铁道电气化牵引网故障测距.doc
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 。
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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。
牵引供电故障测距说明
牵引供电系统故障测距说明资料1.概述牵引供电系统根据不同供电方式,接触网故障测距原理不同。
当采用AT供电方式,根据线路及通信条件可采用不同测距原理。
主要包括“吸上电流比”，“上下行电流比”和“吸馈电流比”测距原理。
对直供加回流线供电方式，国内一般采用拟合的分段线性电抗法进行故障测距。
2.测距原理及适用条件2．1 AT牵引网故障测距原理针对AT牵引供电系统，由于线路的非线性，主要采用“吸上电流比”，“上下行电流比”和“吸馈电流比”测距原理进行故障测距。
这三种测距原理适用于不同线路条件。
1）吸上电流比供电臂有故标专用通信通道，各所亭均安装故障测距单元，线路可为单线或复线。
适用于T-R、F-R短路故障，不适用T-F故障。
上图表示故障发生在第n 个AT 和第n+1个AT 之间 测距公式：)100(10011111n n n n n n n n n n n Q I K I K I K Q Q D L L -+⨯--+=+++++式中：L ：故障点距变电所的距离 L n ：变电所距第n 个AT 的距离D n ：第n 个AT 与第n ＋1个AT 之间的距离I n ,I n+1：分别为第n 个AT 与第n+1个AT 中性点的吸上电流和Q n ,Q n+1：整定值K n ,K n+1：电流分布系数，范围根据站场情况可调整。
对标准区间线路K=1.0。
通信通道一般建议采用以供电臂为单元的2M 光纤环形通道。
2） 上下行电流比无需通信通道，供电臂必须为复线，且末端必须并联闭环供电。
重合闸时测距无效。
适合各种短路形式。
故障测距公式如下： L Ldn Lup IdnIup Idn Iup L ∆++⨯+=)(),min(up up f I t I up I -=dn dn f I t I dn I -=Lup 、Ldn ：上、下行供电臂长度 Iup 、Idn ： 上下行供电臂电流 ΔL ：修正参数3） 吸馈电流比无需通信通道，供电臂为单线单AT 区段。
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。
电气化铁道牵引网故障测距方法探析
的问题 ，并在此 基础上提 出基 于分布参数 的牵 引网故 障测距 方法 。 关键词 ： 牵 引网 ；定位 ；故障测距
中图分类号 ：Ｔ ９ 文献标识码 ：＾ 文章编 号：１ ７ －７ ９（０ ０ ４ ０ ３ － ０ Ｍ２ ６ １ ５ ７ ２ １ ）０ ２ ０ １ ２
Ｏ引膏
母 线 的馈 线 回 路 越 多 ， 行波 的 反射 越 明 显 ； 若故 障 线 路 相 连 母线 上 只有 两 回馈 线 时 ，行 波 将 不 发 生 反射 ：若 故 障 线 路相 连 母 线 只 有 故 障线 路 和 其它 元 件 时 ，行 波 反射 非常 微 弱 ，此 时 的 行 波折 、反 射 现 象 仅取 决于 母
一
，
在 实 际使 用 过 程 中 ，人 们 一 般 取 波 速 为 ， 而波 速 的计 算 往往 不 仅 与
大地 的 电 阻率和 牵 引 网线 路 的结 构 相关 ， 而且 是频 率 的 非线 性 函数 。
方法 来消 除过 渡 电阻 的影 响 ， 比如 电抗 法 、过零 检 测法 等 等 ，这在 一 定程
度 上提 高 了故 障测距 的精度 ，但 还 是不 能完 全满 足 现场 运行 的要 求 。 １１ ２线 路 单 位 阻抗 的整 定 。牵 引 网 的架 设 与 电力 高 压 输 电 线有 所 ．． 不 同 ，一 方面 ，一 个 供 电 臂 区 间 内设 置 了 一些 战 场 ，使 线 路个 别 点并 联 或 形 成 “ ”型 供 电方 式 ，造成 整 个牵 引供 电 网 的单 位 阻抗 呈 分 段 线性 化 Ｔ 特 征 ；另 一 方 面 ，电 力机 车 受 电 弓与 牵 引 网滑 动磨 损 、经 常 “ 形 天窗 ” Ｖ 检 修 、局 部 区段 换 线 、增 加 加 强 线 等造 成 牵 引 网单 位 阻 抗 或牵 引 网结 构
基于分布参数的BT供电方式牵引网故障测距
作 者 简介 ： 陈 健 鑫 （９ ８） 男 ，广 州 铁 路 职 业 技 术 学 院 电 １７ 一，
