接触网故障测距装置
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接触网故障测距原理与精度调整
变电所 变电所
6.5.1接触网故障测距原理 复线全并联直接供电方式测距原理
X Xn
X6 X5
（a）
X4
X3
d
Zb
Zb
（b）
X2 X1
0
l1
l2
l3
（c）
图6-5-3 BT供电方式及其电抗距离曲线
ln L
在牵引网中架设吸流变压器（BT）－回流线，可使牵引电流沿回流线流回牵引变电 所而不经由轨道和大地，其原理如图6-5-3示。其作用在于减弱牵引网电流对外产 生的影响，从而使牵引电流在邻近的通信线中的影响大大减弱。由于BT串入线路， 相当于在等效电路中增加了BT的短路阻抗。其短路电抗与距离关系如图6-5-3（c） 所示，图中可以看出，BT安装位置出现短路电抗的跳变。可以看出，当发生故障时， 每一个短路电抗具有唯一的对应距离，所以仍然可以采用电抗距离分段查表测距， 只不过在BT处必须增加对应的电抗距离点。测距公式（6-5-1）在此依然有效。
(b) 天窗状态
（c）
(c)复线方式
（d）
(d)上下行全并联直接供电方式， 上下行间由隔离开关并联连接。
图6-5-1直接供电牵引网示意图
直
单线直接供电方式
接 复线直接供电方式
供
电
复线全并联直接供电方式
6.5.1接触网故障测距原理 单线直接供方式测距原理
D1
d
D2
（a）
图6.5.1(a)单线形式
X Xn
在我国哈大线首次采用牵引网单边全并联供 电，即同一方向上下行由一台断路器供电且 接触悬挂（含加强线） 在每个车站都实施一 次横向电联接，从而实现接触网的低阻抗， 减少电压损失和增强供电能力，改善供电质 量，如图d所示。列车在上、下行间运行时无 电位差，不会拉电弧，避免烧损受电弓和分 段绝缘器。哈大线的故障测距有一定的特点， 通过接触网检测系统来进行故障测距，当发 生故障时，保护动作后通过远动设备将各个 并联点的开关断开，从而形成单线状况，然 后将上行馈线合闸到接触网检测系统，通过 检测系统判断故障是否发生在上行线，如果 上行线没有检测到故障状态，再将检测系统 合闸到下行线进行检测，从而找到故障点。 这样进行故障定位需要状态良好的远动系统， 所需要的时间也会比较长，造成线路长时间 处于断电状态。
接触网行波故障测距问题研究及对策分析
接触网行波故障测距问题研究及对策分析王 胜（中铁建电气化局集团南方工程有限公司）摘 要：随着“十三五”规划逐步落地，电气化铁路正逐步完成规划内指标，高速扩张的同时电气化铁路的结构形式正逐步发生变化，传统的站内故障测距形式越来越无法保证接触网线路的供电稳定性。
本文从行波法接触网故障测距角度着手，分析了现阶段接触网行波法故障测距存在的取能问题、安装局限性问题以及行波在接触网线路中折反射的问题，并且对相关问题给出一定的见解与对策，从而完善行波法接触网故障测距在复杂结构接触网线路中的应用，实现接触网线路运维管理的智慧化、自动化，同时对未来接触网线路运行维护做出了展望。
关键词：电气化铁路；复杂接触网结构；行波故障测距；问题与对策０ 引言近年来，依据国家“十三五”规划，大力发展轨道交通运输事业，“八纵八横”正逐步落地，在轨道交通高速增长的同时，接触网线路也逐步发生变化，由传统的蒸汽以及柴油供能方式演变为电气化铁道。
我国人口基数大，分布较为密集，同时人员区域性流动较大，这就导致了传统采用直接供电形式的接触网无法满足人们出行要求，因此，采用全并联ＡＴ供电方式的电气化铁路得以大规模发展。
不同于直接供电接触网线路，其具备更强的运输动力以及承载量，同时，为满足现阶段人们生活出行的便利性要求，全并联ＡＴ供电方式的接触网线路也展现出复杂属性。
