高速铁路牵引网故障测距原理
牵引网故障测距
２ 行波 分析 法
行波法 就是 根据 行波传 输 理论 实现对 输 电线故 障测距 的
方法 ，即利用高频故障暂态电流、电压行波或在故障后用脉 冲频率调制雷达系统以及断路器断开或重合时产生的暂态信 号等来间接判定故障点的位置。文献［ｌ １】 指出 ，现国内外研 究 ６ 种行波测距原理方法 ，而所有的这些测距原理都可以看 成两种，即单端行波测距和双端行波测距 ，其中 Ａ、Ｃ 、 、Ｅ
铁路供电系统是铁路运输安全可靠运行的保障，一旦供 电系统发生故障 ，就可能造成巨大的经济损失。电气化铁道 牵引供电系统是电力系统中一个特殊的分支，由于牵引网与 电力机车受电系统特殊的滑动受 电与取流方式限制，决定了 牵引网既要承担一般输 电线沿铁道传输 电能的任务，又要承 担移动的机车用户频繁操作而产生的强大的电与机车受电弓 滑动机械的冲击 ， 因此将不可避免地形成频繁的牵引网故障， 严重影响电气化铁道的运行 。对高速电气化铁道 ，牵引网故 障的精确定位，对缩短抢修时间，提高运输效率将具有直接
测距法、单线双差比测距法 ，吸馈电流比与电抗测距法等 ， 但这几种方法都是基于阻抗法的原理 ，而阻抗法受牵引网运
ｌ Ｍ
上式中，ｚ为线路单位长度的阻抗 ； 点Ｆ 的距离 ；
为 Ｍ 端到故障 为 Ｍ 端测
为 Ｍ 端测量到对地的电压；
行方式 、供 电方式和线路结构等因素的影响比较大 ，而行波 法受各种因素的影响较小 ， 行波的传播速度比较稳定，且准 确度较高 ，速度又快。随着输 电线路行波传输理论研究的深
线路单位阻抗 的整定，基波信号的提取与分析 ，由于采用集 中参数， 忽略了分布电容的影响， 必将导致原理性的误用有 明显的局 限性 。
电气化铁道供电牵引网故障测距分析
专业研讨６７２０１９年第１９期电气化铁道供电牵引网故障测距分析◎.方小飞/吉林铁道职业技术学院摘要：随着我国高速铁道的不断发展，电气化铁道成为了铁路动力的发展趋势，并以行驶密度大、速度快的优势成为了我国未来铁路发展的主力军。
而该种动力方式要求牵引功率高，因此选择正确的供电方式可以有效提升输送功率。
AT、BT 供电方式为告诉铁路提供了大功率的电力输出，但在其运行的过程中，依然存在供电牵引网故障问题，因此，本文通过分析供电牵引网故障测距，提出了几点解决方案，以更好地保证供电方式的正常运作。
关键词：电气化铁道供电；牵引网；故障测距一、AT 供电方式（一）AT 供电方式的测距原理在我国的电气化铁道供电系统中，AT 供电方式得到了很好的应用及发展。
就目前来说，在电气化铁路系统中，所使用的AT 供电线路，如图1所示，一般采用的是SP(末端分区亭)并联运行或者是单线运行方式。
因此在正常维修时，要求在SSP(开闭所)处实施并联。
在天窗运行方式时，AT 在F 与T 线之间存在并联，使牵引网阻抗距离关系呈非线性，因此该种供电方式不能应用于直接供电线路中的电控测距中。
图1 AT供电牵引网示意图如图2所示，全并联AT 供电牵引网的AT 方式上下共用，并联所有AT 处所处的上下行钢轨(R)，正馈线(F)及接触网(T)。
其中上、下行线路接触网分别为T1、T2；钢轨分别为R1、R2；正馈线分别为F1、F2；双极断路器分别为CB1、CB2；AT 所及分区所的自耦变压器分别为AT1、AT2；Tr 为带中心抽头的单相变压器。
在目前的AT 供电牵引网中，普遍采用AT 中性点吸上电流比测距进行故障测距。
图2 全并联AT供电牵引网示意图图3所示为新型AT 供电牵引网，当供电网发生金属性短路时，牵引网阻抗即为端口阻抗。
一般情况下，AT 电牵引网由于横连线与AT 的存在，所有上、下行线纵向元件在线路参数上不完全对称。
但从图3的新型AT 供电牵引网中可以看出，上、下行的F 、T 线路呈相互对称的两项，具有一定的对称性。
高速铁路牵引变电所综合自动化系统-故障测距装置
不同运行方式下的故障测距
直供方式 全并联AT供电方式 AT全解列的直供方式 变电所1台馈线断路器带两路馈线的供电方式 AT所并联点解列、分区所并联的供电方式 单线AT供电方式
故障测距装置要求
适用于AT牵引供电系统。
要求2：适用各种运行方式。
要求4：具备测量、显示和数 据通信接口等功能。
要求3：采用吸上电流比AT 测距原理、电抗法原理。
牵引网故障类型
1 接触网对轨道—地回路故障
2
正馈线对轨道—地回路故障
TR故障
FR故障
TF故障
3
接触网对正馈线故障
电抗法
故障测距法
上下行电流比法
吸上电流比法
横连线电流比法
问题：四种故障测距方法需要同时使用吗？还是单独使用其中一种或几种呢？
故障测距
故障测距装置应根据断路器和隔离开关位置或各所亭的电压和电流的大 小及方向来自动判断牵引网运行方式，并根据不同的牵引网运行方式和 故障情况自动选择合适的测距方法进行测距。
初始阶段：-40〜40ms
故障切除阶段：300〜400ms
重合闸阶段：1382〜 1520ms
故障录波
波形图上的时间坐标一般都以故障录波 器启动开始计时，记为0,其他的时间均 是以此为基准的相对时间。
0sB相电流开始增大，电压开始降低， 表明B相发生了接地故障。 0.328s保护II段动作出口 0.360s后跳开三相断路器切除故障 1. 420s线路重合闸动作合闸成功
