摘要：随着高速电气化铁路进程加快，我国对铁路安全越来越重视，接触网作为牵引供电系统的重要组成部分，其故障的精确定位对于保证高速铁路安全高效运营具有极大的意义。本文基于全并联AT供电方式接触网故障测距，提出新的故障定位方法，旨在提高接触网故障定位精度，缩短故障定位所需时间，以满足高速电气化铁路的运行需求。
关键词：AT供电方式；接触网故障
随着高速铁路的快速发展，牵引供电接触网成为重要的运输装备。接触网所处的工作环境非常恶劣，长期处在大电流、高频振动、强张力、持续磨损的工况中，是高速铁路运输保障系统中比较薄弱的环节。接触网沿铁路线路架设，电气关联的区域广，一旦出现短路故障，如果不能精确判断故障性质和位置，就无法迅速恢复正常供电。
1.AT供电方式
AT供电方式在牵引网中增设了正馈线和自耦变压器，通过这种方式，牵引供电电压增加了一倍，不仅极大的提高了整个牵引网的载流能力，还减轻了对铁路邻近通讯线路的干扰影响。AT供电方式以其固有的优点，成为牵引供电系统正常运营的经济技术指标，目前已经被众多电气化铁路国家采纳和使用。
AT供电方式有单复线两种形式，将复线AT供电方式上下行两路牵引网在牵引变电所的出线处，使用同一台断路器将各自的接触线、钢轨和正馈线在各个AT所通过横联线对应并联连接，这就是全并联AT供电方式的基本结构。
相对于传统的直接供电方式和AT供电方式及其改进型，全并联AT供电方式的优势十分明显：
(1)当牵引网承担相同的牵引负荷时，全并联方式的电压损耗更小，其效率相应就更高；
(2)当牵引网承担的牵引负荷和受电弓电压降都相同时，全并联方式的牵引变电所数量减少一半，对应分区和分相点也会大大减少；
(3)当牵引系统中牵引变电所数量相同时，牵引供电系统的运载量可以增加了一倍；
(4)针对目前已经存在的高压线路，能够对牵引变电所的位置进行更好的选择；
(5)附近居民区和铁路相关场所受到的电磁和通讯影响将大大降低；
2.接触网故障测距原理
通常情况下，接触网短路故障分为瞬时故障和永久故障。瞬时故障可由重合闸恢复供电，但需立刻找到故障点并进行确认和处理，以防再次出现危及牵引供电系统安全稳定运行的隐患。永久性故障则需迅速查清故障情况并进行排除，前提是找到故障点的确切位置。
（1）故障性质的判断。目前京沪高速铁路主要采用吸上电流比故障测距方法。当接触网出现短路故障时，应判断其故障性质逻辑关系。当接触网故障发生时，通过建立全并联AT电流分布简化模型进行短路电流分析。
（2）A T供电方式测距结果决策。故障测距包括测距装置测距结果和馈线保护动作报告，若两者结果相近，则测距结果完全可信；若误差较大，保护动作A T全并联模式时，且馈出电流与吸上总电流基本一致，以A T测距结果为准；当A T全并联解列，且数据差异较大，以馈线直供测距为准。
3. 故障信号处理方法
随着现代社会各领域技术快速发展，对信号处理技术的要求越来越高，各种分析处理行波信号的方法相继出现。
(1) 傅立叶变换（Fourier）
傅立叶变换是最经典的信号频谱变换方法，由法国工程师 Fourier 提出。这一理论的出现，为基础科学和应用科学的研究提供了平台，从本质上改变了研究人员对函数根深蒂固的看法。基于这种思想，Cooley 和 Tukey 提出了快速傅立叶变换，这种方法的提出使得傅立叶变换进一步渗透到各领域工程中，获得了广泛而深入的应用。
傅立叶变换将信号从时域转换到频域，而傅立叶反变换将信号从频域逆变换回时域，实现了信号在时域和频域间的相互转换，使原来比较抽象的频率概念变的更具体。事实证明，在电力系统、电磁学、地震研究、石油工程、通讯、化工和生物医疗等领域，傅立叶信号分析法都是一种实用、有效、可靠的方法。
在实际应用过程中，人们逐渐发现傅立叶变换各方面的不足：缺乏时间和频率的定位功能；适合分析时不变信号，在分析非平稳信号时表现出一定的局限性；适用于特征尺度基本相同的信号，不适合分析多尺度信号和突变信号；时间窗口确定后，大小不能改变，不具有自适应性。
(2) 小波变换
小波变换是传统傅立叶变换的一个自然延伸算法，是当代数学研究领域中的一个重要分支，在相关理论研究和实际应用方面都具有深刻的意义并获得快速发展。1984 年，Morlet 第一次提出小波分析的概念，1990 年，Meyer 在出版的《小波与算子》一书中，详细介绍了该方法，这标志着小波理论这一新型学科诞生。
小波分析法选择局部相关小波作为局部最大值进行连续小波变换，将信号在时间和频率上进行局部变换。该方法的优点是时频窗口可调，连续小波变换的局部化具有变焦特性，更有效的将信号中包含的信息提取出来，经过伸缩和平移等运算对信号进行多尺度分析，克服了傅立叶变换的缺点，解决了许多傅立叶变换不能解决的难题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆小波分析是信号分析处理发展史上的一座里程碑，小波也因此被誉为“数学显微镜”。