气 系助 讲 ，主 要 研 究方 向 为铁 道 供 电技 术 。
一． ｆ … ， 、； Ｉ． ｄ … ， ～ ｈ
ｔ ｎ６ ． ＋ｆ－ 】 ｈｆ 量．
维普资讯
电 力 自动 化
与单线牵引网相同，牵引网 Ｍ端电压和电流故障分量 可
由故 障后 的 电压 电流量 减去 故 障前 的相 应值 求得 ，为 ： 吸流 变压器 型 号 ：Ｄ Ｊ２ ０３ ０ Ｘ －２ ／５
■
仿真结果如表 １ 所示 。
表１ Ｂ 供 电单线单相金属性接地故障仿真 Ｔ
１ｐ ｛ ｐ ｉ 芝 ｉ ＝—
轨 道—— 地 回路对 接 触 网—— 地 回路 和 回流 线—— 地 回
１ Ｔ供 电方式故障测距原理 Ｂ
当牵 引 网 内串接 入 吸 一 回装 置后 ， 牵 引 网的 阻抗 就
不再是均匀分布参数，而是随着列车的位置不同，牵引 网单位阻抗也将发生变化 。Ｂ Ｊ Ｔ的串入，不仅使牵引网
等值阻抗为： ｚ ２ ｚ２ ｂＺ ＝ｚ ＋Ｚ —２ ｌ ＋ｚ ／ （） ３ 与直接供 电方式相比较，Ｂ 供 电方式的牵引网单位 Ｔ 阻抗增大约为 ４ ％，其 中电阻部分增大约 ５ ％，电抗部 ９ ６
分 增大约为 ４ ％；牵 引网 当量阻抗 增大 约为 ５ ％［。 ８ １ ”
立Ｂ Ｔ网的精确仿真模型 比较复杂 ， 现行 Ｂ Ｔ牵引 网故 障测距方法有等效简化模型方法和查表法。简化模型法
电路进行仿真。仿真表明这基本能够反映 Ｂ Ｔ网的主要 特征和满足提供样本数据的需要 。 （） ２ 分段线性法 。采用短线仿真模型，总 阻抗可 以 近似按照下式计算：
电气化铁路牵引网故障测距原理
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。
TF
T1 F1
T1
F1
T1
F1
T2
T2
F2
T2
F2
F2
三、客运专线故障测距原理
故障T、F类型判断 当 | I T || I F |
电气化铁路牵引网 故障测距原理
电气工程学院 林国松
目
录
一、电气化铁道常用供电方式 二、常用故障测距原理 三、客运专线故障测距原理 四、思考题
一、电气化铁道常用供电方式
☆单线直接供电方式 ☆复线直接供电方式 ☆AT供电方式 ☆全并联AT供电方式
一、电气化铁道常用供电方式
单线专线故障测距原理
AT吸上电流获取 变电所、AT所、分区亭三处的吸上电流分别为
I at 0 I t1 I f 1 I t 2 I f 2 I at1 I at1 I at 2 I at 2 I at1 I at 2
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
供电臂 代码 Q0 L0（km） 武昌东－大章 Q1 L1（km） 0.10 0.00 0.30 3.43 0.50 6.85 0.70 10.28 0.90 13.70 1 0.09 0.00 2 0.28 5.40 3 0.47 10.80 4 0.66 16.20 5 0.85 21.60
电气化铁道供电牵引网故障测距综述
关键 词 ： 电气化 铁 道 ； 牵引网； 故 障测 距
１电气化 铁道供 电牵 引网 目前 ， 单相交流制 是我 国电气 化铁路常采 用的基本供 电方式 。 铁路 线上的牵引变电所和牵引网组成了牵引供电系统。采用双回路高压输 电线路来 提高供 电的可靠 性 。一般 牵引供 电 回路包 括 ： 电力机 车 、 回流 线、 沿铁路线 分布 的牵引变 电所 、 馈 电线 、 接触 网 、 钢轨 和大地 以及正 馈 线 等 。而通 常所说 的牵 引网一般 只包括 钢轨和大地 回流线 、 馈 电线 、 接 触网 ｉ个部 分 。 ２故 障测距方法 ２ ． １直接供 电测距 ２ ． １ ． １ 单 线直接供 电测 距 直接供 电牵引 网与 Ｌ电力线路是 等效的 ，其 供电臂包含多个 区 间 和站场 ， 导 致 出现不 同的牵 引 网阻抗特 性 ， 但 是 在 同一 段上 ， 牵 引 网 的特 陛相 同。因此 ， 可在 同一段 内采 用 阻抗 计算方 式 ， 利用线 路 电抗和 距离 关系对故障 点进 行定位 。如 图 １ 所示 ， 当故障 发展在 与 ｄ 之间 时， 可利用公式（ １ ） 进行故障定位 ， 得到定位距离 ｄ 。
ｄ ： ｄ １ ＋ （ Ｙ Ｙ ， 叫 ｄ ） （ Ｙ— Ｙ ）
Ｙ
具 有较 好 的测距精度 ，克服 了 中性点 吸上 电流 比故 障测距 精度 差的缺 点。 该方法 可以判断短路 故障和断线 接地故 障。 但是 横联线 电流 比故 障 测 距原理需要 增加测量用 的 电流 互感器 ， 大大增加 了投 入的成本 ； （ ３ ） 区 段上下行 电流 比故 障测 距 原理 ，该方法 需要利用 接触线 和正馈 线 的电 流， 将 上下 行各 区段 中这 两种 电流 的和进 行 比较 来得 到故障点 的距 离 。 当正馈线 断线接地 时 ， 该 方法仍然可 以进行故 障测距 。
