电气化铁道牵引网故障测距装置的研究
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摘要
牵引网的精确故障定位，有助于及时修复故障线路，减轻维护人员体力劳动，对铁路安全经济运营具有十分重要的意义。但由于受技术条件的制约，至今还缺少高可靠高精度的故障定位装置。本文分析总结了现有的国内外故障定位的理论与技术以及存在的问题，并在此基础上提出了基于分布参数的牵引网故障测距原理。
本文结合电气化铁道供电系统特点，提出了基于谐波分量的协调控制测距方法，克服了牵引网线路过短而造成的影响；针对牵引负荷特点，提出了数据处理的新思路，即系统正常运行时，用差分傅氏算法处理数据，以满足装置启动对实时性的要求，故障后，采用最小二乘方算法处理数据，以满足装置定位对精度的要求；针对复线牵引网的多种运行方式，引入了开关量信息和故障附加信息进行运行方式识别，并建立了相应的测距方程式。此外，还采用TI公司的TMS320VC33作为装置主微处理器，选用C语言编程设计实现了基于分布参数的牵引网故障测距装置。
Locating the fault accurately and timely can not only contribute to restore the fault traction line and relieve the intension of surfaceman, but also be propitious to improve the reliability and safety of the railway. But for the limitation of technology condition, there is not a fault locator with high accuracy and high reliability. Based on the comprehensive analysis of the application status and the existed problem of traction line fault location, the thesis present a new fault locator principle based on distributed parameter.
The dissertation combine the specialty of supply system of electrization railway and present a new harmonized-control method for fault location that overcome the influence the length of traction line, the method make use of harmonic component. Then the paper bring forward the special way of data processing that adopt the difference Fourier’s algorithm to process data in the normal condition in order to meet with the demand for time and use least square algorithm to process fault data in order to meet with the demand for precision. At last we judge the operation mode of duplicate-traction line and set up the fault location model based on information of switch status and appended fault information. Moreover we develop a new fault locator for traction line based on distributed parameter. The microprocessor of the device selects TMS320VC33 that is made by Texas Instrument and the compiled language uses standard ANSI C.
LiHongGang(High Voltage & Insulation Technology )
Directed by prof. Quan Yu Sheng
本文结合电气化铁道供电系统特点，提出了基于谐波分量的协调控制测距方法，克服了牵引网线路过短而造成的影响；针对牵引负荷特点，提出了数据处理的新思路，即系统正常运行时，用差分傅氏算法处理数据，以满足装置启动对实时性的要求，故障后，采用最小二乘方算法处理数据，以满足装置定位对精度的要求；针对复线牵引网的多种运行方式，引入了开关量信息和故障附加信息进行运行方式识别，并建立了相应的测距方程式。此外，还采用TI公司的TMS320VC33作为装置主微处理器，选用C语言编程设计实现了基于分布参数的牵引网故障测距装置。
Locating the fault accurately and timely can not only contribute to restore the fault traction line and relieve the intension of surfaceman, but also be propitious to improve the reliability and safety of the railway. But for the limitation of technology condition, there is not a fault locator with high accuracy and high reliability. Based on the comprehensive analysis of the application status and the existed problem of traction line fault location, the thesis present a new fault locator principle based on distributed parameter.
The dissertation combine the specialty of supply system of electrization railway and present a new harmonized-control method for fault location that overcome the influence the length of traction line, the method make use of harmonic component. Then the paper bring forward the special way of data processing that adopt the difference Fourier’s algorithm to process data in the normal condition in order to meet with the demand for time and use least square algorithm to process fault data in order to meet with the demand for precision. At last we judge the operation mode of duplicate-traction line and set up the fault location model based on information of switch status and appended fault information. Moreover we develop a new fault locator for traction line based on distributed parameter. The microprocessor of the device selects TMS320VC33 that is made by Texas Instrument and the compiled language uses standard ANSI C.
