复线牵引网故障测距的行波法仿真研究
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如下图变换结果 ：
单端 电气量行波测距原理和早期的 Ａ型和 Ｄ型行波 测距
仪相 同， 即装设于母线处的测距装 置检测检测记录下有故障 ， 是利用 由故 障点所产生 的暂态行波 的第一个行波波头到达母 线的时间和 由故 障点反射 回来 的第二个波头到达母线的时间
差 Ａｔ 来实现 测距 。 设线路全长为 ， 离测距装置安装点 （ 距 母
１ ５． ２ ．
．．
其测距精度和稳定性不 受过渡 电阻及牵 引负荷特 点造成的影
响。
２ 复线牵引网行波故障测距的仿真研究
２ １ 复线 牵引网模 型 ．
根据我 国电气化铁道标准 ，牵 引网由区域 大电力系统提
供 １０ｋ １ Ｖ电源 ，经牵 引变 电所后以 ２ ． ｖ 准电压 向牵引 ７５ 标 ｋ
双端行波测距由于只使用初始行波波头 ，而初始行波一 般 比较强烈，更容易检 测，因此测距 比较可靠 。但是实现双 端测距势必要在线路两端都装设测距装置 ，且 尚需 时间同步 装置 。 是随着行波理论研究 的深入 、 但 数字信 号处理 芯片 （Ｓ ） ＤＰ 的快速发展 、小波变换理论、Ｇ Ｓ Ｐ 技术及光 电互感器 的引入 ，
网供 电，属于一级 负荷 。牵 引变 电所 出线后 向两端供 电，两 图 ４ 有机车 负荷 下的线路仿真模型
个不 同变 电所 引出的馈 线之 间由分区亭分离，在必要情况下 可 以由分 区亭连通 ，实现越 区供 电 图 ２为复线牵引 网的简 单模型 。
编写 ｍ ｔ ａ 程 序， 电流行 波信 号进 行小波变换， 到 ａｌｂ 对 得
【 摘 要 】随 着铁道 电气化的快速发展 ， 将行 波法运 用到牵引网ห้องสมุดไป่ตู้ 电线路的故障测距 中来 ，已经成为解决现 有牵引网故障
测距 方法的一 个突破 口，并且取得一定成效。文章将行 波故 障测距 的方法应 用于复线 牵引网模型 ，并对其进 行仿 真 ，达到行 波
故 障测距 的 目的。针对仿真得到的结果 ，分析行波法在 复线牵引网故 障测距 中应 用的可行性 。 【 关键词 】故 障测距 ；复线 牵引网；行波法 ；仿真
线路全长为 』 ，行波初始波头到达两侧母线 Ｍ和 Ｎ的时间分 别 为 和 ，测距装置分别装于母 线两端 以记录行波波 头到达两侧母线 的时间，从而 Ｍ端母线到故障点的距离可 由 下式计算得到 ：
１ 行波故障测距法原理
１ １ 单端 测距 法 ．
， 一 ＋］ ＝ ｆ２ ／
（） ２
行波在线路 中有 比较稳定 的传播速度 ，且测量到的故障行波 到达 时间差不受线路类 型、 故障电阻及 系统运行参数 的影 响， 克服了阻抗法 的一 些缺 陷，并且行波故障测距法 已经在一般
电力线路中得到成功应用 。因而 ，可 以尝试利用行波故障测 距法实现牵引网的故障定位 。
１０ ， ５ｍ 大大提高了测距的精准度 。 设故障在绝对时间 Ｔ发生，
１
，
行波故障测距法 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，行波信号可直接通过电压互感器 、电流互感器获得 ，
．
Ｖ×
【 收稿 日期 】２ １－ ４ ２ ０１ ０－ ６ 【 作者简介 】何人望 （ ９３ ） １６ 一 ，男，江西信丰人 ，华 东交通 大学电气与 电子工程 学院副教授 ，博士研 究生 ，研究方向为 电 力系统及其 自动化 ；董庆伟 （ ９ ５ ，男，河南安 阳人 ，华 东交通大学在读硕 士研 究生 ，研 究方向为电力系统及其 自动化。 １８ 一）
【 中图分 类号 】Ｔ １ Ｍ７ １ 【 文献标识码 】Ａ 【 文章编号 】１０ — １ １ ０ １ ８ ０ ２ — ２ ０ ８ １５ （ １ ） — １５ ０ ２ ０
Ｍ
● ＇ … … … … … … … … … … … … ＇