故障录波图的结构可分为三类：
第一类：简单故障分析报告。 第二类：故障录波器的基本信息。 第三类：各通道录波图。
（1）故障分析报告
故障录波
故障分析报告是录波器自动地对本次故障进行的简单分析汇总，它包 括变电站名称、故障设备名称、故障发生的时间、故障类别、故障测 距及保护和断路器动作信息等内容。
牵引网故障测距.doc
牵引网故障测距华东交通大学电气学院07铁道电气化3班韩佳顺电气化铁道牵引供电系统是指从牵引变电所经馈电线到牵引网再到电力机车的工作系统。
我国电气化铁道采用工频单相交流牵引制式。
牵引变电所一般用于将三相110 kV的电能变换成27．5 kV（牵引网额定电压为25 kV）的电能并按单相分配给机车用户。
根据牵引网不同供电方式的要求及牵引变电所为抑制单相牵引负荷造成电力系统的不对称影响，常采用不同接线方式与结构的主变压器，并以此将变电所区分为三相牵引变电所（一般用Y0／△－11变压器，二次侧△的C相接地，由A、B相向两侧供电，形成左右两侧供电臂。
）、单相牵引变电所、三相两相牵引变电所（如Scott接线主变压器、平衡变压器等），供电原理如图2所示。
而前面提到的“牵引网不同供电方式”一般可分为直接供电（direct feeding）、BT（booster transfor- mer）供电和AT（auto－transformer）供电方式。
上述不同的牵引变电所形式、不同的牵引网供电方式及针对单复线电气化区段，对故障测距均有不同的要求。
因此，有必要研究针对不同类型牵引网的故障测距算法。
电力牵引负荷的特点从故障测距涉及的因素来考查电力牵引负荷的特点，会发现它有以下一些特点值得关注。
（1）一段牵引网一般只由1台变压器从单端供电，形成明显的线路首端和末端，并且没有分支；在线路的首端，可将变压器看成它的电源；（2）单台机车功率相对于变电所容量较大，因此，机车的各种工况导致的负荷电流波动较大；电流的变化以突变（阶跃）居多；（3）负荷峰、谷值相差悬殊；（4）滑动取流的机车受电弓由于离线产生电弧及机车的频繁调级、投切（变压器空载），导致在系统中产生丰富的谐波（高次及分次）；（5）系统的回流（经回流轨、地或回流线）杂乱。
简便起见，下文中关于以上特点的引用将直接使用其序号。
各种测距方法在牵引网中应用的比较按照故障测距原理，输电线故障测距一般可分为阻抗法、故障分析法和行波法。
高速铁路牵引供电故障测距分析与研究
联 自耦变压器 ＡＴ供电方式 。此供电方式与传统的复
（２）第 二 次 跳 闸为 直 供 电抗 法 测 距 报 告 ，也 为 Ｆ
线 ＡＴ供 电方式 最 大 的不 同在 于其 在上 下行 首 末端 并 型接地 故 障 ，公 里标 为 Ｋ３８４＋５６６ｍ。
联 的基 础上 ，将 ＡＴ变压 器上 下行 对 应线 路并 联 起来 ，
快 找到故 障 点 ，迅 速 采取措 施 恢复 供 电 。
阻抗 角 ７４．２。；
大 西高 铁 自 ２０１４年 ７月 开 通 以来 ，曾发生 过几
（２）第 二 次跳 闸 ：１６：３４：０５阻 抗 Ｉ段保 护 动 作 ，重
种典 型 的故 障跳 闸 。通过 对典 型故 障 跳 闸时 的电流分 合成 功 。故 障 电压 ６．０６３ｋＶ，电流 ６２５２Ａ，阻抗 ４．２３１２，
图 ４ 运城北变 电所 ２０１７年 ４月 ２６日跳 闸电流分布图（不平衡 ）
把 变 电所 下行 ＴＦ电流 数 值 换 ，ＩＵ流 分 布
２．１ 基础 跳 Ｉ１ｆｌＪ数 据
５所 示 、这时 每个 节点 的 电流 父 系均符 合 尔锥 人
ｌ９：４２：４８运 城 此 变 ＩＵ所 ２１ １、２ｌ２过 电 流 保 护 动 定 律 同时 也满 足 了全并 联 ＡＴ供 电 ｝乜流 分 布的币 嘤
０ ｝ ～二 …： …：二…二： 一 一《 ｌ…’～～：……～～： …：一 …：一 畸＿ ：一：…二二 一～ …：二… ＊： ＝ Ｅ ， 抽 ～ …二…～一： 一 ＿一：＿ 一＿ｌ～ｌ ｊ
｛
靴 ｌ¨ｌ Ｔ日 ＢＲ
∞
图 ３ ２１２ｒｒ型 故 障 第二 、第 三次 跳 闸 电流 分 布 图 （直 供 方 式 ）
“T接”牵引网的故障测距算法研究
“T接”牵引网的故障测距算法研究摘要：在复杂铁路线路或枢纽地区，牵引网有时采用“T接”方式。
通过对“T接”牵引网回路研究，提出了“T接”全并联AT供电牵引故障时，采用横联电流比原理计算故障距离的修正方法。
关键词：T接牵引网；故障测距；横联电流比；全并联AT供电0引言我国高铁线路列车速度快，行车密度大，为机车提供动力的牵引供电系统多采用全并联AT供电方式，牵引网结构一般为“串接”方式。
在一些复杂铁路线路或枢纽地区，为节省设备投资和提高牵引网使用效益，出现了“T接”方式的牵引网。
全并联AT供电方式的牵引网故障时，常用的测距方法包括吸上电流比、横联电流比、上下行电流比等。
在“T接”的全并联AT供电牵引网故障时，直接采用原测距方法，测距误差较大。
通过对“T接”方式的全并联AT供电回路研究，提出采用横联电流比原理计算故障距离的修正方法。
该方法能提高测距精度，对于及时排除故障，恢复供电有非常重要的帮助。
1 “T接”全并联AT供电牵引网及等值电路1.1“T接”全并联AT供电牵引网目前我国高铁牵引网大多采用全并联AT供电方式，在AT所和分区所处将上下行接触网（T）、正馈线（F）和钢轨（R）并联连接，变电所、AT、分区所均给一条铁路线路供电。