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。
电气化铁路接触网跳闸故障测距异常浅析
电气化铁路接触网跳闸故障测距异常浅析摘要：本文通过对电气化铁路故障测距装置原理进行分析，并结合沪宁城际铁路中实际运行中的故判数据进行分析，分析故障测距失效原因及解决方法，为高速铁路的运维人员提供参考。
关键词：AT供电、故障测距、误差引言接触网作为高速铁路的重要组成部分，一旦发生供电故障导致动车组停车，会严重干扰正常运输秩序，造成社会的不良影响。
为迅速发现并及时处理接触网故障，设置了故障测距装置系统，一旦数据异常造成测距装置误判，应当引起工程技术人员足够的重视。
1.故障概况XX年8月17日19时30分，沪宁高铁昆山南牵引所213DL、214DL距离一段动作跳闸，自动重合闸失败。
故障测距装置判定故障性质为下行T-R故障，故障标定距离30.485KM。
对应为安亭北-南翔北299#支柱附近（线路里程K21+975）。
故障报文如下表所示：沪宁高铁昆山南牵引所跳闸故障报文（部分）接触网故障跳闸后，检修人员根据故障装置显示区段进行添乘动车组、视频回放、上道检查均未发现设备异常。
翻阅历史记录，此区段故标测距较为准确。
1.重合闸失败原因分析沪宁高铁采用全并联AT供电方式，馈线设距离保护、电流速断保护、过流保护。
当接触网出现短路故障，牵引所上、下行DL同时（0.1s）跳闸；1s后AT 所、分区所馈线DL 失压跳闸；2s后牵引所上、下行DL同时重合闸，有故障的DL再跳闸，无故障的重合成功； 3s后AT所、分区所馈线DL检线路有压的重合，检线路无压的不重合，从而切除故障线路，保证另一供电臂正常供电。
对报文进行分析发现一次故障时阻抗ZR在阻抗I段段保护动作特性曲线动作区域内，在动作范围内，阻抗I段保护启动，阻抗I段保护动作，发出跳闸信号，213断路器跳闸，一次重合闸成功；二次故障时，阻抗I段保护启动，阻抗I段保护动作，发出跳闸信号，213断路器跳闸，因连续跳闸两次（相隔时间5秒），重合闸充电时间不足，故重合闸未启动。
1.故障测距装置测算方式跳闸时各所亭的电流分布如图所示：通过电流分布得出分区所吸上电流最大，为2570A，牵引所吸上电流为1592A，AT所吸上电流最小，几乎忽略不计。
电气化铁路牵引网故障测距原理
T-R短路阻抗理论计算曲线
T-F短路阻抗理论计算曲线
0
0
5
10
15
20
25
30
短路点到牵引变电所的距离L(km)
二、常用故障测距原理
AT吸上电流比测距原
理
DL AT1
AT2
Eq
Q
1
l
ln
Q
1 (Q1
Q1 Q2
)
D
1-Q2 Q
Q In1 /(In In1)
理想情况：
Q1
0 ln
l
靠近变电所AT处短路时，Q=0；
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60～100ms。 TF故障判别电流：与牵引网的结构、接触网、钢轨、大地泄 露等等有关。根据武广高铁经验数据，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。
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°
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
牵引供电系统故障测距案例分析
阳高变电所馈线保护装置采用 DK3520 保护 装置，报告数据电抗值为二次侧值，馈线电流互感 器变比 1 000 / 5，母线电压互感器变比 275/1，折 算到二次侧的单位电抗 X0 = 0.42×200 / 275 = 0.305 。 L = X / X0 = 6.92 / 0.305 = 22.68 km 手动计算结果与故标报告指示的故障点距离 22.36 km 相差 320 m。 案例 6：2013 年 5 月 20 日 20 时 09 分怀仁变 重合 电所 224#断路器距离 І 段保护装置动作跳闸， 闸失败。 故标报告数据： L = 18.22 km， R = 13.6 ， X = 49.66 ，阻抗角度 74.68°。馈线电流互感器变 比 2 000 / 1，母线电压互感器变比 275 / 1。折算至 二次侧的单位电抗值为 X0 = 0.375×2 000 / 275 = 2.73 。 