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基于FPGA的铁路电力贯通线行波型故障定位装置研究

基于FPGA的铁路电力贯通线行波型故障定位装置研究

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作者：姚琪石家庄铁道大学

学位级别：硕士

实现中华民族的伟大复兴和强国战略需要能拉快跑、绿色环保和效益突出的现代电气化铁路运输系统。10k V电力自闭/贯通线是为行车控制和站场运转提供电能的专用配电系统,工作中易发生难以排查的线路故障。其特殊的线路结构适宜利用暂态... 详细信息

实现中华民族的伟大复兴和强国战略需要能拉快跑、绿色环保和效益突出的现代电气化铁路运输系统。10k V电力自闭/贯通线是为行车控制和站场运转提供电能的专用配电系统,工作中易发生难以排查的线路故障。其特殊的线路结构适宜利用暂态行波判断故障性质并定位,而行波超高速采集和实时分析适宜采用FPGA微控系统,因而利用FPGA研发电力贯通线行波型故障定位装置,对加强电气化铁路的运行安全意义重大。论文首先针对电力贯通线的特殊线路结构和行波测距的优良性能,提出了基于暂态行波的故障识别和定位算法。（1）通过理论分析行波故障测距原理和故障信号特征提取机理,确定利用小波变换的模极大值算法提取故障暂态行波的特征信息,并结合模量波速时差分段法计算线路故障距离;（2）利用仿真工具MATLAB/Simulink建立电力贯通线仿真模型,不仅仿真分析故障类型、过渡电阻等对故障行波的影响规律,并验证了故障测距算法的有效性。其次设计并研制基于AD9238芯片、Xilinx·FPGA芯片和AN8211等模块的铁路电力网行波故障测距系统。系统下位机负责暂态行波信号的实时采集、存储和传输,各功能模块的具体实现完全选用LABVIEW＿FPGA技术。上位机通过千兆以太网与下位机进行通信,上位机的硬件系统是嵌入式工控机,软件系统全部采取LABVIEW开发,功能是系统控制、故障分析和人机交互。此外,设计了多片级联和同步循环采样的AD模块、以及实现模块间连接和反馈功能的FIFO,提高了系统的集成度和灵活性。最后,在实验室搭建了缩尺度铁路贯通线短路实验系统,并利用行波故障测距装置准确捕获了暂态故障行波、精确记录了故障行波的传播时间,并在上位机交互界面及时出故障性质和故障位置。大量实验表明,研制的故障行波测距装置不仅具有功能丰富、界面友好、操作方便的特点,而且具有故障性质判别准确、测距精度高的优点。

关键词：电力贯通线行波故障测距模量波速时差分段法 LABVIEWFPGA模块

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