“T接”方式的牵引网区别在于：在变电所~分区所中间“T接”出一段铁路线路，变电所、AT所、分区所同时给两条铁路线路供电。
“T接”牵引网全并联AT供电方式可简化如图1所示,其中变电所牵引变压器（T）二次线圈中点抽出接地并接钢轨,在变电所馈线不设自耦变压器。
CB1、CB2分别为下、上行双极断路器，AT1、AT2分别为AT所、分区所的自耦变压器,L1为线路一变电所至“T接”处线路长度，L2为线路一分区所至“T接”处线路长度，L3为线路二AT所至“T接”处线路长度。
图1 “T接”牵引网全并联AT供电方式示意图图2为我国高铁牵引网横截面图，从图中可以看出下行的接触线（T1）和上行的接触线（T2），下行的正馈线（F1）和上行的正馈线（F2）对称。
牵引网故障测距系统
牵引网故障测距系统第一节牵引网故障测距电气化铁路牵引供电系统的故障大多数发生在接触网，故障致使保护动作而跳闸，中断供电，这类故障往往产生电弧，对绝缘器件和导线有较大损害，如不及时排除，故障可能再次发生。
为了提高牵引供电的可靠性，目前几乎所有牵引变电所都装有接触网故障测距装臵。
这种装臵能在接触网发生短路故障时，自动测量出故障点的距离，对于及时发现和排除故障，特别是发现和排除许多难以发现的瞬时性故障具有十分重要的意义。
目前，应用于牵引供电系统的故障点测距装臵主要有电抗型和电流型两种。
电抗型是通过测量短路电抗值的方法来量度故障点的距离。
电流型是用于AT供电方式中，它是通过测量故障点两侧AT变“吸上电流比值”的方法量度故障点的距离，复线区段供电臂末端并联的用“上下行电流比值”的方法量度故障点的距离，单线区段用“吸馈电流比值”的方法量度故障点的距离。
目前，AT测距原理主要有“AT中性点吸上电流比原理”、“吸馈电流比”和“复线上下行电流比原理”，前者适用于单、复线T-R、T-PW、F-PW、F-R等短路故障下的测距，不适合T-F短路故障测距；后者适用于复线下各种类型短路故障测距，不适用单线下故障测距，第二节 BT和直供系统故障点测距BT和直供系统故障点测距多用电抗型故障点测距装臵，是通过测量牵引变电所至故障点短路电抗的方法来反应故障点的距离，由于测量数值只反应线路电抗值，因而测量值不受过渡电阻变化的影响，相对误差较少。
无论是直供还是BT牵引供电系统，由于接触网结构、线路结构沿线的变化，变电所出口处可能安装有抗雷圈、串联电容补偿等设备，使供电臂内单位长度阻抗不可能均匀分布，且电抗—距离曲线不一定通过原点，因此在实际构成故障点测距装臵时通常将电抗---距离特性根据实际供电臂情况做分段线性化处理，以消除测量误差。
即采用分段线性电抗逼近法测距原理，最多可分为10段，整定时输入线路各分段点对应的公里数及该分段内的单位电抗值，针对复线直供考虑互感的影响。
故障测距—高速铁路电力电缆故障定位(铁路牵引供电系统继电保护)
图9.16 冲闪高压闪络法原理图
3.冲击高压闪络法
特点
脉冲电流法
图9.17 冲闪高压闪络法波形图
优点：适用于大部分闪络故障。 缺点：波形比较复杂，辨别难度较大；准确度较低。
跨步电压法
跨步电压法
1.跨步电压法基本原理
跨步电压法是当电缆产生保护层绝缘破损的故障时，施加高压脉冲 给故障电缆，此时故障点会构成喇叭型的电位分布，用高灵敏度的电压 表在大地表面测两点间的电压变化，在故障点附近产生电压变化。
低压脉冲法
低压脉冲法
1.低压脉冲法基本原理
低压脉冲法是向故障电缆注入一个低压脉冲使其在电缆中传播，脉冲 遇到阻抗不匹配处时发生反射，通过反射脉冲与发射脉冲的时间差来计算 故障距离距离。
图9.10 低压脉冲法测距系统原理图
低压脉冲法
2.低压脉冲法特点
优点：装置简单，操作方便；能够 快速准确地定位低阻故障和断路故障点。
电源
0 -V +
0 -V +
0 - V+
0
0
- V +- V +
故障电缆
跨步电压法原理图 图9.24 跨步电压法原理图
跨步电压法
2.跨步电压法接线
例如：
A
F
A
F
图9.25 跨步电压法接线图
B B
0
-
V+
0
-
V+
0 -V +
图9.2跨6步跨电步压法电地压面电法位地分布面图电位分布图
声测法
声测法
1.声测法基本原理
优点：波形简单；准确度较高。 缺点：如果故障点电阻不高；泄漏电流大，使电压几乎都降在高 压试验设备的内阻上，故障点形不成闪络。
应用AT故障测距技术查找高铁供电线路故障
应用AT故障测距技术查找高铁供电线路故障摘要：本文从京沪高铁AT供电方式、故障测距技术原理与应用、现场运行实例等方面指导牵引供电技术人员学习和应用AT故障测距装置、掌握AT故障测距技术，希望对京沪高铁牵引供电运行、检修工作有所帮助。
关键词：高速铁路AT供电故障测距随着京沪高铁的开通运行,在牵引供电方面有许多新设备、新技术得到应用，AT故障测距就是其中的一项。
应用好AT故障测距装置，掌握AT故障测距技术，可为分析查找接触网线路故障提供可靠依据。
一、京沪高铁AT供电方式（一）供电方式京沪高铁某区段采用2×25kV 全并联AT供电方式，即同一方向的上、下行接触网由1台断路器供电，且上、下行接触网在每个AT 所都进行一次横向电连接，从而减少接触网单位长度阻抗，减少电压损失和增强供电能力，改善供电质量。
