基于三維磁場測量的全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)故障定位方法研究.pdf

1、目前我國的客運專線及城際鐵路大多數(shù)均按全并聯(lián)AT供電方式進(jìn)行設(shè)計，符合高速鐵路高速重載化運行的發(fā)展趨勢。全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)是高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分，為電力機(jī)車受流運行提供了根木保障，但牽引網(wǎng)線路露天架設(shè)并運行在不同的環(huán)境中，常發(fā)生線路短路故障，而傳統(tǒng)的牽引網(wǎng)故障測距方法大多存在測距精度不高的問題。隨著近年來磁場測量技術(shù)的研究，通過牽引網(wǎng)空間磁場環(huán)境的變化已能很好的反映出線路的運行狀況，基于此，本文重點研究了基于三維磁場測量的全

2、并聯(lián)AT牽引網(wǎng)故障定位方法，該方法能快速準(zhǔn)確的實現(xiàn)故障定位、故障類型識別和故障測距，對于縮短停電時間和提高可靠性具有重要意義。
　　 針對研究的問題，基于電磁學(xué)基本定理，推導(dǎo)了直角坐標(biāo)系下有限長直導(dǎo)線在空間任一點處三維磁場的理論公式，充分考慮了牽引網(wǎng)專有導(dǎo)線材質(zhì)和非簡諧圓橫截面特征，以有限元分析軟件Ansoft/Maxwell中建立的牽引網(wǎng)線路模型為基礎(chǔ)，仿真分析了牽引網(wǎng)線路在周圍空間的磁場分布;詳細(xì)闡述了導(dǎo)線空間特征尺度的概念

3、，并在此基礎(chǔ)上，分別對接觸線、鋼軌、絞線空間特征尺度進(jìn)行了研究。分析結(jié)果表明:當(dāng)場點距離牽引網(wǎng)專有導(dǎo)線達(dá)到空間特征尺度時，在給定精度的要求下，可將牽引網(wǎng)專有導(dǎo)線等效為實心圓導(dǎo)線計算磁場。
　　 牽引網(wǎng)線路中電流分布的變化密切聯(lián)系著牽引網(wǎng)空間磁場分布的變化。參考現(xiàn)有文獻(xiàn)工作，基于現(xiàn)場實際線路參數(shù)，在Matlab/Simulink仿真環(huán)境中搭建了全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)短路故障仿真模型，仿真分析了牽引網(wǎng)在發(fā)生接觸線-鋼軌、接觸線-饋線、饋線

4、-鋼軌短路故障時線路中的電流分布，并仿真研究了不同故障AT段、故障距離、過渡電阻對于電流分布的影響。
　　 提出了基于磁場測量的牽引網(wǎng)短路故障定位方法。首先針對全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)線路運行的特點，選取了磁場測量點的最佳放置位置，在其基礎(chǔ)上深入研究了基于故障點兩側(cè)磁場信號測量的牽引網(wǎng)短路故障區(qū)域定位方法，并給出了判斷故障區(qū)域的步驟;對短路故障點兩側(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度幅值和相角的分布進(jìn)行了研究，提出了利用故障點兩側(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度相角的突變實現(xiàn)牽引網(wǎng)

5、短路故障類型準(zhǔn)確識別方法，并充分考慮了故障點所在AT區(qū)段、機(jī)車運行工況和外界噪聲水平變化所帶來的影響;在短路故障區(qū)域和故障類型已知的基礎(chǔ)上，對在故障區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)精確測距進(jìn)行了理論公式推導(dǎo)，算例分析的結(jié)果佐證了理論推導(dǎo)公式的有效性，并對所提出的故障測距方法與已有文獻(xiàn)中的測距方案進(jìn)行了分析比較。
　　 為了將所提出的方法運用于實際工程中，本文構(gòu)筑了一種新型的牽引網(wǎng)故障定位系統(tǒng)。通過安裝在牽引網(wǎng)沿線桿塔上的磁場測量單元來實時感應(yīng)牽引網(wǎng)中

6、電流的變化，智能故障指示箱能夠?qū)y量到的磁場信號進(jìn)行初步的判斷并發(fā)送故障預(yù)警信號，最終依靠安裝在牽引變電所處的終端計算機(jī)分析實現(xiàn)故障區(qū)域定位、故障類型識別和故障點定位。對組成磁場測量單元的裝置及功能進(jìn)行了初步的設(shè)計，并詳盡描述了單元內(nèi)各裝置之間的關(guān)系和工作流程。對所提出的系統(tǒng)進(jìn)行的成木分析顯示:工程造價便宜，具備了運用實施的可行性。
　　 論文從基礎(chǔ)理論、方法分析到運用實現(xiàn)三方面對提出的基于三維磁場測量的牽引網(wǎng)短路故障定位方法進(jìn)