牵引供电故障测距说明
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。
西宝客专牵引供电方式及牵引网故障测距
西宝客专牵引供电方式及牵引网故障测距一、概述牵引供电系统是影响实现高速、重载运输的主要因素之一,牵引网的供电方式及合理的牵引变压器接线形式决定了牵引供电系统的供电质量和效果。
为满足客运专线线路空气阻力大，线路负荷高的客观实际要求，西宝客专牵引供电方式采用全并联AT供电方式。
除牵引变电所外，AT所和AT分区所上、下行供电臂通过馈线断路器和隔离开关分别接入所内并联母线；接入各所同一方向供电臂上的自耦变压器采用一主一备运行方式，并设置故障自投以满足供电的可靠性要求；同时，为满足故障情况下的供电灵活性，AT分区所可通过并联母线联络隔离开关实现越区供电。
为了在接触故障情况下尽量缩小故障范围、灵活切除故障线路和快速查找故障地点，全并联AT供电方式设置了故障判定和测距装置，以满足AT供电方式及直接供电方式下的故障判定和测距要求。
二、牵引供电主接线方式西宝客专供电方式采用全并联AT供电方式，所谓全并联AT供电方式指在SS(变电所)-ATP（AT所）-SP（分区所）的供电臂中，牵引网不仅在供电臂末端的分区所进行上下行并联，而且在供电臂中间的AT所也进行上下行并联（如图1）。
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。
AT供电方式示意图图1 AT供电方式原理图自耦变压器供电方式，简称AT 供电方式。
它具有以下几个特点：①2×25kV系统，供电电压比直供方式高一倍，电压损失降为1/4，牵引网单位阻抗约为直供方式的1/4（实际略高），电能损失小，显示了良好的供电特性；②牵引变电所的间距大，易选址，减少了外部电源的工程数量和投资；③减少了电分相数量，有利于列车的高速运行；④牵引网回路是平衡回路，防干扰效果，可改善电磁环境，并减少防干扰费用；⑤牵引网系统需设正馈线，较一般直供方式复杂，但在重负荷区段不必设加强导线，可与直供方式相当；变电系统较直供方式减少了牵引变电所的数量，但需设AT所，一般AT间距为10-20 km，开关设备需用双极；⑥牵引网结构复杂，导线数量多，对跨线建筑物和隧道净空要求高，投资较大，保护和维护难度较大。
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。
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。
电气化铁道供电牵引网故障测距综述
电气化铁道供电牵引网故障测距综述电气化铁道供电牵引网中的供电方式有很多种，最常用的方式有直接供电、AT、BT、等。
全并联方式也逐渐被应用于电气化铁道牵引网的供电过程中。
在几种供电方式中可以根据不同的测距原理进行测距，如阻抗法等。
文章主要对几种供电方式下的测距方法进行了综述，最后对行波测距法进行了探讨。
标签：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、接触网三个部分。
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R-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，牵引网的特性相同。
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dn-1与dn之间时，可利用公式（1）进行故障定位，得到定位距离d。
d=dn-1+（Yn-Yn-1/dn-dn-1）（Y-Yn-1）（1）图1 短路电抗—距离曲线2.1.2 复线直接供电测距供电臂末端称为分区亭，首端称为牵引变电所，在复线直接供电中常采用在分区亭并联，短路时会受到上下行阻抗（Z上行和Z下行）的影响。
测距原理为：k=Z上行*2L/（Z上行+Z下行）（2）其中，L为线路电感。
2.2 AT供电故障测距AT供电方式可以很大程度上提高供电电压，一般可以提高一倍，加大了牵引网的载流能力。
该方式采用正馈线和自耦变压器，可减少对通信线路的干扰。
AT供电方式还可以降低成本，在日本以及成为标准的供电方式，在我国很多城市间的电气化铁路也采用了AT供电方式（如北京-秦皇岛的电气化铁路）。
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。
地铁直流牵引供电系统故障测距研究
地铁直流牵引供电系统故障测距研究摘要：地铁直流牵引供电系统由直流牵引变电所、接触网和电力机车三部分组成，牵引变电所经接触网向电力机车输送电能，一旦接触网发生故障将影响电力机车正常运营。
对于常见的瞬时短路故障，继电保护装置能通过自动重合闸快速恢复正常供电。