在全并联AT供电方式下，牵引网线路变得更加复杂，线路故障更容易发生，因此，针对全并联AT 供电方式，京沪高铁采用了单独的故障测距装置，在其发生故障后进行及时的故障查找和排除，以满足整个供电系统安全、可靠、经济地运行。
（二）典型主接线图1、AT牵引变电所牵引变压器采用三相V/X接线，由两组（四台）单相牵引变压器组成，正常时，一组投入运行，另一组备用。
牵引变电所牵引变压器低压侧，通过2×27.5kV 断路器与2×27.5kV母线相连。
2、AT所AT所上、下行接触网之间用断路器并联，正常运行时，断路器闭合，实现上下行并联供电，故障时断路器跳闸上下行断开。
在两台断路器内侧还设有两台自耦变压器，每台自耦变压器通过双极断路器接于进线上，一台运行，一台备用。
3、AT分区所AT分区所每个供电臂的上、下行接触网之间用断路器并联，正常运行时，断路器闭合，实现供电臂上下行并联供电，故障时断路器跳闸上下行断开。
两个供电臂之间设带有电动隔离开关的跨条，实现越区供电。
在每个供电臂的两台断路器内侧还设有两台自耦变压器，每台自耦变压器通过双极断路器接于进线上，一台运行，一台备用。
牵引网故障测距
牵引网故障测距曾振华（华东交通大学，电气与电子工程学院，江西南昌330013）摘要：我国电气化铁道采用工频单相交流牵引制式，根据牵引网不同供电方式的要求及牵引变电所为抑制单相牵引负荷造成电力系统的不对称影响，常采用不同接线方式与结构的主变压器，在高压输电线中利用故障电流分量消除过渡电阻影响的阻抗测距原理及将其用于牵引网馈线故障测距的计算，采用该方法可以极大提高牵引网故障测距的测量精度。
最后，提出根据AT变压器投入情况进行整定值切换的方法，以保证距离保护的可靠性。
关键字：牵引网；故障测距；阻抗法；故障分量法；AT供电系统；馈线保护策略中图分类号：U223.8 文献标识码：A目前，电气化铁道存在多种供电方式，主要有直接供电方式、带回流线的直接供电方式、BT供电方式、AT供电方式等，应用于电气化铁道的故障测距装置大多数是基于阻抗测距原理的单端测距装置。
在双边供电方式下这种测距方法在原理上受过渡电阻的影响较大，因此要保证良好而稳定的测距精度将是十分困难的。
上述不同的牵引变电所形式、不同的牵引网供电方式及针对单复线电气化区段，对故障测距均有不同的要求。
因此，有必要研究针对不同类型牵引网的故障测距算法。
电力牵引负荷的特点：从故障测距涉及的因素来考查电力牵引负荷的特点，会发现它有以下一些特点值得关注。
（1）一段牵引网一般只由1台变压器从单端供电，形成明显的线路首端和末端，并且没有分支；在线路的首端，可将变压器看成它的电源；（2）单台机车功率相对于变电所容量较大，因此，机车的各种工况导致的负荷电流波动较大；电流的变化以突变（阶跃）居多；（3）负荷峰、谷值相差悬殊；（4）滑动取流的机车受电弓由于离线产生电弧及机车的频繁调级、投切（变压器空载），导致在系统中产生丰富的谐波（高次及分次）；（5）系统的回流（经回流轨、地或回流线）杂乱。
各种测距方法在牵引网中应用的比较，按照故障测距原理，输电线故障测距可分为阻抗法、故障分析法,行波法和AT距离保护法。
铁路接触网故障测距误差分析及对策
铁路接触网故障测距误差分析及对策摘要：本文通过对普速铁路接触网故障测距原理及故障测距产生误差的原因进行分析，并对提高接触网故障测距精度，提出了有效的控制措施。
关键词：接触网；故障测距；短路试验电气化铁路接触网由于长期处于大电流、大张力、高频震动、持续磨损和易受外界干扰的恶劣工况，决定了接触网是整个铁路运输保障系统中的一个薄弱环节，并且接触网线路较长，一旦发生设备故障，如果不能准确判断故障种类和地点，就无法迅速抢修恢复供电，那必将造成整个铁路运输系统的混乱和瘫痪。
因此当接触网发现故障时，通过变电所故障测距进行准确定位，对迅速组织抢修处理，恢复铁路运输畅通具有重要意义。
一、故障测距的原理昆明局集团公司现用的测距方式有阻抗法和吸上电流法两种。
沪昆、云桂高铁供电方式为ＡＴ供电，采用吸上电流法；其它线路均为直供方式，采用阻抗法。
本文主要对直供方式接触网的测距基本原理进行分析。
1.变电所的供电方式如图1：正常情况下的电流通路为：变电所馈线→抗雷线圈→供电线→接触网→机车受电弓→钢轨、地回流线。
发生金属性短路时，其电流通路为：变电所馈线→抗雷线圈→供电线→接触网故障点→钢轨、地回流。
图1：供电示意图2.基本公式：关于阻抗计算的公式有很多形式的表达式，但由于保护装置采集的电气参量是固定的，所以，使用于跳闸分析的基本只有一种。
保护装置所采用的电气参量为：电流I，电压U，夹角Q，其它各种参量（电阻R、阻抗Z）是通过相关计算得到结果，它们之间的关系如图2所示：线路阻抗的构成：电阻部份|ZR|＝|Z|cosQ＝R；感性或容性部份（图中为综合后感抗）：|ZL-C|＝|Z|sinQ=X；线路综合阻抗|Z|＝|U|/|I|当馈线发生跳闸时，我们从保护装置采集的跳闸参数中，可以得到U和I以及Q后，通过计算，可得到基于纯金属性短路条件下的参数：R=|ZR|＝|U|/|I| cosQ；X=|ZL-C|＝|U|/|I| sinQ；则根据图1中供电方式的构成，纯金属性短路情况下：线路电抗值为：X短路＝XK＋X供电线＋XXL单位×L短路则L短路＝（X短路－XK－X供电线）/ XXL单位（上式中XK：抗雷线圈电感量；XXL单位：接触网线路单位电抗值；X供电线：供电线电抗值L短路：接触网某一地点公里数；X短路：接触网某一公里数对应的总电抗值）3.实际应用中，通过各个杆号对应的计算电抗值X短路与杆号公里数间L短路的对照列表来进行故标的整定。
