鐵道電氣化牽引網(wǎng)故障測(cè)距doc

1、牽引網(wǎng)故障測(cè)距 華東交通大學(xué)電氣學(xué)院 08鐵道電氣化2班 張波 28摘要：電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)是指從牽引變電所經(jīng)饋電線到牽引網(wǎng)再到電力機(jī)車的工作系統(tǒng)。    我國(guó)電氣化鐵道采用工頻單相交流牽引制式。牽引變電所一般用于將三相110 kV的電能變換成275 kV（牽引網(wǎng)額定電壓為25 kV）的電能并按單相分配給機(jī)車用戶。根據(jù)牽引網(wǎng)不同供電方式的要求及牽引變電所為抑制單相牽引負(fù)荷造成電力系統(tǒng)的不對(duì)稱影響，常采用不同接線方式與結(jié)構(gòu)的主變壓器，并以此將變電所區(qū)分為三相牽引變電所（一般用Y011變壓器，二次側(cè)的C相接地，由A、B相向兩側(cè)供電，形成左右兩側(cè)供電臂。）

2、、單相牽引變電所、三相兩相牽引變電所（如Scott接線主變壓器、平衡變壓器等），供電原理如圖2所示。而前面提到的“牽引網(wǎng)不同供電方式”一般可分為直接供電（direct feeding）、BT（booster transfor- mer）供電和AT（autotransformer）供電方式。關(guān)鍵字：牽引網(wǎng) 故障 測(cè)距 阻抗法 故障分析法 行波法 上述不同的牽引變電所形式、不同的牽引網(wǎng)供電方式及針對(duì)單復(fù)線電氣化區(qū)段，對(duì)故障測(cè)距均有不同的要求。因此，有必要研究針對(duì)不同類型牽引網(wǎng)的故障測(cè)距算法。 電力牽引負(fù)荷的特點(diǎn)：從故障測(cè)距涉及的因素來考查電力牽引負(fù)荷的特點(diǎn)，會(huì)發(fā)現(xiàn)它有以下一些特點(diǎn)值得關(guān)注。（1）一

3、段牽引網(wǎng)一般只由1臺(tái)變壓器從單端供電，形成明顯的線路首端和末端，并且沒有分支；在線路的首端，可將變壓器看成它的電源；（2）單臺(tái)機(jī)車功率相對(duì)于變電所容量較大，因此，機(jī)車的各種工況導(dǎo)致的負(fù)荷電流波動(dòng)較大；電流的變化以突變（階躍）居多；     （3）負(fù)荷峰、谷值相差懸殊； （4）滑動(dòng)取流的機(jī)車受電弓由于離線產(chǎn)生電弧及機(jī)車的頻繁調(diào)級(jí)、投切（變壓器空載），導(dǎo)致在系統(tǒng)中產(chǎn)生豐富的諧波（高次及分次）；     （5）系統(tǒng)的回流（經(jīng)回流軌、地或回流線）雜亂。簡(jiǎn)便起見，下文中關(guān)于以上特點(diǎn)的引用將直接使用其序號(hào)。各種測(cè)距方法在牽引網(wǎng)

4、中應(yīng)用的比較，按照故障測(cè)距原理，輸電線故障測(cè)距一般可分為阻抗法、故障分析法和行波法。一：阻抗法阻抗法利用故障時(shí)測(cè)量到的工頻電壓和電流量來計(jì)算故障回路的阻抗值，是基于線路長(zhǎng)度與阻抗值成正比的原理而求出觀測(cè)點(diǎn)到故障點(diǎn)的距離。式中Um、Im均為矢量，由裝置安裝點(diǎn)測(cè)量得到；Z為線路單位長(zhǎng)度的阻抗；D為故障點(diǎn)到裝置安裝點(diǎn)的距離；Z為測(cè)距誤差，其性質(zhì)由系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)及過渡電阻Rf確定。阻抗法的應(yīng)用較廣泛，隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，不論是采用單端法還是雙端法，在準(zhǔn)確度和可靠性方面都有較大的提高，并涌現(xiàn)出了許多有針對(duì)性的算法，在此不再贅述。目前，電氣化鐵道牽引網(wǎng)故障測(cè)距裝置多是基于這一原理的。由上文的特點(diǎn)（1）可知，牽

5、引網(wǎng)一般處于單端電源供電狀態(tài)，在供電臂故障時(shí)，只能用單端電氣量測(cè)距。因此它不可避免地要受到過渡阻抗的影響。另外，一個(gè)比較關(guān)鍵的問題是對(duì)于富含高次及分次諧波的電氣化鐵道牽引網(wǎng)，傅里葉算法在處理大量分次諧波及非周期分量時(shí)比較困難，因此準(zhǔn)確獲得工頻電壓、電流值也將是困難的。這對(duì)基于工頻量的測(cè)距法都是一個(gè)挑戰(zhàn)。正是由于上述牽引網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、負(fù)荷的特點(diǎn)及阻抗測(cè)距原理本身的原因，一些圍繞阻抗法所做的修正方法或者關(guān)于消除諧波及過渡阻抗影響的算法當(dāng)應(yīng)用于牽引網(wǎng)故障測(cè)距時(shí)，都難以得到穩(wěn)定、精確的測(cè)距效果。牽引網(wǎng)故障測(cè)距的多年應(yīng)用實(shí)踐也證實(shí)了這一方法在精度及穩(wěn)定性方面存在著諸多不足。二：故障分析法在系統(tǒng)運(yùn)行方式已確定