但是当接触网线路出现严重不可自动恢复的永久性故障时，若能够通过故障测距迅速准确的定位故障点，就能有效提高抢险效率，大大缩短停电抢险时间，降低停运带来的运营损失。
关键词：牵引供电;故障测距;暂态法1引言作为解决城市交通拥挤的一种重要手段，地铁具有效率高、能耗低、集约化等优点，已经从起步阶段全面建设阶段，越来越多的城市选择发展地铁作为解决城市拥堵的手段。
接触网作为地铁牵引供电系统的重要组成部分，无备用回路，由于地铁接触网所处的环境和电力机车受电弓的摩擦以及机械冲击等原因，接触网成为了牵引供电系统中易发生故障的薄弱环节。
广州地铁、上海地铁等国内同行业发生的多起接触网严重故障，都导致了长时间的运营中断，造成了极其恶劣的社会影响。
直流牵引供电系统故障测距主要是解决接触网发生短路后，可以对其短路地点进行快速的排除，以降低运营损失，提高供电的可靠性。
目前地铁接触网直流故障测距的原理分析是地铁牵引供电系统研究热点，相关的概念仅停留在理论研究之上，国内外尚无实际的接触网故障测距装置投入使用。
通过人工巡线的方式来检修排除故障，效率低并且耗费大量人力物力。
本文提出一种适合于地铁直流牵引供电系统的故障定位算法，并在深圳地铁5号线进行现场模拟测试，该故障测距方法快速、准确获取故障位置进而排除故障，保证供电系统安全可靠运行。
2直流牵引供电系统模型直流牵引地铁供电系统是保障地铁运营的动力能源，是地铁安全运营的重要设施。
直流牵引地铁供电系统是地铁供电系统重要的一部分，一般由两路不同的高压电源经主变压器由AC110kV降压至AC35kV向牵引混合变电所供电。
在牵引变电所内通过整流变压器降压至AC1180V，经整流器转换DC1500V通过直流进线开关供给直流母排，再从母排通过馈线开关和上网刀闸给接触网供电。
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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(1001
11
11n 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 Idn
Iup 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。
适合T-R 、F-R 短路，不适合T-F 短路。
故障测距公式如下：
L D I
at
I L ∆+⨯-=)1(
f t I I I -= at I
为所内AT 中性点电流
D 为AT 段长度。
ΔL ：修正参数
当变电所采用单相变压器、十字交叉变压器及V/X 牵引变压器时，变压器二次侧可取消AT 变，中点电流为两供电臂的合成电流，
无法直接做为AT 中性点吸上电流，因此可采用间接方法求取at I 。
f t at I I I +=
2．2直供测距原理
直供线路根据供电线路架构、材料等不同，一般采用分段线性电抗方式进行查表测距。
由于线路短路形式多种多样,短路过程中过渡电阻影响较大,因此采用不受过渡电阻影响的电抗作为故障测距的依据。
短路电抗一般只受导线材料、空间架构、地质土壤导电率等因素影响，当接触网施工完毕后，基本电抗参数就确定了，不会受供电方式和短路形式影响。
装置测距定值
段.
注意单位电抗和总电抗都是二次换算值.
测距分段数：测距时将此馈线根据不同的电抗区段分成的测距分段的个数。
单位电抗：在此分段内接触网的单位电抗值,为二次值，x2=x1*K U/K I，单位Ω/Km.
总电抗：保护安装处到此分段末端的总电抗,为二次值,单位Ω。
距离：保护安装处到此分段末端的总距离,单位Km。
以4段分段的故标定值设置举例如下:
变电所
供电线区间线路站场区间线路
设馈线压互变比Ku=27.5/0.1，流互变比Ki=800/5, 供电线单位电抗x11=0.65Ω/Km，接触网线路单位电抗x21= x41=0.42Ω/Km,站场单位电抗x31=0.2Ω/Km，L1=1Km，L2=10Km，L3=12Km，L4=25Km。
则故障测距定值设置如下：
实际运行过程中注意事项：
1）尽量以重合闸失败后数据作为测距结果；
2）对比测距报告中的R，X形成的角度，如在60-80度左右则基本确定为金属性短路，测距结果较为准确。
3）测距修订方法：
第一段内故障,测距定值修正方法:
X1’=L1/Ls*L1 x1’=X1’/L1
第二段内故障,测距定值修正方法:
X2’=X1+(L2-L1)*(X-X1)/(Ls-L1) x2’=(X2’-X1)/(L2-L1)
第I段(I≠1)
XI’=X I-1+(L I-L I-1)*(X-X I-1)/(L S-L I-1) x i’=(X I’-X I-1)/(L I-L I-1)
4) 验算为保证正确性,最好按照计算结果划出线性分段图,将故障时的Xs通过坐标及计算,检验是否对应结果为Ls.
天津凯发电气公司。