高速铁路客运牵引网故障测距研究
高速铁路客运牵引网故障测距研究摘要：加快中国的高速铁路快速发展，特别是加快高铁客运专线的建设，是解决铁路运输的一个有效措施。
牵引网是保障高铁客运专线安全运输的输电设备。
当牵引网发生故障后能快速测量出故障点的距离是具有重要意义的。
目前广泛采用的电抗测距法更适用于直供或BT供电方式，不适合于采用AT供电方式的高铁客运专线，本文提出一个新的故障测距方案—行波测距法，对其测量原理及其可行性进行研究。
关键词：客运专线；牵引网；行波测距；故障测距近年来，虽然中国高速铁路发展迅速，但铁路运输供需矛盾依然突出。
解决这个问题的有效办法就是加快铁路电气化建设，尤其是高铁客运专线建设。
牵引供电系统是客运专线系统的重要组成部分。
牵引网的最大缺点是可靠性较差且无备用，一旦出现停电故障，将直接影响正常的行车秩序，甚至旅客人身安全。
因此，牵引网发生故障后能得到及时的排查处理，是保障铁路安全运输的必要条件。
传统的人力排查工作量大，且不能满足实际需要，因此研究高铁客运专线牵引网故障测距方案对铁路运输的高效运行具有一定的实际价值。
目前几乎所有牵引变电所都装有牵引网故障测距装置用以提高供电的可靠性。
在牵引网发生短路故障时，装置能自动测量出故障点的距离，对于及时发现和排除故障，特别是发现和排除许多难以发现的瞬时性故障具有十分重要的意义。
目前已有的牵引网故障测距装置中，广泛采用阻抗法进行测距。
目前在牵引供电系统中，对于BT和直接供电系统牵引网故障测距普遍采用电抗法。
阻抗法即利用故障时测量到的工频电压和电流量来计算故障回路的阻抗值，再根据阻抗公式，线路长度与短路阻抗值成正比，从而求出观测点到故障点的距离。
但电抗法却不适用于AT牵引供电系统，主要是由于AT牵引供电系统结构复杂，运行方式繁多，且故障时阻抗—距离曲线呈非线性，采用阻抗法误差极大。
高铁客运专线牵引供电系统考虑AT供电方式在提高牵引网供电能力、改善电磁环境、减少电分相和降低外部电源投资等方面具有明显的优势，所以采用了AT供电方式。
高速铁路牵引供电系统故障测距方法的研究和修正
DOI：10.19587/ki.1007-936x.2019.01.005高速铁路牵引供电系统故障测距方法的研究和修正缪弼东，李 瑞，艾广宁摘要：故障测距系统对牵引供电系统故障区段快速准确定位起着至关重要的作用，本文对京沪高铁所采用的故障测距方法进行介绍和研究，实时采集每日动态检测车线路位置公里标及供电臂上牵引供电所亭的分布电流，并结合GPS卫星时钟实时对时系统对所采集的公里标和电流进行准确标定，从而实现Q-L分段数据表的修正，提高故障测距精度。
关键词：高速铁路；故障测距；动态检测车；公里标Abstract: The fault location system is playing an important role for quick and accurate locating of fault section in traction power supply system, the paper introduces and researches the fault location methods adopted by the Beijing-Shanghai high speed railway, therefore, by means of real-time collection of line kilometer of dynamic inspection cars and the daily distributed current from the traction substation and post where the power supply arms are located, and with connection of GPS satellite clock time synchronization system for collecting kilometerage and current for accurate location, so as to realize the modification of Q-L segment data sheet, and improve the fault location accuracy.Key words: High speed railway; fault location; dynamic inspection car; kilometerage中图分类号：U226.8+1文献标识码：B文章编号：1007-936X(2019)01-0020-040 引言故障测距系统是牵引供电系统的重要组成部分，当输电线路发生故障时，故障测距系统利用采集到的本所或整条供电臂的电量数据，通过装置内置的线路参数，估算出故障点距变电所的大概距离以及故障类别，以指导应急抢修，因此故障测距系统的测距精度直接关系高铁供电系统的正常运行。