LiHongGang(High Voltage & Insulation Technology )
Directed by prof. Quan Yu Sheng
引文
[1] 秦家铭，我国电气化铁路的发展及展望，铁道工程学报，1998，59(3)：1～6
[2] 赵丽平，李群湛，陈小川，基于虚拟仪器的接触网故障测距装置，电力自动化设备，2003，23(04)：53～55
[3] 王立新，应用于铁路系统的故障测距装置的研制，(硕士学位论文)，北京，华北电力大学，1994
[4] 曾晓红，高仕斌，AT供电牵引网断线接地及其馈线保护动作行为分析，铁道学报，1996，18(02)：87～91
[5] 王伟，AT供电牵引网新型微机故障测距系统的研究，(硕士学位论文)，成都，西南交通大学，1991
[6] 高仕斌，王伟，陈小川等，AT供电牵引网微机故障测距系统的研究，铁道学报，1993，15(04):19～27
[7] 陈小川，贺威俊，王牣等，电力牵引网故障测距与录波微机综合系统，电力系统自动化，1996，20(4)：5～8
[8] 金永贤，李枝，接触网故探仪的研制，华东交通大学学报，1996，13(03):54～56
[9] 李彦吉，李玉林，故障点标定装置精度的再提高，电气化铁道，2001(01)6～9
[10] 陈小川，贺威俊，高仕斌等，电牵引系统新型微机自适应馈线保护故障测距原理与特征，铁道学报，1995，17(A01):1～7
[11] Millard, A.; Taylor, I.A.; Weller, G.C.，AC electrified railways-protection and distance to fault measurement，Electric Railways in a United Europe, 1995., International Conference, 1995，73 ～77
[12] Jun Zhu， Lubkeman, D.L., Girgis, A.A.，Automated fault location and diagnosis on electric power distribution feeders， Power Delivery, IEEE Transactions on , 1997，12(02): 801～809
[13] 陈小川，复线电力牵引网微机故障测距原理及实现，西南交通大学学报，1994，29(2):125～129
[14] 徐丙垠，李京，陈平等，现代行波测距技术及其应用，电力系统自动化，2001，25(23)：62～65
[15] 冉旭，廖培金，陈平等，行波故障测距法在电气化铁道牵引网中的运用，电网技术，2001，25(2):35～39
[16] 焦在滨，高仕斌，行波法在电气化铁道牵引网故障测距中应用的可行性研究，继电器，2003，31(07)：33～36
[17] 冉旭，电气化铁道牵引网双端行波故障定位系统，(硕士学位论文)，西安，西安交通大学，2001
[18] 全玉生，高压架空输电线路故障测距新算法的研究，(博士学位论文)，西安，西安交通大学，1999
[19] 高仕斌，贺威俊，重载电力牵引系统馈线保护及故障测距若干问题与对策，我国铁路重载运输十周年学术研讨会论文集，北京：中国铁道出版社，1997，286～294
[20] 葛耀中, 新型继电保护与故障测距原理与技术, 西安:西安交通大学出版社,1996
[21] 苏鹏程，牵引网高阻接地故障微机保护系统及其仿真，(硕士学位论文)，成都，西南大学，1994
[22] 李友军，王俊生，郑玉平等，几种行波测距算法的比较，电力系统自动化，2001，25(14)：36～39
[23] 董新洲，葛耀中，贺家李等，输电线路行波保护的现状与展望，电力系统自动化，2001，24(10)：56～60
[24] 曹建猷，电气化铁道供电系统，北京：中国铁道出版社，1983
[25] 于成聚，刘润田，接触网设计及检测原理，北京：中国铁道出版社，1991
[26] 赵慧芳，电气化铁道用斯科特、逆斯科特变压器，变压器，1997，34(05)：19～21
[27] 邓林江，宋剑伟，牵引变电所微机保护及测距装置运用中存在问题分析及对策，机车电传动，2001 (5)：20～21
[28] 郑永平，电气化复线AT牵引网故障测距的神经网络方法探讨，1999年国中神经网络与信号处理学术会议论文集，北京：电子工业出版社，1999，560～563
[29] 王伟，交流电气化铁道牵引网高阻保护的研究，纪念电气化铁路30周年学术会议论文集，北京：中国铁道出版社，1991，47～51
[30] 高仕斌，电气化铁道微机型继电保护的有关技术问题，继电器，2002，30(02)：46～48
[31] 刘永红，何友全，肖建，高速铁路受电弓概况，电力自动化设备，2002，22(11):16～19
[32] 黄石柱，李建华，赵娟等，电气化铁道牵引变电所概率谐波电流的仿真计算，电力系统自动化，2002，26(05)：26～31
[33] 韩奕，李建华，黄石柱等，SS4型电力机车的动态仿真模型及随机谐波电流计算，电力系统自动化，2001，25(04)：31～35
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[38] 刘学军，牵引供电系统牵引网的四端网络级联模型及其仿真，铁道学报，1995，17(A01):32～35
[39] 王勋，牵引网广义两相不对称系统短路阻抗计算方法，华东交通大学学报，1995，12(01)：43～50
[40] 施围，电力系统过电压计算，西安：西安交通大学出版社，1988
[41] 陈铮，苏进喜，吴欣荣等，基于分布参数模型的高压输电线路故障测距算法，电网技术，2000，24(11)：31～33
[42] 林军，林家锋，基于传输线方程的高压输电线故障测距仪的研究，电网技术， 1999，23(09):63～65
[43] 束洪春，司大军，陈学允等，基于分布参数模型的串补线路故障测距方法研究，中国电机工程学报，2002，22(04)：72～76
[44] 安艳秋，高厚磊，基于分布参数模型的精确故障测距算法，继电器，2003，31(06)：42～45
[45] 王俊勇，张保会，中性点非直接接地系统的单相接地故障测距测距新算法，继电力自动化设备，2000，20(03)：8～11
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[48] A. T. Johns, P. J. Moore, R. Whittard. New Technique for the Accurate Location of Earth Faults on Transmission System. IEE Proc-Gener. Transm. Distrib. 1995, 142(1):119～127.