线路中存在大量的Ｔ接线路，基于电抗法的接触网故障测距方式无法满足接触网线路的需求，这就导致了接触网线路故障处理时效长，严重时会造成恶劣的社会影响［１ ３］。
《电气化铁路接触网运行安全管理》及《铁路电力调度管理办法》中对接触网线路安全运行以及电力故障调度做出了相关规定，这无疑显示了铁路部门对铁路接触网线路安全稳定运行的重视。
本文基于电抗法对接触网线路故障测距精度的不足，从成熟应用于输电线路的行波法故障测距着手，进行接触网线路故障应用的分析，从而完善行波法故障测距在复杂线路结构的接触网中的应用［４］。
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。
接触网故障测距原理与精度调整课件
02
01
03
电气化铁路接触网
用于监测接触网的运行状态，对故障进行定位和预警 。
城市轨道交通接触网
应用于城市轨道交通系统，保障列车运行安全。
大型工矿企业供电网络Байду номын сангаас
对供电网络进行实时监测，确保安全生产。
04
接触网故障测距精度调整
精度调整的重要性
提高故障定位准确性
接触网故障测距的精度对于故 障定位的准确性至关重要，能 够减少故障排查时间，提高抢 修效率。
05
接触网故障测距技术的发展趋势和挑战
技术的发展趋势
多元化发展
随着技术的不断发展，接触网故障测距技术呈现多元化发 展的趋势。多种技术手段并存，相互补充，以提高测距的 精度和效率。
智能化发展
人工智能和机器学习等技术的引入，使得接触网故障测距 技术向智能化方向发展。通过智能算法对故障数据进行自 动分析，提高测距的准确性和效率。
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恶劣环境的影响
接触网运行环境恶劣，天气、气候等因素对测距精度产生影响。为减小 环境影响，需要采用适应性强的测距方法和算法，并进行相应的修正和 补偿。
数据处理与传输的实时性
接触网故障测距需要快速响应和处理故障数据，同时保证数据传输的实 时性。为满足这一要求，需要优化数据处理和传输流程，提高数据处理 速度和传输效率。
技术的前景展望
集成化发展
未来接触网故障测距技术将向集成化方向发展。多种测距方法和算法相互融合，形成综合的测距系统 ，提高测距的效率和精度。
远程监控与诊断
随着物联网和云计算技术的发展，接触网故障测距技术将实现远程监控和诊断功能。通过将测距系统 与云平台相结合，实现对接触网的实时远程监控和故障诊断，提高故障处理效率和响应速度。
接触网故障测距实现方案分析
基础上实现的，一种方案是将采集的信号通过电缆传输，另一种方案是将采集的信号通过光纤传输。两种方案均能达到地铁直流供
电系统接触网短路故障的测距效果，满足接触网短路故障测距的要求。这两种方案的提出，将测距算法理论应用于实践，奠定了方
案基础，为实现缩短机车因接触网短路故障而停车的时间提供了可行的方法。
关键词：接触网；短路；故障测距
容易将故障扩大，故障电流通过综合接地装置、钢轨与
地之间的泄漏电阻到负极的短路故障，将会对直流设备
造成严重烧损，甚至更大的破坏性。
３ 接触网检测故障现状技术分析
到目前为止，市面上还没有成熟的接触网短路故障
测距装置。当接触网短路故障发生时，需要先手动重合
图４ 接触网对地短路故障测距等效原理
·２９３·
（ ）（·（）· ·（）· ） · ｘｍｆ ＝
ｄｉ２ ｄｔ
ｉ２ ＋ ｉ３ ′
Ｒｒ ＋ Ｌｒ
ｄ ｉ２ ＋ ｉ３ ′ ｄｔ
ｉ１ ＋ ｉ２ Ｒｃ ｉ１ ＋ ｉ２ ＋ ｉ３ ＋ ｉ３ ′ Ｒｒ ＋ Ｌｃ