故障测距—牵引网故障测距(铁路牵引供电系统继电保护)
AT中性点吸上电流比故障测距
2.吸上电流比测距原理
（2）AT为理想变压器、钢轨对地全绝缘，沿线路阻抗参数均匀时。
根据回路电压方程、
基尔霍夫电流定律可得：
+1
D
++1
=
+1
D
++1
= +
9.33 AT供电牵引网故障时电流分布图
AT中性点吸上电流比故障测距
2.吸上电流比测距原理
XB4
BT
BT
BT
BT
BT方式
T
XB3
N
直供方式
XB2
BT供电牵引网
图9.28 BT供电牵引网
R
XB1
0
lB1
lB2
lB3
lB4
l
图9.29 直接供电和BT供电牵引网的X-l特征
直接供电和BT供电牵引网的X-l特征
− BT /2
=
n：故障牵引网在L范围内吸流变压器台数。
XBT：BT漏抗。
l
QF1
I1
QF2
L1
K
G1
QF
Zm
QF3
G2
I2
9.30 复线牵引网
L2
ሶ = 1ሶ + 2ሶ = 1ሶ + (1 + 2 − − 212 + 2 ) 2ሶ
复线牵引网
— QF1至k点的自主抗和互阻抗，Ω。
1、2 —上行和下行线的自阻抗，Ω。
12 —上行和下行线之间的互阻抗，Ω。
1ሶ 、2ሶ —流过上行线和下行线的故障电流，A。
复线直供方式牵引网故障测距
l
QF1
故障测距原理
故障测距原理
故障测距原理指的是利用测量对象与测量设备之间的物理量差异来精
确测量距离的一种技术。
这种技术广泛应用于生产、环境监测、航空
航天、军事等领域。
故障测距技术的基本原理是通过测量对象与测量设备之间的物理量差
异（如电磁波、声波、光等）来确定两者之间的距离。
这些物理量的
差异可以是时间、频率、阻抗、幅度或相位等。
其中，最常用的测距技术是激光测距技术。
它利用激光束发送到测量
对象上，同时记录激光束的传播时间，从而通过计算得出距离。
另外，声波测距技术也被广泛应用于不同领域。
例如，在海洋勘探中，船只会发出声音，利用声波在海水中传播。
一旦声音遇到海底或其他
物体，就会反射回来，然后被接收器接收。
根据声波传播的时间和速度，可以计算出船只与水底的距离。
同样，电磁波也被用于测距技术中。
雷达系统利用电磁波测量目标的
距离和移动速度。
雷达发射出一束微波信号，随后照射到目标物体上。
微波信号被反射回来并被接收器接收。
通过计算发射和接收过程中的
时间差，可以确定目标的距离。
总的来说，故障测距技术是一种广泛应用的技术。
通过测量对象和测量设备之间的物理量差异，可以得到高精度的距离测量。
在不同领域中，故障测距技术还有广泛的应用，特别是在工业、环境监测、军事和航空航天等领域。
随着技术的进步和不断优化，故障测距技术将在更多的领域和应用场景中得到更为广泛的应用。
AT全并联牵引网故障测距原理研究
AT全并联牵引网故障测距原理研究1.概述随着时代的发展和我国国民经济的持续增长，铁路作为我国交通运输的核心，客货运量严重饱和，运能与运量矛盾十分突出，已成为制约国民经济发展的瓶颈，发展高速铁路是解决客运供需矛盾的重要手段之一。
高速铁路是指具有高加速和高减速性能及对列车运速在200km以上的铁路。
提高列车速度是铁路赖以生惟一出路。
高速铁路的牵引动力一般为电力牵引。
列车速度快、行车密度大要求供电容量大、供电可靠性高。
高速列车要求起动快，使其能够在很短的时间和距离内达到额定最高运行速度，为此，必须加大牵引功率，以增大其起动牵引力。
AT牵引网从而应运而生，从而AT故障测距引人关注。
2.AT供电方式自耦变压器供电方式，简称AT供电方式，不但是电气化铁道减轻对临近通信线路干扰的有效措施之一，而且具有很好的技术指标，己被许多发展电气化铁路的国家研究和采用，也是高速铁路使用的主要供电方式之一。
AT牵引网由接触线、轨道和回流线构成，大多AT供电系统还具有保护线和辅助联接。
对于复线AT供电系统，一般还具有横联线。
全并联AT供电方式是在复线AT供电方式的基础上，将上下行牵引网的接触线（T）、钢轨（R）和正馈线（F）在变电所出线处及AT所处通过横联线并联起来。
在全并联Af供电方式下，上下行牵引网虽然都有各自的断路器，但在正常情况下均为一主一备的运行方式，即上下行牵引网共用一台断路器。
全并联AT供电方式的具体形式如图1所示。
3.测距原理及仿真全并联AT供电方式由于接线上比较复杂，故障率相对其他供电方式比较高，因此配置故障测距装置，在线路发生故障时能够迅速测得故障地点及时解决故障，恢复系统供电，是十分有必要的。
针对全并联AT供电方的特点，研究人员进行了广泛的研究，提出了”AT中性点吸上电流比”、“连线电流比”、“转移阻抗法”等故障测距原理，这些故障测距方法各有自的特点，基本适合工程需要，但也受诸多因素影响。
3.1 AT中性点吸上电流比原理AT中性点吸上电流比应用比较典型，如图2所示，K1点发生接地故障，通过对图2所示的电路进行分析，有如下的关系式：（1）为了克服AT漏抗、线路不均匀对测距精度的影响，在工程应用中对式加以修正（2）式中：Kn，Kn+1：电流分布系数，范围根据站场情况可调整。
8 高速铁路牵引网故障测距系统
8 高速铁路牵引网故障测距系统
3.8 高速铁路牵引网故障测距系统
（1）对高速铁路牵引网故障测距的要求
适用于全并联AT牵引网；
