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全并联AT牵引网行波传播特性与故障测距研究

舒新星  
【摘要】:全并联AT牵引供电系统因供电性能强和对通信线干扰低而广泛运用在中国高速铁路。其线路拓扑结构复杂,相比于其他供电方式发生故障的概率是最高的,特别是短路故障类型。牵引网没有备用线路,一旦出现故障,会影响铁路部门生产安全,现有故障测距装置的测量精度受多种因素影响。行波法在电网的成熟运用,且牵引网无此类装置,因此采用行波法对牵引网故障定位是非常重要的研究课题。首先,本文对全并联AT牵引供电系统及其他各种供电方式进行介绍,计算出牵引网的阻抗、导纳参数矩阵,其矩阵维度为14×14,并采用逐步合并规则将牵引网电气参数矩阵合并成维度为6×6的矩阵,为后续研究全并联AT牵引网行波传播特性提供理论及数据支撑。其次,基于第2章的电气参数矩阵计算出牵引网电流相模变换矩阵,对牵引网行波传播特性进行分析,包括牵引网频变特性曲线和大地电阻率对行波传播系数的影响,并选用频率为5k Hz下的模速作为后文测距数据。通过ATP-EMTP仿真分析AT自耦变压器对行波传播的影响。再次,使用ATP-EMTP建立完整的牵引供电系统仿真模型,通过对行波传播路径理论分析和线路多个量测点的仿真波形的验证故障电流行波传播路径及规律。故障发生后供电臂首末两端必有一端电流信号奇异性低难以检测的特点,提出一种基于时频谱相似度全并联AT牵引网行波测距方法。该方法首先测量双端电流数据,然后计算牵引变电所端上下行电流行波的时频谱相似度矩阵来识别故障点区段,最后选择与故障点同一区段量测端的电流行波采用A型测距公式测距,可通过故障点反射波极性与初始行波相同,AT所端反射波极性与初始行波极性相反来解决识别第二个反射波的问题。通过对空载及机车负载时进行仿真验证,利用小波模极大值标定波到时刻,计算出故障距离。仿真计算结果表明,本文提出的行波测距方法能够有效的识别反射波及准确定位。最后,将基于时频谱相似度的行波测距方法进行一个集成并以可视化操作,基于MATLAB中的GUI图形用户界面,开发出了一套全并联AT牵引网行波故障测距系统,界面设计简洁友好,能够在各种短路故障状态下精准快速测距,且结果准确。


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