当铁 道牵 引网发生 故障 时，如何 能够精准定位 ，并根据 所测数据 判断其故障类 型，一直影 响着 电气化铁道 的安全和 其可靠供 电，甚至影响着铁道 电气化未来 的发展 。特别是对
于高速 电气化铁道， 牵引 网故障的精确定位对缩短抢修时间、
Ｎ
图 １ 故 障 暂 态行 波 传播 路 线 图 １２ 双 端 测 距 法 ．
提高运输效率将具有重大的影响，避 免大面积停 电事故 的发 生 。因此对故障点 自动进行精确 测距 具有 非常大 的理论和实
际意 义 。
双端行波测距 原理类似于早期 的 Ｂ型测距仪 ，所不 同的 是， 不再 需要专 门的通信通道 以实现时间的同步，事实上， 其
目前最常用 的两种故障测距算法为阻抗分析法和行波分
析法， 两者分别利用 故障的稳态和暂态信息进行故障定位 ， 而 行波法又分 为单端测距法和双端测距法 。要指出的是， 由于
这样精确程度 并不是特 别高。现在 ，利用 Ｇ Ｓ（ Ｐ 全球定位系
统 ）提供准确的同步时间，这使得线路两端 的时间同步误差 平均 不超 过 １ｕ ，而且 由此产 生 的绝对测 距误 差不 超过 ， ｓ
特 别是行 波法在 电力系 统输 电线 中已经有 了较为 成功 的应
用 ，行波法在牵 引网故障测距 中的应用 已成为研究者所关注 的一个热 点 。
线 ）ｘ， 处发生故障，行波波速 为 （ 接近光速 ，具体取决于 线路分布参数） ，两个波 头时间差 是 Ａｔ，则母线 到达故障 点 的距离可 由下式表示 ：
２ １ 第 ８期 ０ １年 （ 总第 １ ４期 ） ４
大 众 科 技
ＤＡ ＺＨＯＮＧ ＫＥＪ
Ｎｏ ８。 ０１ ． ２ １
（ ｍｕａｉ ｌ Ｎ ．４ ） Ｃｕ ｌｔ ｅｙ ｏ１ ４ ｖ
复线牵 引网故障测距 的行波法仿 真研 究
何人望 董庆伟 陈强强
（ 东交通 大学电气与 电子工程 学院，江西 南昌 ３ ０ １） 华 ３０３
单端 电气量行波测距原理和早期的 Ａ型和 Ｄ型行波 测距
仪相 同， 即装设于母线处的测距装 置检测检测记录下有故障 ， 是利用 由故 障点所产生 的暂态行波 的第一个行波波头到达母 线的时间和 由故 障点反射 回来 的第二个波头到达母线的时间
差 Ａｔ 来实现 测距 。 设线路全长为 ， 离测距装置安装点 （ 距 母
１ ５． ２ ．
．．
其测距精度和稳定性不 受过渡 电阻及牵 引负荷特 点造成的影
响。
２ 复线牵引网行波故障测距的仿真研究
２ １ 复线 牵引网模 型 ．
根据我 国电气化铁道标准 ，牵 引网由区域 大电力系统提
供 １０ｋ １ Ｖ电源 ，经牵 引变 电所后以 ２ ． ｖ 准电压 向牵引 ７５ 标 ｋ
双端行波测距由于只使用初始行波波头 ，而初始行波一 般 比较强烈，更容易检 测，因此测距 比较可靠 。但是实现双 端测距势必要在线路两端都装设测距装置 ，且 尚需 时间同步 装置 。 是随着行波理论研究 的深入 、 但 数字信 号处理 芯片 （Ｓ ） ＤＰ 的快速发展 、小波变换理论、Ｇ Ｓ Ｐ 技术及光 电互感器 的引入 ，
网供 电，属于一级 负荷 。牵 引变 电所 出线后 向两端供 电，两 图 ４ 有机车 负荷 下的线路仿真模型
个不 同变 电所 引出的馈 线之 间由分区亭分离，在必要情况下 可 以由分 区亭连通 ，实现越 区供 电 图 ２为复线牵引 网的简 单模型 。
编写 ｍ ｔ ａ 程 序， 电流行 波信 号进 行小波变换， 到 ａｌｂ 对 得
【 摘 要 】随 着铁道 电气化的快速发展 ， 将行 波法运 用到牵引网ห้องสมุดไป่ตู้ 电线路的故障测距 中来 ，已经成为解决现 有牵引网故障
测距 方法的一 个突破 口，并且取得一定成效。文章将行 波故 障测距 的方法应 用于复线 牵引网模型 ，并对其进 行仿 真 ，达到行 波
故 障测距 的 目的。针对仿真得到的结果 ，分析行波法在 复线牵引网故 障测距 中应 用的可行性 。 【 关键词 】故 障测距 ；复线 牵引网；行波法 ；仿真