适应各种不同运行方式；
采用吸上电流比、电抗法等测距原理；
具备测量、显示和数据通信接口等功能；
提供详细的测距信息；
能正确判断故障类型（T-R、F-R、T-F）； 能正确判断故障方向（上、下行）。
2014-10-15 05:39:21.275 某牵引变电所故障测距结果
T线电压=5096.31V F线电压=3296.89V TF电压=8378.30V 吸上电流1=3.08A 吸上电流2=2559.18A 总吸上电流=2559.31A 上行T线电流=659.87A 上行T线电流角度=113.92° 上行F线电流=952.81A 上行F线电流角度=296.56° 下行T线电流=609.11A 下行T线电流角度=113.79° 下行F线电流=2224.79A 下行F线电流角度=115.00°
变电所测距数据
故障点距离=13.31km 公里标=1226.49 下行/FR故障/吸上电流比原理 T线电压=52844.50V F线电压=51238.51V TF电压=104081.89V 吸上电流1=11.62A 吸上电流2=0.29A 总吸上电流=11.90A 上行T线电流=655.23A 上行T线电流角度=291.93° 上行F线电流=721.04A 上行F线电流角度=112.89° 下行T线电流=642.53A 下行T线电流角度=291.90° 下行F线电流=744.68A 下行F线电流角度=112.67°
不依赖于变电所的通信启动； 无需专用实时通道； 偶发的通信故障不影响故障测距。
3.8 高速铁路牵引网故障测距系统
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
AT所 It1 If1 It1 1AT U1 Iat1 If1 1AT It1
分区所
T1 F1 If1 U1 Iat1
2AT
Iat2 U2 It2 If2
2AT
Iat2 U2 It2 If2 T2 F2
It2 U2 If2
三、客运专线故障测距原理
TF故障类型判断与故障区域判断
l－故障距离； L－线路总长度。
二、常用故障测距原理
电抗法测距原理（单线TF型故障）
DL Eq AT1 AT2 AT3 T1 R1 F1
x l x0 x－测量电抗； x0－TF型单位电抗。
三、客运专线故障测距原理
电力系统 A B
T
T F
AT1
AT2
CB1
CB2
T1 R1 F1 T2 R2 F2
2AT
Iat2 U2 It2 If2
2AT
Iat2 U2 It2 If2 T2 F2
It2 U2 If2
三、客运专线故障测距原理
故障上下行判断 变电所 当 | I TF 1 || I TF 2 | ，判别为下行方向，反之为上行方向。 AT所/分区所 当故障电流由下行流向上行，判别为上行方向，反之为下行 方向。
|, | I |, | I |) I ，则为TF型故障。 如 max(|I atSS atAT atSP set
当不是TF故障，首先找到各处AT吸上电流模值最大值，并寻 找相邻AT吸上电流较大者，两AT间即为故障区段。
变电所 T N F AT所 It1 If1 It1 1AT U1 Iat1 If1 1AT It1 U1 Iat1 分区所 U1 T1 F1 If1
测距装置定值 Q值：与AT段的长度、AT漏抗、主变 压器等效漏抗、钢轨泄露、大地泄 露等等有关。 经过对武广线的统计表明： 变电所-AT所间，Q1=0.06，Q2=0.15； AT所-分区所间，Q1=0.18，Q2=0.15。
Q 1 Q2
Q
Q1 0 ln D l ln+1 L
Q值：可以通过高压短路试验，由测距装置采集各处所电流并 计算获得。 用户在使用过程中，对一个确定的故障点和测量Q值，及时修 正Q-L表。
Q1
D
l
ln+1
L
二、常用故障测距原理
AT供电方式故障测距
SS Eq AT SSP AT T1 R1 F1 SP
T2 R2 F2
当开闭所不并联、分区所并联的时候：
min(I1 , I 2 ) l 2L I1 I 2
I 1 I t1 I f 1
I2 I t2 I f 2
二、常用故障测距原理
接触网 T
电力机车
AC
钢轨 R
55kV 负馈线
F
二、常用故障测距原理
DL Eq
7 6
AT1
AT2
AT3 T1 R1 F1
牵引网短路阻抗Z(ohm)
单线AT供电方 式牵引网短路 阻抗
5 4 3 2 1 0 0
TR或FR故障无 法用电抗法测距
T-R短路阻抗理论计算曲线 T-F短路阻抗理论计算曲线 5 10 15 20 短路点到牵引变电所的距离 L(km) 25 30
2AT
Iat2 U2 It2 If2
2AT
Iat2 U2 It2 If2 T2 F2
It2 U2 If2
三、客运专线故障测距原理
全并联AT供电方式故障测距要求 适用于AT牵引供电系统； 适应各种运行方式； 采用吸上电流比AT测距原理、电抗法原理； 具备测量、显示和数据通信接口等功能； 提供详细的测距信息； 能正确判断故障类型（T-R、F-R、T-F）； 能正确判断故障方向（上、下行）。
变电所 T N F AT所 分区所 U1 It1 T1 F1 It1 1AT U1 Iat1 If1 1AT It1 U1 Iat1 If1 If1
2AT
Iat2 U2 It2 If2