L = X / X0 = 49.66 / 2.73 = 18.2 km 手动计算结果与故标报告指示的故障点距离 18.22 km 相差 20 m。 跳闸原因为韩家岭站 104#处承力索中心锚结 辅助绳从下锚端悬式绝缘子处脱开接地， 实际故障 点距怀仁变电所 24 km，误差 5.78 km。 手动计算结果与故标报告一致。 测距误差大的 原因为怀仁至韩家岭区间多站场、 多专用线结构特 点造成整个供电臂接触网单位电抗变化较大， 站场 内接触网单位电抗要明显小于区间接触网单位电 抗，专用线线路阻抗对正线单位电抗也产生影响， 怀韩供电臂接触网单位电抗值非均衡变化 （0.375 /km） 。 针对供电臂多站场、多专用线的特点，可根据 分段线性电抗法将供电臂分为多个区段， 根据每段 接触网特点设定其单位电抗， 从而提高故障测距精 度。如怀仁至韩家岭供电臂的测距整定值修正，对 怀韩区间线路总阻抗重新核算， 将怀韩区间供电臂 分为怀仁—里八庄，里八庄—韩家岭 2 个区段，重 新核算各段线路单位电抗值。
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。
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。
行波法在电气化铁道牵引网故障测距的仿真研究
实践展望：行波法在电气 化铁道牵引网故障测距的 未来发展趋势
结论与展望
行波法在电气化铁道牵引网故障测距中具有较高的准确性和可靠性 仿真结果表明，行波法在复杂环境下也能有效测距 展望未来，行波法在电气化铁道牵引网故障测距领域具有广阔的应用前景 需要进一步研究行波法在复杂环境下的测距精度和稳定性，以提高其应用效果
行波法适用于各种类型的电气化铁 道牵引网，包括直流、交流和混合 牵引网。
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行波法通过测量电磁波在传输线上 的传播速度和时间，可以计算出故 障距离。
行波法具有较高的测量精度和可靠 性，可以快速准确地定位故障位置。
检测故障：通过测量行波传播速度，判断故障位置 定位故障：利用行波传播时间，精确定位故障点 评估故障：根据行波传播特性，评估故障严重程度 预测故障：通过分析行波传播规律，预测未来可能出现的故障
行波法在电气化铁 道牵引网故障测距 的实践应用
案例一：某电气化铁道牵引网发生故障，采用行波法进行测距，成功定位故障点
案例二：某电气化铁道牵引网发生故障，采用行波法进行测距，但由于信号干扰导致测距不准 确
案例三：某电气化铁道牵引网发生故障，采用行波法进行测距，但由于故障点距离过长导致测 距困难
测量结果受线路 故障位置影响较 大
提高测量精度：通过优化算法和硬件设备，提高测量精度，减少误差。
提高测量速度：通过优化算法和硬件设备，提高测量速度，减少测量时间。
提高抗干扰能力：通过优化算法和硬件设备，提高抗干扰能力，减少外部干扰对测量结 果的影响。
提高自动化程度：通过优化算法和硬件设备，提高自动化程度，减少人工操作，提高工 作效率。
仿真模型：基于行波法 的电气化铁道牵引网故 障测距模型
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。
电气化铁道牵引网故障测距研究综述
电气化铁道牵引网故障测距研究综述电气化铁道牵引网是现代铁路的必备设施之一，它能有效地提高列车的运行速度，并降低能耗。
然而，由于铁路线路的复杂性，以及架空电缆、网杆等元器件的使用，导致电气化铁道牵引网的故障率高。
因此，如何快速准确地定位故障点，是电气化铁道牵引网维护的一个重要问题。
本文将对电气化铁道牵引网故障测距研究的现状进行综述，以期为相关领域的研究工作者提供参考和借鉴。
一、故障测距方法综述1. 电气法故障测距方法电气法故障测距方法是通过电流、电压等物理量的测量，利用求解电路等效模型的方法，计算故障点的位置。
其中，电气法包括了瞬态法、频域法和时域法等多种方法。
这些方法具有精度高、适用范围广、操作简单等优点。
但是，这种方法只对单一故障模型适用，如对于复杂的多重故障模型等，电气法的计算精度会受到很大的干扰。
2. 光纤传感故障测距方法光纤传感故障测距方法是一种利用光纤传感原理，利用光纤传输信号，通过测量光信号的强度、相位变化等可知道故障点的位置。
这种方式具有高精度、设备简单等优点。
但是，光纤传感器在使用时往往需要保持状态稳定，而且需要是防潮防尘等应用环境，不便于在实际中应用。
