕緣電阻Rka、Rae被要求大于1000MΩ，而極間分布電容大約幾pF(因不同管子而異)，對電路影響很小，這里不做討論。Ks為耐高壓真空繼電器開關，作為行波管啟動、關斷工作開關，開關位置1為常閉端。R一般取幾百歐。

　　下面以某連續(xù)波行波管為例簡述啟動、關斷過程。假定電子槍導流系數Pμ為0.4μP，陰極K對地工作電壓10kV。在電源對行波管加電時，V=Vk-Va近似等于[R／(R+Rae)]Vk，取Vk=10kV，由于R僅幾百歐，V約小于10mV。則陰極發(fā)射電子束流I約小于0.4×10-9A，接近0，在加電過程中，管子始終處于關斷狀態(tài)。當Ks被置于2端時，行波管陰陽極獲得所需規(guī)定電位差，陰極發(fā)射電子，行波管啟動工作，此時如將Ks置于1端，行波管即被關斷。即使在Rae有比較明顯的下降時，如為幾百兆歐，行波管關斷時，陰陽極電壓V僅小于1V，行波管也無明顯功耗，因此這是一種可靠的行波管關斷方式。

　　2.2機載設備常用等效電路

　　在機載雷達以及一些功耗、體積、重量受限制的行波管應用場合，往往采用圖4所示關斷等效電路。圖中虛線框部分表示行波管，右邊部分為等效電源，陽極電壓由陰極電壓分壓獲得，由于功耗限制，分壓電阻取幾十兆歐量級，這里R取28MΩ。

　　仍以上述行波管為例，真空繼電器開關Ks處于常開端2，作為管子啟動工作開關。在電源對行波管加電時，V=Vk-Va近似等于[28／(28+Rae)]Vk，取Vk=10kV，V約為280V，按導流系數公式計算，則陰極發(fā)射電流I約為1.9mA，意味著行波管未啟動時，已有一定的功耗產生。如管子處于長時間待命狀態(tài)，管體會被逐步加熱，導致底板和收集極溫度升高，當溫度升至超過電源設定的控保溫度，電源保護電路動作，管子供電被切斷，使管子無法正常開啟工作。

　　另一種情況是，管子加電后被及時開啟，即開關Ks由端2接至端1，這是V=Vk-Va近似等于[28／(28+Rx)]Vk，取Vk=10kV，Rx=10MΩ，V約為7.4kV，則陰極發(fā)射電流I約為255mA，管子處于正常功率放大狀態(tài)。而當管子被關斷，即開關Ks由端1接至端2后，此時由于前述原理，陰極仍有電子發(fā)射，管子有功耗產生，電源初級顯示有一定的負載電流，即發(fā)生所謂應用系統發(fā)射終止而電源初級電流卻關不斷的現象。

　　3行波管絕緣狀態(tài)對關斷電路的影響

　　由于大功率行波管是一種在高真空、高溫狀態(tài)下工作的器件，生產工藝、零部件材料性能等因數對管子的工作性能、狀態(tài)、壽命及可靠性將產生重要影響。一些管子在經過長時間工作后，管體內會有金屬材料、活性物質的蒸散物。這些物質沉積在電子槍陶瓷件內表面，雖然其在某段時間對管子的使用性能不會造成實質影響，但對管子各極問絕緣電阻，特別是對電子槍各極間絕緣條件的破壞是非常明顯的，并且這種狀態(tài)變化具有偶然性。這種變化在電路上表現為絕緣電阻Rka(因Rka僅影響電源的功耗，這里不進行討論)、Rae的下降，如Rae的絕緣電阻由大于1000MΩ，下降為幾百兆歐或更小。假定Rae為100MΩ，則對于圖3所示等效電路，由于R僅為幾百歐，因此管子被關斷時，行波管也無明顯功耗；而對于圖4所示等效電路，當管子被關斷時，R和Rae的阻值只差幾倍，故Vk-Va有約近2000V的電壓，陰極發(fā)射電子束流超過35mA，管子就不能完全被關斷，造成應用系統發(fā)射終止而電源初級電流卻關不斷的現象，且較大的功耗使管體溫度在較短時間內超過電源控保溫度，造成整機無法及時再次開機。

　　4避免應用系統故障的有效關斷電路模式

　　通過對以上兩種行波管關斷等效電路的分析和討論，圖3所示電路能對行波管執(zhí)行可靠的啟動和關斷。而圖4所示電路，在通常應用情況下，可以滿足對行波管的啟動和關斷，但有明顯的關不斷的隱患，特別是在行波管電子槍絕緣狀態(tài)變壞的情況下，導致應用系統發(fā)生故障的風險大大增加，使系統可靠性不能得到充分保證。綜合圖3、圖4所示兩種等效電路的特點，為滿足機載雷達等特殊應用場合的要求，得到了圖5關斷等效電路模式。

　　在發(fā)射機的工作環(huán)境中，電磁環(huán)境比較復雜，各種干擾信號對電路有很大影響。因此，如在該電路的真空繼電器開關Ks的回路上適當添加輔助電感、電容等元件，以消除高壓開關切換瞬間產生的干擾信號及外來干擾信號對應用系統的影響，圖5等效電路將是一種可靠的連續(xù)波行波管的關斷電路模式，它可以避免上述的故障現象，有效地提高行波管應用系統的可靠性。

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　　五防，通常指的是高壓開關柜的“五防”或者變配電室的“五防一通”。

　　高壓開關柜的五防為:

　　1、防止帶負荷分、合隔離開關。（斷路器、負荷開關、接觸器合閘狀態(tài)不能操作隔離開關。）

　　2、防止誤分、誤合斷路器、負荷開關、接觸器。（只有操作指令與操作設備對應才能對被操作設備操作）

　　3、防止接地開關處于閉合位置時關合斷路器、負荷開關。（只有當接地開關處于分閘狀態(tài)，才能合隔離開關或手車才能進至工作位置，才能操作斷路器、負荷開關閉合）

　　4、防止在帶電時誤合接地開關。（只有在斷路器分閘狀態(tài)，才能操作隔離開關或手車才能從工作位置退至試驗位置，才能合上接地開關）

　　5、防止誤入帶電室。（只有隔室不帶電時，才能開門進入隔室）

　　變配電室的“五防”即防火、防水、防雷、防雪、防小動物。“一通”即保持通風良好。

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什么叫全絕緣變壓器、半絕緣變壓器？