20. 高速铁路牵引网故障测距原理

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。

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）。

京沪高速铁路接触网短路试验分析作者：吕晓冬孙培胜来源：《中国科技纵横》2012年第22期摘要：通过京沪高速铁路接触网短路试验，对保护装置功能、动作顺序及试验数据分析，对接触网故障点标定装置的正确程度进行判断。

关键词：高速铁路接触网短路试验举世瞩目的京沪高速铁路即将开通投入运行，作为最后一道保护屏障，做短路试验十分必要。

通过接触网短路试验，能检验牵引供电系统保护装置功能及动作顺序，验证接触网故障点标定装置的正确程度，为以后正确快速处理故障提供保障。

1、故障测距原理（如图1）当线路沿线通信通道具备的情况下，出现T-R，F-R 故障时，采用“AT 中性点吸上电流比原理”；T-F故障时，采用“线性电抗法”进行测距。

如此可以确保线路出现不同类型故障时，装置都能采用相应的原理来测距。

本文就接触网出现T-R，F-R 故障时，用“AT 中性点吸上电流比原理”分析故障。

根据对AT供电方式下牵引网的理论计算，当发生T-R或F-R故障时，故障点邻近的两个AT 中性点吸上电流之比与故障点离2 个AT 的距离是成反比关系的，而且整个供电臂上所有AT 吸上电流的最大值在故障点两端。

经过大量人工试验表明，由于AT 漏抗等因素的影响，所测得的AT吸上电流比与2个AT的距离不是理想的正比关系，其关系如下式所示：式中：l-故障点到变电所SS的距离（km）；Ln -变电所距故障点前一个，即第n个AT所距离；Dn-故障点所在区间的长度，即第n个AT与第n+1 个AT 之间的距离；IGn，IGn+1-分别为第n个AT与第n+1 个AT 中性点的吸上电流和；Qn，Qn+1-整定值，与AT 之间的距离大小，钢轨漏抗，AT 漏抗、馈线长短、钢轨联接导电情况等因素有关，取5～10经验值；Kn，Kn+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。

In为装置的额定电流值，Kp为故障判别系数，β为故障方向判别角度，一般取80°。

应用AT故障测距技术查找高铁供电线路故障摘要：本文从京沪高铁AT供电方式、故障测距技术原理与应用、现场运行实例等方面指导牵引供电技术人员学习和应用AT故障测距装置、掌握AT故障测距技术，希望对京沪高铁牵引供电运行、检修工作有所帮助。

关键词：高速铁路AT供电故障测距随着京沪高铁的开通运行,在牵引供电方面有许多新设备、新技术得到应用，AT故障测距就是其中的一项。

应用好AT故障测距装置，掌握AT故障测距技术，可为分析查找接触网线路故障提供可靠依据。

一、京沪高铁AT供电方式（一）供电方式京沪高铁某区段采用2×25kV 全并联AT供电方式，即同一方向的上、下行接触网由1台断路器供电，且上、下行接触网在每个AT 所都进行一次横向电连接，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。

在全并联AT供电方式下，牵引网线路变得更加复杂，线路故障更容易发生，因此，针对全并联AT 供电方式，京沪高铁采用了单独的故障测距装置，在其发生故障后进行及时的故障查找和排除，以满足整个供电系统安全、可靠、经济地运行。

（二）典型主接线图1、AT牵引变电所牵引变压器采用三相V/X接线，由两组（四台）单相牵引变压器组成，正常时，一组投入运行，另一组备用。

牵引变电所牵引变压器低压侧，通过2×27.5kV 断路器与2×27.5kV母线相连。

2、AT所AT所上、下行接触网之间用断路器并联，正常运行时，断路器闭合，实现上下行并联供电，故障时断路器跳闸上下行断开。

在两台断路器内侧还设有两台自耦变压器，每台自耦变压器通过双极断路器接于进线上，一台运行，一台备用。

3、AT分区所AT分区所每个供电臂的上、下行接触网之间用断路器并联，正常运行时，断路器闭合，实现供电臂上下行并联供电，故障时断路器跳闸上下行断开。

两个供电臂之间设带有电动隔离开关的跨条，实现越区供电。

在每个供电臂的两台断路器内侧还设有两台自耦变压器，每台自耦变压器通过双极断路器接于进线上，一台运行，一台备用。

牵引网故障测距曾振华（华东交通大学，电气与电子工程学院，江西南昌330013）摘要：我国电气化铁道采用工频单相交流牵引制式，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，在高压输电线中利用故障电流分量消除过渡电阻影响的阻抗测距原理及将其用于牵引网馈线故障测距的计算，采用该方法可以极大提高牵引网故障测距的测量精度。

最后，提出根据AT变压器投入情况进行整定值切换的方法，以保证距离保护的可靠性。

关键字：牵引网；故障测距；阻抗法；故障分量法；AT供电系统；馈线保护策略中图分类号：U223.8 文献标识码：A目前，电气化铁道存在多种供电方式，主要有直接供电方式、带回流线的直接供电方式、BT供电方式、AT供电方式等，应用于电气化铁道的故障测距装置大多数是基于阻抗测距原理的单端测距装置。

在双边供电方式下这种测距方法在原理上受过渡电阻的影响较大，因此要保证良好而稳定的测距精度将是十分困难的。

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。

各种测距方法在牵引网中应用的比较，按照故障测距原理，输电线故障测距可分为阻抗法、故障分析法,行波法和AT距离保护法。

高速铁路客运牵引网故障测距研究摘要：加快中国的高速铁路快速发展，特别是加快高铁客运专线的建设，是解决铁路运输的一个有效措施。

牵引网是保障高铁客运专线安全运输的输电设备。

当牵引网发生故障后能快速测量出故障点的距离是具有重要意义的。

目前广泛采用的电抗测距法更适用于直供或BT供电方式，不适合于采用AT供电方式的高铁客运专线，本文提出一个新的故障测距方案—行波测距法，对其测量原理及其可行性进行研究。