（２）接触网对大地短路故障 接触网对大地短路故障也可以称为正极对大地短路 故障。产生此种故障的原因有很多，主要有接触网直接 接地；绝缘子击穿、折断；接触网对架空地线放电。 接触网对大地短路故障不会引起相应保护设备动作。
ｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔ ｆａｕｌｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｔｒｏ ＤＣ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔ ｆａｕｌｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ． Ｔｈｅｓｅ ｔｗｏ ｓｃｈｅｍｅｓ ｐｕｔ ｔｈｅ
， ， ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｒａｎｇｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｎｔｏ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｌａｉｄ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ａ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｓｈｏｒｔｅｎ ｔｈｅ ｐａｒｋｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｆ
接触网故障测距原理与精度调整
6.5.1接触网故障测距原理 AT供电方式测距原理--吸馈电流比法、电抗法综合测距
• 吸馈电流比即为AT中性点吸上电流复数与馈线电流复数之比，符号为Q。 由于的虚部远小于实部，在实际应用中，一般取吸馈电流比实部进行测距 运算。 •反向电抗即为测量点T-R间电压与AT中性点吸上电流的复数比。
Ⅰ DL Eq AT1 AT2 Ⅱ1 Ⅱ2 AT3 T1 R1 F1 X Q QT XF XT XTF QTF 0 XfT l
D4
l
Z1 2L Z1 Z 2
L
Z1、Z2分别为上行、下行测量阻抗
图6-5-2复线直接供电牵引网
6.5.1接触网故障测距原理 复线全并联直接供电方式测距原理
d D1 d
D4
（c）
（d）
6－5－1(d) 上下行全并联直接供电方式， 上下行间由隔离开关并联连接。
由于故障大多是瞬时 性故障，单侧重合闸 的时候，故障已经消 失，因而不能有效找 到短路点，形成故障 隐患。
6.5.1接触网故障测距原理 复线全并联直接供电方式测距原理
变电所
X Xn X6 X5
（a）
X4 X3 d X2 X1 0 l1 l2 l3 ln L
变电所
Zb
Zb
（b）
（c）
图6-5-3 BT供电方式及其电抗距离曲线
在牵引网中架设吸流变压器（BT）－回流线，可使牵引电流沿回流线流回牵引变电 所而不经由轨道和大地，其原理如图6-5-3示。其作用在于减弱牵引网电流对外产 生的影响，从而使牵引电流在邻近的通信线中的影响大大减弱。由于BT串入线路， 相当于在等效电路中增加了BT的短路阻抗。其短路电抗与距离关系如图6-5-3（c） 所示，图中可以看出，BT安装位置出现短路电抗的跳变。可以看出，当发生故障时， 每一个短路电抗具有唯一的对应距离，所以仍然可以采用电抗距离分段查表测距， 只不过在BT处必须增加对应的电抗距离点。测距公式（6-5-1）在此依然有效。
基于虚拟仪器的接触网故障测距装置.