3. 电磁法故障测距方法电磁法故障测距方法是建立在“电-磁-力”三者之间交互作用的基础上，通过测量电气信号与磁场的联合变化，计算出故障点的位置。
这种方法具有抗干扰性强、适用范围广等优点。
但是，由于电磁波在导体中的传输路径是非线性的，因此只有高质量的实验数据才能获得准确的结果。
4. 声波故障测距方法声波故障测距方法是通过测量故障点周围介质中声波传播的速度和声波传播时间差，计算出故障点的位置。
这种方法具有便于操作、设备简单等优点。
但是，声波故障测距方法对于环境中的杂音和干扰比较敏感，因此需要在噪声环境下进行实测。
二、故障测距研究现状目前，针对电气化铁道牵引网故障测距方面，已经有一系列的研究成果。
例如：“铁路供电系统故障快速定位技术研究及其应用”等。
电气化铁道牵引网络故障测距装置的研制的开题报告
电气化铁道牵引网络故障测距装置的研制的开题报告一、选题背景和意义随着我国铁路的高速发展，电气化技术的应用越来越广泛，铁路牵引系统的可靠性就显得尤为重要。
因此，对于电气化铁道牵引网络故障检测与测距的研究显得尤为迫切和重要。
传统的故障检测和测距方法，需要人工巡查，耗时耗力，经济效益低下。
而研究一种基于现代电子技术和计算技术的故障检测和测距装置，将大大提高铁路牵引系统的可靠性和运行效率。
二、研究内容本研究旨在开发一种电气化铁道牵引网络故障检测和测距装置，具体研究内容包括以下几个方面：1. 故障检测原理及方法的研究；2. 测距原理及方法的研究；3. 硬件设计和软件设计；4. 试制和测试。
三、预期目标本研究的预期目标是设计一种可靠、准确的电气化铁道牵引网络故障检测和测距装置，能够快速、准确地检测故障并测距，大大提高铁路牵引系统的可靠性和运行效率。
四、技术路线1. 总体设计：先进行需求分析和系统设计，确定电路方案和算法，制定开发计划和实施方案；2. 硬件设计：选用先进的电子、光学、机械等技术，完成硬件电路和机械结构的设计，包括电路板设计、元器件选型、电源设计等；3. 软件设计：编写设备控制程序和底层驱动程序，实现设备的各项功能；4. 试制和测试：完成硬件的组装和调试，编写测试程序，进行系统测试和性能评估。
五、预期成果1. 设计一种可靠、准确的电气化铁道牵引网络故障检测和测距装置；2. 解决现有方法耗时耗力、经济效益低下的问题，提高铁路牵引系统的可靠性和运行效率；3. 为现代电子技术和计算技术在铁路行业中的应用提供经验。
六、研究方案1. 研究故障检测原理及方法，确定检测算法和电路方案；2. 研究测距原理及方法，确定测距算法和光学器件方案；3. 进行硬件设计，包括元器件选型、电路板设计、电源设计、机械结构设计等；4. 进行软件设计，编写设备控制程序和底层驱动程序；5. 进行试制和测试，完成硬件的组装和调试，编写测试程序，进行系统测试和性能评估；6. 最终形成电气化铁道牵引网络故障检测和测距装置的设计报告和实验报告。
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牵引网故障测距华东交通大学电气学院08铁道电气化2班张波28摘要：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。
关键字：牵引网故障测距阻抗法故障分析法行波法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。
一：阻抗法阻抗法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，是基于线路长度与阻抗值成正比的原理而求出观测点到故障点的距离。
式中Um 、Im均为矢量，由装置安装点测量得到；Z为线路单位长度的阻抗；D为故障点到装置安装点的距离；ΔZ为测距误差，其性质由系统有关参数及过渡电阻Rf确定。
阻抗法的应用较广泛，随着计算机的应用，不论是采用单端法还是双端法，在准确度和可靠性方面都有较大的提高，并涌现出了许多有针对性的算法，在此不再赘述。
目前，电气化铁道牵引网故障测距装置多是基于这一原理的。
由上文的特点（1）可知，牵引网一般处于单端电源供电状态，在供电臂故障时，只能用单端电气量测距。
因此它不可避免地要受到过渡阻抗的影响。
另外，一个比较关键的问题是对于富含高次及分次谐波的电气化铁道牵引网，傅里叶算法在处理大量分次谐波及非周期分量时比较困难，因此准确获得工频电压、电流值也将是困难的。
这对基于工频量的测距法都是一个挑战。
正是由于上述牵引网的结构、负荷的特点及阻抗测距原理本身的原因，一些围绕阻抗法所做的修正方法或者关于消除谐波及过渡阻抗影响的算法当应用于牵引网故障测距时，都难以得到稳定、精确的测距效果。