6、和線路參數(shù)已知的條件下，輸電線路發(fā)生故障時(shí)，裝置處的電壓和電流是故障點(diǎn)距離的函數(shù)。該法就是利用故障時(shí)記錄下來的電壓、電流值對(duì)故障進(jìn)行分析計(jì)算，實(shí)時(shí)求出測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)的距離。仍用圖4來敘述它應(yīng)用于單端測(cè)距的基本方法。故障分析法與阻抗法的區(qū)別在于它不以測(cè)量阻抗或電抗為基礎(chǔ)。從上式還可看出，測(cè)距結(jié)果D也不受過渡電阻的影響，因此使得這一方法有較廣泛的適應(yīng)性。研究表明，該方法在一般輸電線的故障測(cè)距中將是一種有前途的方法。將其應(yīng)用于電氣化鐵道牽引網(wǎng)的故障測(cè)距也將明顯優(yōu)于阻抗法。首先，D的值不受過渡電阻影響，這一點(diǎn)是很可貴的；其次，對(duì)單端電源的牽引網(wǎng)，電流分布系數(shù)CM的取值為1，這便得D的計(jì)算簡(jiǎn)單而精確。但

7、不足的是，故障分析法與阻抗法一樣仍然需要使用工頻的電壓、電流量；同時(shí)，隨著機(jī)車受電弓滑動(dòng)取流造成的導(dǎo)線逐步磨耗及部分區(qū)段的換線、頻繁的人工檢修、復(fù)線區(qū)段由于鄰線狀況的不確定性等因素造成的線路單位阻抗Z的不穩(wěn)定性，使得故障分析法在應(yīng)用于這一領(lǐng)域時(shí)受到極大的干擾和限制。另外在提取實(shí)時(shí)故障分量電流Img時(shí)，上文特點(diǎn)（2）所述的大量躍變電流也將對(duì)測(cè)距穩(wěn)定性造成不可低估的影響。因此，利用工頻量的故障分析法也難以適用于電鐵牽引網(wǎng)的故障測(cè)距。三：行波法行波法是根據(jù)行波傳輸理論實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線故障測(cè)距的方法。由于行波在線路中有比較穩(wěn)定的傳播速度，且測(cè)量到的時(shí)間差不受線路類型、故障電阻及系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)等影響，因而，行

8、波法故障測(cè)距有較好的精度和穩(wěn)定性。早期利用行波的測(cè)距裝置可分為A、B、C型3種。A型裝置利用故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波在測(cè)量點(diǎn)到故障點(diǎn)間來回往返的時(shí)間與行波波速之積來確定故障位置；B型裝置利用故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波到達(dá)兩端的時(shí)間差與波速之積來確定故障位置；C型裝置是在故障發(fā)生時(shí)于線路的一端施加高壓高頻或直流脈沖信號(hào)，根據(jù)脈沖往返時(shí)間來確定故障位置。這3種方法中，A型、C型為單端測(cè)距；B型為雙端測(cè)距，需要有兩端通信。A型和B型裝置對(duì)輸電線路的瞬時(shí)性和永久性故障均有較好的適應(yīng)性，C型裝置則可在線路斷開的條件下檢測(cè)出故障，因此多用于永久性故障定位。現(xiàn)代行波法中，基于全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioning

9、System，GPS）精確對(duì)時(shí)的雙端行波法的D型裝置（原理同B型）使得行波故障測(cè)距的實(shí)現(xiàn)既簡(jiǎn)單又精確穩(wěn)定，并且有良好的適應(yīng)性。由B型裝置的測(cè)距算法可看到，由GPS精確獲得tT、tQ、tC是可能的，而行波速度一般是穩(wěn)定的，因此由D型裝置獲得的DnF也將是精確而穩(wěn)定的。將行波法應(yīng)用于電氣化鐵道牽引網(wǎng)的故障測(cè)距，行波信號(hào)可直接通過電壓互感器、電流互感器獲取，其測(cè)距精度和穩(wěn)定性不受過渡電阻及上述牽引負(fù)荷特點(diǎn)（2）（3）（4）等造成的影響。這將有可能消除牽引網(wǎng)測(cè)距中的多種偶然誤差，真正得到牽引網(wǎng)故障定位穩(wěn)定而精確的結(jié)論。結(jié)論：比較阻抗法、故障分析法及行波法在電氣化鐵道牽引網(wǎng)中故障測(cè)距的適應(yīng)性，筆者發(fā)現(xiàn)前

10、兩種方法固然有它的優(yōu)點(diǎn)，但隨著輸電線行波傳輸理論研究的深入及電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)技術(shù)的引入，現(xiàn)代行波法將更勝一籌，其應(yīng)用前景將更加廣泛?，F(xiàn)代行波法已在信號(hào)的傳變、提取、識(shí)別、處理等技術(shù)方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。本文提出將行波法應(yīng)用于電氣化鐵道牽引網(wǎng)故障測(cè)距也是結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)水平和以上比較而得出的。參考文獻(xiàn)：1 賀威俊，簡(jiǎn)克良電氣化鐵道供變電工程M北京：中國(guó)鐵道出版社，19802曹建猷電氣化鐵道供電系統(tǒng)M北京：中國(guó)鐵道出版社，19813葛耀中新型繼電保護(hù)與故障測(cè)距原理與技術(shù)M西安：西安交通大學(xué)出版社，19964徐丙垠利用暫態(tài)行波的輸電線路故障測(cè)距技術(shù)D西安：西安交通大學(xué)電氣工程系，19915

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13、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)

14、 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

15、 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 phas

16、e 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 el