"
故障点定位的原理
由于故障回路中的电抗值不受过渡电阻的影
响， 当线路发生短路故障时， 通过测量计算线路首端 至故障点的线路阻抗， 根据传输线的线路电抗值与 长度成正比原则， 即可确定故障点的距离。 为提高测 距精度， 采用接触网电抗法测距数学模型。 图 " 为某 单相接地短路故障时的等效电路。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
计算出基波电压和电流的正弦、 余弦分量后， 短 路电压和电流及短路阻抗可由下面公式计算求出：
$ $
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［］
所含各次谐波的分布情况（ 最大可分析 CW 次谐波） ， 并可以打印谐波含量报表。
U
结论
基于虚拟仪器开发平台设计的微机接触网故障
测距装置， 不仅具有强大的数据运算和处理功能， 而 且人机界面友好， 能够集数据采集、 波形显示、 数据 处理和结果输出等多种功能于一身。利用虚拟仪器 技术开发基于 V1 机的故障测距装置， 可使其硬件结 构简单、 可靠性高、 兼容性好、 功能大大增强、 使用更 为灵活， 并可通过更新软件实现不同的记录要求。 参考文献：
： 力自动化设备， TDDC ， TC （ W） TW X ECJ
Y+3Z M0)*’H&)， K#3Z K05J 15I(0?&;5) 5G A5’ %=$ <&0)， I:;8&6 0)A G5?:&*) G0-H8 ?:65?A:?;［ <］ J 6’+1$#"1 705+# 2%,
32王玮珺
一、接触网故障测距装置
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： 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。
一、接触网故障测距装置
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
一、接触网故障测距装置
故障测距的重要性
当输电线路发生故障后，准确的故障定位: 有效提高输电线路运行的可靠性； 减少因停电造成的重大综合损失； 减轻人工巡线的劳动强度； • 因此，输电线路的故障测距对及时修复线路，保证可靠 供电，保证整个电力系统的安全、稳定和经济运行起着 十分重要的作用。
接触网故障测距装置
一、接触网故障测距装置
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。
一、接触网故障测距装置
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。 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。
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Di
xn
Q Qn Qn1 Qn
( xn1
xn )
D0
xn
0.6 0.7
0.5 0.5
( xn1
xn )
二、常用故障测距原理介绍
（一）AT吸上电流比原理
3、 AT吸上电流比缺陷
• 装置一次投资高
为了保证故障点两侧AT中性点吸上电流的同步采集，必须敷设专用的传
输
数据和控制信号通道；必须在每个AT处都设置一套数据采集与发送装置
15
三、全并联AT供电方式故障测距系统
（一）所需基本参数 1、电量
变电所 TNF
It1
AT所2
It1
If1
U1
Iat
U2
It2
If2
F1
It1
If1
U1
Iat AT
U2
It2
If2
T2
If2 F2
2、开关量 • 变电所（上下行外启动信号） • 其他所（上下行断路器合位、AT变断路器合位、上下行并联开关合位）
• BT供电方式
• 全并联AT供电方式接触网发生永久性故障后解列方式
13
二、常用故障测距原理介绍
（四）电抗法原理 2、基本原理 牵引网短路时存在一定的过渡电阻，所以利用电抗和距离关
系进行故障定位。 X Xn
X3 X2
X1
0
l1
l2
l3
接线示意图
路距离示意图
l
计算公式：
ln1
Xn ln
X n1 ln1
称为吸上电流比，简称Q值。
说明：由于各厂家在用吸上电流比计算时，Q值的倍率选取和计算公式的不同。从Q值的计 算公式可以看出Q<1,但为了传输和计算的方便，可能会将Q值放大100倍。
8
变电所 0
AT所
Q 1
0.90
Qn+1=0.70 Q=0.60 Qn=0.50
0.10 D0
分区所 1
xn x xn+1