牵引网故障测距的多年应用实践也证实了这一方法在精度及稳定性方面存在着诸多不足。
二：故障分析法在系统运行方式已确定和线路参数已知的条件下，输电线路发生故障时，装置处的电压和电流是故障点距离的函数。
该法就是利用故障时记录下来的电压、电流值对故障进行分析计算，实时求出测量点到故障点的距离。
仍用图4来叙述它应用于单端测距的基本方法。
故障分析法与阻抗法的区别在于它不以测量阻抗或电抗为基础。
从上式还可看出，测距结果D 也不受过渡电阻的影响，因此使得这一方法有较广泛的适应性。
研究表明，该方法在一般输电线的故障测距中将是一种有前途的方法。
将其应用于电气化铁道牵引网的故障测距也将明显优于阻抗法。
首先，D 的值不受过渡电阻影响，这一点是很可贵的；其次，对单端电源的牵引网，电流分布系数C M 的取值为1，这便得D 的计算简单而精确。
但不足的是，故障分析法与阻抗法一样仍然需要使用工频的电压、电流量；同时，随着机车受电弓滑动取流造成的导线逐步磨耗及部分区段的换线、频繁的人工检修、复线区段由于邻线状况的不确定性等因素造成的线路单位阻抗Z 的不稳定性，使得故障分析法在应用于这一领域时受到极大的干扰和限制。
另外在提取实时故障分量电流I ＊mg 时，上文特点（2）所述的大量跃变电流也将对测距稳定性造成不可低估的影响。
因此，利用工频量的故障分析法也难以适用于电铁牵引网的故障测距。
三：行波法行波法是根据行波传输理论实现对输电线故障测距的方法。
由于行波在线路中有比较稳定的传播速度，且测量到的时间差不受线路类型、故障电阻及系统运行参数等影响，因而，行波法故障测距有较好的精度和稳定性。
早期利用行波的测距装置可分为A 、B 、C 型3种。
A 型装置利用故障点产生的行波在测量点到故障点间来回往返的时间与行波波速之积来确定故障位置；B 型装置利用故障点产生的行波到达两端的时间差与波速之积来确定故障位置；C 型装置是在故障发生时于线路的一端施加高压高频或直流脉冲信号，根据脉冲往返时间来确定故障位置。
这3种方法中，A 型、C 型为单端测距；B 型为双端测距，需要有两端通信。
A 型和B 型装置对输电线路的瞬时性和永久性故障均有较好的适应性，C 型装置则可在线路断开的条件下检测出故障，因此多用于永久性故障定位。
现代行波法中，基于全球定位系统（GlobalPosi －tioning System ，GPS ）精确对时的双端行波法的D 型装置（原理同B 型）使得行波故障测距的实现既简单又精确稳定，并且有良好的适应性。
由B 型装置的测距算法可看到，由GPS 精确获得t T 、t Q 、t C 是可能的，而行波速度ν一般是稳定的，因此由D 型装置获得的D nF 也将是精确而稳定的。
将行波法应用于电气化铁道牵引网的故障测距，行波信号可直接通过电压互感器、电流互感器获取，其测距精度和稳定性不受过渡电阻及上述牵引负荷特点（2）（3）（4）等造成的影响。
这将有可能消除牵引网测距中的多种偶然误差，真正得到牵引网故障定位稳定而精确的结论。
结论：比较阻抗法、故障分析法及行波法在电气化铁道牵引网中故障测距的适应性，笔者发现前两种方法固然有它的优点，但随着输电线行波传输理论研究的深入及电子技术、计算机技术的发展和相关技术的引入，现代行波法将更胜一筹，其应用前景将更加广泛。
现代行波法已在信号的传变、提取、识别、处理等技术方面取得了长足进步。
本文提出将行波法应用于电气化铁道牵引网故障测距也是结合现有技术水平和以上比较而得出的。
参考文献：［1］贺威俊，简克良．电气化铁道供变电工程［M］．北京：中国铁道出版社，1980．［2］曹建猷．电气化铁道供电系统［M］．北京：中国铁道出版社，1981．［3］葛耀中．新型继电保护与故障测距原理与技术［M］．西安：西安交通大学出版社，1996．［4］徐丙垠．利用暂态行波的输电线路故障测距技术［D］．西安：西安交通大学电气工程系，1991．［5］Lee H，Mousa A M．GPStraveling wave fault locator systems：investigation intothe anomalous measurements related to light－ning strikes［J］．IEEE Trans on PowerDelivery，1996，11（3）：1214－1223．［6］董新洲，葛耀中，徐丙垠，等．新型输电线路故障测距装置的研制［J］．电网技术，1998，22（1）：17－21．［7］Bo ZQ，Weller G，Bedfern M A．