8 高速铁路牵引网故障测距系统
高速铁路牵引供电系统故障测距方法的研究和修正 汪洋
高速铁路牵引供电系统故障测距方法的研究和修正汪洋发表时间：2019-07-24T13:45:55.253Z 来源：《电力设备》2019年第5期作者：汪洋[导读] 摘要：近年来，我国的高速铁路工程建设越来越多，在高速铁路牵引供电系统中，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。
（中国铁路上海局集团有限公司杭州供电段杭州 310000）摘要：近年来，我国的高速铁路工程建设越来越多，在高速铁路牵引供电系统中，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；公里标引言面对新的发展形势，高速铁路牵引供电系统传统的运维方式存在一些棘手问题，如牵引变压器利用效率不高、部分易老化设备寿命周期过短、运营维护成本过高、迅猛发展的牵引供电系统规模与运维人员短缺矛盾突出等。
以上问题急需一种长效的运维管理模式予以解决，以提高高速铁路牵引供电设备管理水平和资产运营效率，进而达到“提质增效”目的。
1主要牵引供电制式电气化铁路采用单相交流牵引供电，但是各国的牵引供电制式有所不同。
德国等中、北欧国家因历史原因采用16.7Hz单相交流供电制式，法国、英国等国家电网电压等级高、短路容量大，采用单相变压器为铁路供电，而日本受某些地区薄弱电网影响采用Scott平衡变压器为铁路供电。
我国电气化铁路采用单相工频交流牵引供电方式，受地区电网特点影响，变压器接线形式多样。
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。
复杂牵引网全并联AT供电故障测距方案的探讨
复杂牵引网全并联AT供电故障测距方案的探讨摘要：以某高速铁路牵引变电所为例，开展铁路牵引网供电臂较复杂（有T 接）情况下的故障测距及保护整定方案的研究。
重点分析T接情况下故障测距方式选择、测距精度调整中存在问题的解决方法，进而达到缩短故障点查找时间，提高供电可靠性的目的。
关键词：牵引变电所；AT供电；故障测距；馈线保护Abstract: Taking a high-speed railway traction substation as an example, the fault location and protection setting scheme of railway traction network with T-connection of power supply arm are studied. This paper mainly analyzes the solutions to the problems existing in the selection of fault location mode and the adjustment of location accuracy under the condition of T-connection, so as to improve the reliability of power supply.Key words: traction substation; auto transformer supply system; fault location; feeder protection引言为了提高接触网T接线路跳闸后保护可靠性和测距精度，缩短实际故障点的查找时间。
结合现场实际情况，对高速铁路某牵引变电所215、216馈线改造后的历次跳闸数据和管段内其他线路跳闸数据进行分析，进一步的提出更加具有针对性的故障测距方案，其数据和结论对复杂线路条件下的测距方式选择具有较好的借鉴意义。
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。
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。
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。