（一）主接线图 AT所主接线图
5
一、 客运专线牵引供电方式
（二）供电方式
电力系统 AB
ZB1
DL1
T F
DL2
AT1
AT2
T1 R1 F1 T2 R2 F2
6
二、常用故障测距原理介绍
（一）AT吸上电流比原理
1、AT 供电牵引网短路阻抗和短路距离的关系图
牵引网短路阻抗Z(ohm)
7
6
5
4
3
2
1
T-R短路阻抗理论计算曲线
根据现在客运专线供电方式，我们新开发的故障测距系统具 有如下优点：
• 自动判断故障前时刻故障区间的供电方式，根据不同的供电方式 采用相应的故障测距原理进行测距。
• 提供详细的故障测距报告，更方便用户查找故障。在故障报告中， 不仅有故障距离，还有故障类型（T、F、TF）和故障方向（上行、 下行）。
• 支持多达7个AT分段测距
L
min(|
I TF1
|,| I TF 2
|)
2(D0
D1 )
| I TF1 | | I TF 2 |
10
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2019/11/7
二、常用故障测距原理介绍
（二）上下行电流比原理 1、基本原理
如下图所示，当牵引网方式为上下行并联运行方式时，均可采用 上下行电流比测距原理，计算公式如下
(X
X n1 )
ln L
短路电抗和短
注意：供电臂上区间和站场的的单位阻抗不同，需分段线性 整定，站场的单位电抗一般按区间电抗的1/3整定。
14
三、全并联AT供电方式故障测距系统
上面讲述的AT吸上电流比、上下行电流比、横联线电流比、 电抗距离法等故障测距原理适用于不同的供电方式，测距原理也各有优 缺。
• 原理适用性较差
发生T-F故障时，AT被旁路，无法采集AT吸上电流；AT供电方式解列， AT退出运行，无法抽取AT中性点吸上电流。
• 装置可靠性低
当专用通道、AT处安装的数据采集与发送装置有任意一处故障则无法测 距
（二）上下行电流比原理
如下图所示，当AT所上下行不并联，分区所并联，无论是T、F、
TF故障，均可采用上下行电流比测距原理，计算公式如下
接触网线故障测距系统
1
目录
一、客运专线牵引供电方式 二、常用故障测距原理介绍 三、全并联AT供电方式故障测距系统 四、故障测距工程实施注意事项
2
一、 客运专线牵引供电方式
（一）主接线图 AT牵引变电所
3
一、 客运专线牵引供电方式
（一）主接线图 AT牵引变电所馈线接线图
4
一、 客运专线牵引供电方式
l
lk
I at (k 1) I at (k ) I at (k 1)
D
lk
式中，
I I at (k ) at (k 1)
---第K个AT所距变电所的距离(km)；；
,
---第k个和第k+1个AT中性点吸上电流（A）；
D---第k至k+1个AT间距（km）。
I at (k 1) 上面I式at(k中) Iat(k1)
L
D1
由于故障时，吸 上电流比 会受到 站场、大地泄漏、 AT漏抗等因素的 影响，所以在程 序设计中，不采 用整个AT段的直 线测距公式，而 是采用分段线性 法，
分段线性测距法
L
n1
Di
i0
xk
Q Qk Qk 1 Qk
( xk 1
xk )
举例：图中短路点的计算 L
n1 i0
式中，I1, I2
D0 , D1
L
I1
I2
I2
2(D0
D1 )
故障及非故障方向供电臂电流； 变电所距AT所距离、AT所距分区所距离。
变电所
AT所
分区所
I1
I2
D0
D1
12
二、常用故障测距原理介绍
（三）横联线电流比原理 横联线电流比原理和AT吸上电流比原理类似，要获取3个处所的横连
16
三、全并联AT供电方式故障测距系统
3、定值
Q-L表、X-L表、单位电抗。。。
（二）测距原理综合运用
1、数据同步
要保证故障测距的准确性，就必须保证故障点两侧AT中性点吸上电
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)
7
二、常用故障测距原理介绍
（一）AT吸上电流比原理
2、 基本原理 AT吸上电流比原理是20世纪60年代末日本提出的，其基本原理如下：
假设AT为理想变压器、钢轨对地全绝缘，且沿线路阻抗参数均匀分布，则当 故障发生在第k至第k+1个AT之间时，有：
线电流，找到最大的两个，确认故障的AT段，按下面公式计算：
L
n1 i0
Di
I HL(n1) I HLn I HL(n1)
Dn
其中，I HLn | I TF1 |
为各处所的横联线电流模值
只适用于全并联供电方式下，单线方式无法获取横联线电流。
（四）电抗法原理
1、适用范围
• 单线直接供电方式