Accurate fault location technique for distri- butionsystem using fault－generated high－frequency transient voltage signals［J］．IEEProcGener Transm Distrib，1999，146（1）.Traction nets fault locationThe east China jiaotong university, electrical institute Class 2 zhangbo 28Overview:electrified railway traction power supply system is to show from the traction substation the feeders to traction nets to electric locomotive working system. Our country the electrified railway work frequency ac traction pattern. Traction substation are used for three-phase 110 kV electrical energy will transform into 27.5 kV (traction nets the rated voltage is 25 kV) according to the electrical energy and single-phase assigned to locomotive users. According to the different ways of power supply traction nets requirements and traction substation to curb the single-phase traction's load caused power system of asymmetry affect, often using different connection mode and structure of the main transformer, and this will be divided into three phases substation traction substation (generally with the Y0 / train-11 transformer, secondary side of the C train by the connect A and B at the power supply, both sides on A left power supply arm form.) And single phase traction substation, three-phase two phase traction substation (such as Scott wiring the main transformer and balance transformer, etc), the power supply principle as figure2shows. And of the above mentioned \"traction nets different power supply mode\" can generally be divided into direct power supply (direct feeding), BT (booster transfor-mer) power supply and AT (auto-transformer) power supply mode. The above different traction substation form, different traction power supply mode and on single net railway electrification segments, fault location for all has different requirements. Therefore, it is necessary to study of different types of fault location algorithm traction nets.Key word: traction nets fault location impedance law failure analysis traveling wave method。