线路全长为 』 ，行波初始波头到达两侧母线 Ｍ和 Ｎ的时间分 别 为 和 ，测距装置分别装于母 线两端 以记录行波波 头到达两侧母线 的时间，从而 Ｍ端母线到故障点的距离可 由 下式计算得到 ：
１ 行波故障测距法原理
１ １ 单端 测距 法 ．
， 一 ＋］ ＝ ｆ２ ／
（） ２
行波在线路 中有 比较稳定 的传播速度 ，且测量到的故障行波 到达 时间差不受线路类 型、 故障电阻及 系统运行参数 的影 响， 克服了阻抗法 的一 些缺 陷，并且行波故障测距法 已经在一般
电力线路中得到成功应用 。因而 ，可 以尝试利用行波故障测 距法实现牵引网的故障定位 。
１０ ， ５ｍ 大大提高了测距的精准度 。 设故障在绝对时间 Ｔ发生，
１
，
行波故障测距法 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，行波信号可直接通过电压互感器 、电流互感器获得 ，
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【 收稿 日期 】２ １－ ４ ２ ０１ ０－ ６ 【 作者简介 】何人望 （ ９３ ） １６ 一 ，男，江西信丰人 ，华 东交通 大学电气与 电子工程 学院副教授 ，博士研 究生 ，研究方向为 电 力系统及其 自动化 ；董庆伟 （ ９ ５ ，男，河南安 阳人 ，华 东交通大学在读硕 士研 究生 ，研 究方向为电力系统及其 自动化。 １８ 一）
【 中图分 类号 】Ｔ １ Ｍ７ １ 【 文献标识码 】Ａ 【 文章编号 】１０ — １ １ ０ １ ８ ０ ２ — ２ ０ ８ １５ （ １ ） — １５ ０ ２ ０
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当铁 道牵 引网发生 故障 时，如何 能够精准定位 ，并根据 所测数据 判断其故障类 型，一直影 响着 电气化铁道 的安全和 其可靠供 电，甚至影响着铁道 电气化未来 的发展 。特别是对
于高速 电气化铁道， 牵引 网故障的精确定位对缩短抢修时间、
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图 １ 故 障 暂 态行 波 传播 路 线 图 １２ 双 端 测 距 法 ．
提高运输效率将具有重大的影响，避 免大面积停 电事故 的发 生 。因此对故障点 自动进行精确 测距 具有 非常大 的理论和实
际意 义 。
双端行波测距 原理类似于早期 的 Ｂ型测距仪 ，所不 同的 是， 不再 需要专 门的通信通道 以实现时间的同步，事实上， 其
目前最常用 的两种故障测距算法为阻抗分析法和行波分
析法， 两者分别利用 故障的稳态和暂态信息进行故障定位 ， 而 行波法又分 为单端测距法和双端测距法 。要指出的是， 由于
这样精确程度 并不是特 别高。现在 ，利用 Ｇ Ｓ（ Ｐ 全球定位系
统 ）提供准确的同步时间，这使得线路两端 的时间同步误差 平均 不超 过 １ｕ ，而且 由此产 生 的绝对测 距误 差不 超过 ， ｓ
特 别是行 波法在 电力系 统输 电线 中已经有 了较为 成功 的应
用 ，行波法在牵 引网故障测距 中的应用 已成为研究者所关注 的一个热 点 。
线 ）ｘ， 处发生故障，行波波速 为 （ 接近光速 ，具体取决于 线路分布参数） ，两个波 头时间差 是 Ａｔ，则母线 到达故障 点 的距离可 由下式表示 ：
２ １ 第 ８期 ０ １年 （ 总第 １ ４期 ） ４
大 众 科 技
ＤＡ ＺＨＯＮＧ ＫＥＪ
Ｎｏ ８。 ０１ ． ２ １
（ ｍｕａｉ ｌ Ｎ ．４ ） Ｃｕ ｌｔ ｅｙ ｏ１ ４ ｖ
复线牵 引网故障测距 的行波法仿 真研 究
何人望 董庆伟 陈强强
（ 东交通 大学电气与 电子工程 学院，江西 南昌 ３ ０ １） 华 ３０３