[49] A. T. Johns, P. J. Moore, R. Whittard. New Technique for the Accurate Location of Earth Faults on Transmission System. IEE Proc-Gener. Transm. Distrib. 1995, 142(1):119～127
[50] T. Johns, S. Jamali. Accurate Fault Location Technique for Power
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[51] Pan Yinxuan，Sun Shugin， Li Chunhua，An algorithm of the harmonics on traction power system of the electrified railway，Power Symposium, 1990. Proceedings of the Twenty-Second Annual North American, 1990，78 ～81 [29]
[52] 孙六山，张晓友，陈学允，平行双回线故障测距算法的研究，电力系统自动化，1999，23(05):28～30
[53] 贾文超，刘刚，尤文，三相全耦合传输线分析，电气电子教学学报，2002，24(05):44～46
[54] 杜申华，电气化铁道供电系统负序潮流与牵引网复杂故障的分析，(博士学位论文)，成都，西南交通大学，1990
[55] 潘启敬，牵引供电系统继电保护，北京：中国铁道出版社，1987
[56] 周大敏，龙燕，一种不受衰减非周期分量影响的最小二乘滤波算法，电网技术，1999，23(03)：31～34
[57] 陈铁刚，牵引网故障测距算法的研究，中国电气化铁路一万公里学术会议论文集，北京：中国铁道出版社，1995，235～240
[58] A. T. Johns, S. Jamali. Accurate Fault Location Technique for Power Transmission Lines. IEE Proc 1990, 137(6):395～402.
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[60] 刘毅，温渤婴，差分与傅氏变换算法相结合算法在微机电流保护中的运用，继电器，2000，28(08)：36～38
[61] 高婧，郑建勇，潘振东，电力系统微机保护中改进傅氏算法综合性能研究，继电器，2002，30(10)：16～20
[62] 黄恺，孙苓生，继电保护傅氏算法滤除直流分量的一种简便方法，电力自动化设备，2003，27(04)：50～52
[63] 张兆宁，孙雅明，毛鹏，电力系统故障暂态信号分析中基波提取的一种新方法，电力系统及其自动化学报，1999，11(03)：58～65
[64] 王毅非，最小二乘算法的研究与改进，继电器，2000，28(03)：5～8
[65] 陈允平，吴夙，龚庆武等，输电线路故障定位的最小二乘法实现，电力系统自动化，2001，25(13)：54～56
[66] H.W.Dommel著，李永庄，林集明等译，电力系统电磁暂态计算理论，北京：水利电力出版社，1991
[67] ATP程序用户使用手册，中国电力科学研究院高压所，1994
[68] 周大敏，一种基于富氏滤波原理的电力系统频率测量方法， 继电器，1997，25(6)：
10～15
[69] 贺家李，电力系统继电保护原理，北京：中国电力出版社，1994
[70] 杨奇逊，微型机继电保护基础，北京：中国电力出版社，1988
[71] 贺威俊，简克良，电气化铁道供变电工程，北京：中国铁道出版社，1980
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Transmission Lines. IEE Proc 1990, 137(6):395～402.
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