基于三維磁場(chǎng)測(cè)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(guó)的客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)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(jì)，符合高速鐵路高速重載化運(yùn)行的發(fā)展趨勢(shì)。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(chē)受流運(yùn)行提供了根木保障，但牽引網(wǎng)線(xiàn)路露天架設(shè)并運(yùn)行在不同的環(huán)境中，常發(fā)生線(xiàn)路短路故障，而傳統(tǒng)的牽引網(wǎng)故障測(cè)距方法大多存在測(cè)距精度不高的問(wèn)題。隨著近年來(lái)磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)的研究，通過(guò)牽引網(wǎng)空間磁場(chǎng)環(huán)境的變化已能很好的反映出線(xiàn)路的運(yùn)行狀況，基于此，本文重點(diǎn)研究了基于三維磁場(chǎng)測(cè)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(shí)現(xiàn)故障定位、故障類(lèi)型識(shí)別和故障測(cè)距，對(duì)于縮短停電時(shí)間和提高可靠性具有重要意義。
　　 針對(duì)研究的問(wèn)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(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)在空間任一點(diǎn)處三維磁場(chǎng)的理論公式，充分考慮了牽引網(wǎng)專(zhuān)有導(dǎo)線(xiàn)材質(zhì)和非簡(jiǎn)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(xiàn)路模型為基礎(chǔ)，仿真分析了牽引網(wǎng)線(xiàn)路在周?chē)臻g的磁場(chǎng)分布;詳細(xì)闡述了導(dǎo)線(xiàn)空間特征尺度的概念

3、，并在此基礎(chǔ)上，分別對(duì)接觸線(xiàn)、鋼軌、絞線(xiàn)空間特征尺度進(jìn)行了研究。分析結(jié)果表明:當(dāng)場(chǎng)點(diǎn)距離牽引網(wǎng)專(zhuān)有導(dǎo)線(xiàn)達(dá)到空間特征尺度時(shí)，在給定精度的要求下，可將牽引網(wǎng)專(zhuān)有導(dǎo)線(xiàn)等效為實(shí)心圓導(dǎo)線(xiàn)計(jì)算磁場(chǎng)。
　　 牽引網(wǎng)線(xiàn)路中電流分布的變化密切聯(lián)系著牽引網(wǎng)空間磁場(chǎng)分布的變化。參考現(xiàn)有文獻(xiàn)工作，基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際線(xiàn)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(xiàn)-鋼軌、接觸線(xiàn)-饋線(xiàn)、饋線(xiàn)

4、-鋼軌短路故障時(shí)線(xiàn)路中的電流分布，并仿真研究了不同故障AT段、故障距離、過(guò)渡電阻對(duì)于電流分布的影響。
　　 提出了基于磁場(chǎng)測(cè)量的牽引網(wǎng)短路故障定位方法。首先針對(duì)全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)線(xiàn)路運(yùn)行的特點(diǎn)，選取了磁場(chǎng)測(cè)量點(diǎn)的最佳放置位置，在其基礎(chǔ)上深入研究了基于故障點(diǎn)兩側(cè)磁場(chǎng)信號(hào)測(cè)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(duì)短路故障點(diǎn)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(diǎn)兩側(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度相角的突變實(shí)現(xiàn)牽引網(wǎng)

5、短路故障類(lèi)型準(zhǔn)確識(shí)別方法，并充分考慮了故障點(diǎn)所在AT區(qū)段、機(jī)車(chē)運(yùn)行工況和外界噪聲水平變化所帶來(lái)的影響;在短路故障區(qū)域和故障類(lèi)型已知的基礎(chǔ)上，對(duì)在故障區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確測(cè)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(duì)所提出的故障測(cè)距方法與已有文獻(xiàn)中的測(cè)距方案進(jìn)行了分析比較。
　　 為了將所提出的方法運(yùn)用于實(shí)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(guò)安裝在牽引網(wǎng)沿線(xiàn)桿塔上的磁場(chǎng)測(cè)量單元來(lái)實(shí)時(shí)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(cè)量到的磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行初步的判斷并發(fā)送故障預(yù)警信號(hào)，最終依靠安裝在牽引變電所處的終端計(jì)算機(jī)分析實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域定位、故障類(lèi)型識(shí)別和故障點(diǎn)定位。對(duì)組成磁場(chǎng)測(cè)量單元的裝置及功能進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)，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(duì)所提出的系統(tǒng)進(jìn)行的成木分析顯示:工程造價(jià)便宜，具備了運(yùn)用實(shí)施的可行性。
　　 論文從基礎(chǔ)理論、方法分析到運(yùn)用實(shí)現(xiàn)三方面對(duì)提出的基于三維磁場(chǎng)測(cè)量的牽引網(wǎng)短路故障定位方法進(jìn)