2AT
Iat2 U2 It2 If2 T2 F2
It2 U2 If2
三、客运专线故障测距原理
故障T、F类型判断
当 | I T || I F | ，判别为T型故障，反之为F型故障。
测距装置定值 单位电抗：与牵引网的结构、接触网、钢轨、大地泄露等有关。 基于计算阻抗的公式 ，经验数据表明： T型、F型、TF型单位电抗分别约为0.30、0.49、0.15Ω/km 。
IT I F Z UT
单位电抗：可以通过高压短路试验或低压短路试验，由测距装置采 集变电所母线电压和馈线电流计算获得。 用户在使用过程中，对一个确定的故障点和测量电抗值，及时修正 X-L表。
二、常用故障测距原理
AT吸上电流比测距原 理 DL AT1
Eq
AT2
AT3 T1 R1 F1
Q Q1 l ln D 1 (Q1 Q2 )
Q 1 1-Q2
Q2
Q
Q I n1 /( I n I n1 )
理想情况： 0 ln 靠近变电所AT处短路时，Q=0； 远离变电所AT处短路时，Q=1。
变电所 X Xn+1 X Xn X1 X0 0 L0 L1 Ln L Ln+1 L
二、常用故障测距原理
复线直接供电方式故障测距
CB1 I1 Z1
CB1
Z2
I1 l
d
CB2 I2 U U
U
CB3
CB2
I2 L
I1 I 2 ：下行故障 I1 I 2 ：上行故障
上下行电流比故障测距原理
l min(I1 , I 2 ) 2L I1 I 2
T21 R21 F21 T22 R22 F22
二、常用故障测距原理
单线直接供电方式故障测距
CB I Z
异相短路？
U
CB
I
R
L
U
Rg
二、常用故障测距原理
变电所分相
电抗距离查表法故 障测距原理
l ln 1 ln ln 1 ( X X n 1 ) X n X n1
接触网2 供电线1 供电线2
五、故障测距报告示实例
2012-10-15 05:39:21.275 哈西_牵引变电所 大连方向故障测距装置 变电所测距数据 故障点距离=13.31km 公里标=1226.49 下行/FR故障/吸上电流比原理 T线电压=52844.50V F线电压=51238.51V TF电压=104081.89V 吸上电流1=11.62A 吸上电流2=0.29A 总吸上电流=11.90A 上行T线电流=655.23A 上行T线电流角度=291.93° 上行F线电流=721.04A 上行F线电流角度=112.89° 下行T线电流=642.53A 下行T线电流角度=291.90° 下行F线电流=744.68A 下行F线电流角度=112.67° AT所测距数据 T线电压=5096.31V F线电压=3296.89V TF电压=8378.30V 吸上电流1=3.08A 吸上电流2=2559.18A 总吸上电流=2559.31A 上行T线电流=659.87A 上行T线电流角度=113.92° 上行F线电流=952.81A 上行F线电流角度=296.56° 下行T线电流=609.11A 下行T线电流角度=113.79° 下行F线电流=2224.79A 下行F线电流角度=115.00° 分区所测距数据 T线电压=4061.20V F线电压=3242.45V TF电压=7293.00V 吸上电流1=0.78A 吸上电流2=1618.73A 总吸上电流=1619.48A 上行T线电流=386.82A 上行T线电流角度=118.38° 上行F线电流=205.90A 上行F线电流角度=294.41° 下行T线电流=418.70A 下行T线电流角度=118.68° 下行F线电流=1012.92A 下行F线电流角度=117.73°
此时当
f1
I TF 1 I TF 2
，为下行故障。
I t1 0.9 1.1 ，判为TF型故障。 I
否则，当
T F
I I t1 f1
T1
，则为T型故障。
F1
T2
F2
三、客运专线故障测距原理
AT故障测距装置定值 失压检测元件 时限：70ms 外启动检测元件 时限：10ms Q-L表整定
三、客运专线故障测距原理
测距装置定值
变电所分相 接触网1 供电线1 供电线2 接触网2
变电所 X X2 X X1
0
L1
L
L2 L
三、客运专线故障测距原理
测距装置定值
失压检测启动电压：参考馈线保护低压启动过电流低压定值， 一般取0.66倍额定电压；时限为80～100ms。 TF故障判别电流：与牵引网的结构、接触网、钢轨、大地泄露 等有关。根据经验数据，整定为1000A。 馈线电流、AT吸上电流CT变比：设计院确定。 变电所公里标：设计院确定。 吸上电流比－距离表Q-L：设计院确定，厂家配合。 电抗－距离表X-L：设计院确定，厂家配合。
三、客运专线故障测距原理
测距装置定值
X-L表整定
分段 0段 1段 2段 距离(公里) 0.00 35.30 99.99 T线电抗值(Ω ) 0.00 11.30 99.99 F线电抗值(Ω ) 0.00 11.30 99.99 TF线电抗值(Ω ) 0.00 5.65 99.99
三、客运专线故障测距原理
D1 d
D2
D2
D4
AT供电方式
SS Eq AT SSP AT T1 R1 F1 SP
T2 R2 F2
一、电气化铁道常用供电方式
A 电力系统 B C
全并联AT供电方式
CB1
T1