近二十年，小波分析蓬勃发展，涉及领域之广、影响范围之大，发展速度之快都是空前的。小波分析在图像处理、信号分析、模式识别、医学成像与诊断、理论物理和量子力学等学科领域都有应用，其中信号分析方面已经用于滤波、去噪、压缩和传递等学科领域。小波分析在电力系统的应用也有很多，输电线路故障测距、电能质量分析等都用到了小波变换理论。
当然，小波变换也存在一定的缺点和不足，主要表现为：选择小波基困难；由于基函数固定，在进行信号分解时，小波变换没有自适应性；变换尺度和小波基选定后，小波变换的分辨率也就基本确定无法改变了；小波变换是傅立叶变换的一种延伸，实质为窗口可调的特殊傅立叶变换，所以其固有属性要求待分析信号在小波窗内是平稳的。以上这些局限都阻碍了小波分析的进一步发展
4. AT供电方式下故障测距失效原因分析
4.1 AT变未投入
由于吸上电流法需要根据牵引所及AT所、AT分区所吸上电流的大小，来判断故障距离，如果AT变未投入，牵引变电所无法采集吸上电流进行AT法测距计算。
4.2 AT所或AT分区所通道故障
由于在故障发生时，AT所或AT分区所由于通道故障，未及时将故障电流数据回传至牵引变电所，导致牵引变电所AT故障测距装置无法根据吸上电流判断故障距离。这时故测装置给出的故障距离都是3km。
4.3 越区供电时相邻供电臂故障
当本所越区供电至相邻所时，在邻所供电臂发生故障时，该供电臂AT所及AT分区所的故障电流会回传至相邻牵引变电所，而不回传至本所，导致故障测距装置无法正常工作。
4.4接触悬挂或正馈线断线
当正馈线或接触线发生断线故障时,由于故障时的供电方式发生变化,AT变压器由于缺相而无法正常工作，导致故障时无吸上电流，此时牵引变电所内相关馈线断路器跳闸，故障测距装置仅接收到本所故障电流，而造成故障测距不准确，严重时误差可达1个AT间隔。
4.5参与故障测距的电流互感器发生故障
吸上电流法是根据故障时牵引变电所牵引变压器及相关馈线的AT变压器吸上电流的大小来判定故障距离的，当相关电流互感器发生故障时，会导致故障测距装置无法正常工作。
4.6故障测距装置自身故障
由于故障测距装置本身发生故障，无法进行故障测距计算，导致故障测距失效。
5. 关于故障测距的几点体会
5.1要积累数据，及时修正参数
要提高故障测距精度，应在联调联试期间对所有供电臂进行起点金属性和非金属性以及末端金属性短路试验，根据实验数据，修改故障测距中设置的各项参数，提高故障测距装置的精度。在开通运营后，要注意总结积累每次跳闸后的故测距离、实际故障距离以及电流参数，及时修改故障测距参数，提高故障测距精度。
5.2根据故障电流判断故障地点
总结多次跳闸的数据进行分析，当故障测距装置由于各种原因而造成误报（即报出无效数据时），我们可以根据各牵引变电所、AT所、分区所所吸的故障电流的大小以及AT所、分区所断路器跳闸情况，对故障区段及故障类型进行初步判定。当多次跳闸重合，且故障测距给出的电流数值及故障类型基本相同时，可以判断多次跳闸一定是同一地点供电设备原因引起的，
5.3故障测距的重召
当测距装置在故障发生后，若判定某一所通道故障时，会发出自动重召命令，对故障后的数据进行重召，若此时，通道恢复，则给出新的故障测距数据，可能与上一次给出的数据不同，故障查找时，应以重召给出的故障距离为准。
5.4 F线故障
当牵引变电所发生跳闸故障，如重合不成功，且故障测距装置给出的故障类型为F型，可以将该供电臂F线切除，退出AT变，变为直供方式，恢复列车正常运行。根据列车运行图，当牵引变电所采用直供方式后，末端网压仍然不低于26kV，完全能够满足动车运行需要。
5.5 AT测距法失效采用阻抗法测距
AT供电方式正常采用的是吸上电流法的故障测距，但通过实际运行和前面的分析，许多情况下AT测距法失效，尤其是当正馈线或接触线发生断线故障时,AT故障测距失效，故标距离与实际距离相差太大，影响故障查找和抢修。因此，必须在AT测距法失效的情况下，投入阻抗法测距。牵引变电所、AT所、分区所各个特殊点发生故障，该点吸上电流远远大于其余地点的吸上电流，且在AT所及AT分区所附近短路时，由于该处离AT变压器较近，由该AT变吸上电流经T线和F线返回牵引变电所，此时T线与F线吸上电流占故障电流的比例较大，且大小基本相同，故在牵引变电所报出的故障类型多为未知或TF型，此时，只有将该所的吸上电流综合考虑，才能判定具体故障类型。
6. 结论
随着中国高速铁路不断发展，列车速度和行车密度大幅提高，AT供电方式以其更高的可靠性、更大的供电功率、更长的供电区段等优势成为我国现阶段高速铁路主流供电方式。接触网是电气化铁路牵引供电系统的重要组成部分，一旦出现故障，将严重影响铁路正常运营，甚至威胁到乘客及工作人员的人身安全。
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论文作者:贺雄
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第05期
论文发表时间:2019/7/15
标签：故障论文; 傅立叶论文; 电流论文; 变电所论文; 小波论文; 方式论文; 信号论文; 《当代电力文化》2019年第05期论文;