关键词：客运专线；牵引网；行波测距；故障测距近年来，虽然中国高速铁路发展迅速，但铁路运输供需矛盾依然突出。

解决这个问题的有效办法就是加快铁路电气化建设，尤其是高铁客运专线建设。

牵引供电系统是客运专线系统的重要组成部分。

牵引网的最大缺点是可靠性较差且无备用，一旦出现停电故障，将直接影响正常的行车秩序，甚至旅客人身安全。

因此，牵引网发生故障后能得到及时的排查处理，是保障铁路安全运输的必要条件。

传统的人力排查工作量大，且不能满足实际需要，因此研究高铁客运专线牵引网故障测距方案对铁路运输的高效运行具有一定的实际价值。

目前几乎所有牵引变电所都装有牵引网故障测距装置用以提高供电的可靠性。

在牵引网发生短路故障时，装置能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。

目前已有的牵引网故障测距装置中，广泛采用阻抗法进行测距。

目前在牵引供电系统中，对于BT和直接供电系统牵引网故障测距普遍采用电抗法。

阻抗法即利用故障时测量到的工频电压和电流量来计算故障回路的阻抗值，再根据阻抗公式，线路长度与短路阻抗值成正比，从而求出观测点到故障点的距离。

但电抗法却不适用于AT牵引供电系统，主要是由于AT牵引供电系统结构复杂，运行方式繁多，且故障时阻抗—距离曲线呈非线性，采用阻抗法误差极大。

高铁客运专线牵引供电系统考虑AT供电方式在提高牵引网供电能力、改善电磁环境、减少电分相和降低外部电源投资等方面具有明显的优势，所以采用了AT供电方式。

DOI：10.19587/ki.1007-936x.2019.01.005高速铁路牵引供电系统故障测距方法的研究和修正缪弼东，李 瑞，艾广宁摘要：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Abstract: The fault location system is playing an important role for quick and accurate locating of fault section in traction power supply system, the paper introduces and researches the fault location methods adopted by the Beijing-Shanghai high speed railway, therefore, by means of real-time collection of line kilometer of dynamic inspection cars and the daily distributed current from the traction substation and post where the power supply arms are located, and with connection of GPS satellite clock time synchronization system for collecting kilometerage and current for accurate location, so as to realize the modification of Q-L segment data sheet, and improve the fault location accuracy.Key words: High speed railway; fault location; dynamic inspection car; kilometerage中图分类号：U226.8+1文献标识码：B文章编号：1007-936X(2019)01-0020-040 引言故障测距系统是牵引供电系统的重要组成部分，当输电线路发生故障时，故障测距系统利用采集到的本所或整条供电臂的电量数据，通过装置内置的线路参数，估算出故障点距变电所的大概距离以及故障类别，以指导应急抢修，因此故障测距系统的测距精度直接关系高铁供电系统的正常运行。

AT全并联牵引网故障测距原理研究1.概述随着时代的发展和我国国民经济的持续增长，铁路作为我国交通运输的核心，客货运量严重饱和，运能与运量矛盾十分突出，已成为制约国民经济发展的瓶颈，发展高速铁路是解决客运供需矛盾的重要手段之一。

高速铁路是指具有高加速和高减速性能及对列车运速在200km以上的铁路。

提高列车速度是铁路赖以生惟一出路。

高速铁路的牵引动力一般为电力牵引。

列车速度快、行车密度大要求供电容量大、供电可靠性高。

高速列车要求起动快，使其能够在很短的时间和距离内达到额定最高运行速度，为此，必须加大牵引功率，以增大其起动牵引力。

AT牵引网从而应运而生，从而AT故障测距引人关注。

2.AT供电方式自耦变压器供电方式，简称AT供电方式，不但是电气化铁道减轻对临近通信线路干扰的有效措施之一，而且具有很好的技术指标，己被许多发展电气化铁路的国家研究和采用，也是高速铁路使用的主要供电方式之一。

AT牵引网由接触线、轨道和回流线构成，大多AT供电系统还具有保护线和辅助联接。

对于复线AT供电系统，一般还具有横联线。

全并联AT供电方式是在复线AT供电方式的基础上，将上下行牵引网的接触线（T）、钢轨（R）和正馈线（F）在变电所出线处及AT所处通过横联线并联起来。

在全并联Af供电方式下，上下行牵引网虽然都有各自的断路器，但在正常情况下均为一主一备的运行方式，即上下行牵引网共用一台断路器。

全并联AT供电方式的具体形式如图1所示。

3.测距原理及仿真全并联AT供电方式由于接线上比较复杂，故障率相对其他供电方式比较高，因此配置故障测距装置，在线路发生故障时能够迅速测得故障地点及时解决故障，恢复系统供电，是十分有必要的。

针对全并联AT供电方的特点，研究人员进行了广泛的研究，提出了”AT中性点吸上电流比”、“连线电流比”、“转移阻抗法”等故障测距原理，这些故障测距方法各有自的特点，基本适合工程需要，但也受诸多因素影响。

3.1 AT中性点吸上电流比原理AT中性点吸上电流比应用比较典型，如图2所示，K1点发生接地故障，通过对图2所示的电路进行分析，有如下的关系式：（1）为了克服AT漏抗、线路不均匀对测距精度的影响，在工程应用中对式加以修正（2）式中：Kn，Kn+1：电流分布系数，范围根据站场情况可调整。