郭 峰，王 健，侯 娜
摘 要：在对接触网磁场进行三维仿真，确定磁场空间分布基础上提出通过电磁传感器对接触网沿线的电磁环境进行监测，根据短路点两侧电磁感应电压的变化对短路故障进行定位的方法，并通过短路故障定位实例验证了该方法的可行性和有效性。该方法对于缩短故障查找时间，提高故障抢修效率，提高牵引供电的安全性和可靠性具有重要意义。
关键词：电磁感应；短路；接触网；故障定位
电气化铁路所处环境复杂，短路故障发生频率高，如果对短路点定位不准确，故障查找时间长，会造成行车大面积晚点，旅客出行受到极大影响。因此，电气化铁路短路故障的精确定位是缩短事故抢修时间，提高牵引供电质量的重要措施。
传统的短路故障定位方法往往通过牵引供电回路的短路电气过程计算短路故障发生距离，接触网发生短路故障后，一般通过3个步骤对其进行处理。首先，供电调度根据掌握的信息判断故障的性质、原因和影响范围，初步对短路故障进行定位，一般需要约10 min。然后，接触网工区根据供电调度提供的信息进行故障排查，该过程所需时间主要由故障定位的准确性、到达现场的难易程度和故障查找难度决定，具有很大不确定性（有的故障排查甚至需要几小时，对列车运行造成严重影响）。最后，根据故障情况进行故障处理，一般约需30 min完成。可以看出，短路故障点的分析和排查对于恢复供电的用时具有决定意义。短路故障点的准确定位在接触网短路故障排查中起到至关重要的作用。
国内外学者先后提出了很多接触网短路故障定位方法。文献[1]根据AT供电牵引网的结构特点，对单、复线AT牵引网的特性进行了较深入的分析，提出了单、复线AT牵引网故障测距的数学模型和用微机实现的方案。文献[2]借助MATLAB中的小波变换工具对在ATP中仿真得到的电流波形进行尺度3分解并提取暂态行波信号，通过编程分析得到行波信号的模极大值波形，即找到信号突变点；根据模极大值点得到初始行波波头到达线路两端检测点的时间，利用D型行波测距法原理计算得到故障距离。文献[3]利用基于故障电压和故障电流计算故障回路电抗值的电抗法故障点定位原理，装置采用软件替代硬件，使用虚拟仪器开发平台LabwindowsCVI和数据采集卡完成了系统功能。文献[4]采用广义对称分量法分析短路阻抗特性，绘制AT供电方式下T-R故障的短路阻抗与距离的曲线，设计了基于AT吸上电流比原理和上下行电流比原理的综合故障测距方案。文献[5]针对牵引网目前广泛应用的故障测距算法易受整次、非整次谐波、机车负荷以及线路参数波动的影响，提出一种利用线路单端暂态电压进行精确故障测距的新算法。文献[6]对线路在不同位置处发生故障、有机车负载运行等情况下的接触网短路故障电压电流波形做出了仿真预测，在仿真验证的基础上完成了行波故障测距装置的实现。以上文献所用的方法多是通过变电所故测仪器根据线路中电压、电流、阻抗的关系，按照线路阻抗分布计算出短路故障发生的位置[7～10]，但因为接触网结构复杂，短路电气过程又属于暂态过程，普遍存在定位精度不高、适应性差的问题。如果定位错误或误差较大，更加不利于故障点的排查，延长故障处理时间，对电气化铁路的正常运行造成影响[11～13]。因此研究适应性更强、准确度更高的接触网短路故障定位方法成为电气化铁路发展中亟待解决的问题。
保育舍采用局部保温结合辅助加温方式，以减少能耗。妊娠、育肥舍采用局部降温方式和饮水结合，既保证躺卧区域的舒适性，又可以提高饮水温度，改善内环境。
电气化铁路供电回路是不对称回路，接触网中的交变电流会产生交变磁场。短路故障发生时，短路电流会发生突变，接触网周围磁场强度也会发生突变，而短路点两侧的磁场强度变化趋势相反，基于此可以从接触网周围的磁场中挖掘出大量准确的短路故障信息。本文基于所建立的接触网不同情况下的空间磁场分布模型，以及在空间磁场分布数据计算的基础上，根据变化的磁场会引起监测线圈中感应电动势的变化原理，研究非接触式架空接触网短路故障定位的新方法。
电磁传感器的原理和电路如图1、图2所示。电气化铁路牵引供电电流为单相工频交流电，在接触线周围的磁场也是交变的。根据法拉第电磁感应定律，交变的磁场会在线圈上产生一定的感应电动势。从电磁传感器电路图可以看出，本系统仅采集电磁传感器的输出电压，线圈中不会产生电流，因此该电磁传感器不会产生新的磁场，不会对电气化铁路沿线的电子或通信设备造成干扰。
设线圈中磁通f = fmsinwt，交流电流频率为f，线圈匝数为N，线圈截面积为S，则
e = -N
Emsin(wt - 90°) （1）
那么，线圈中磁通产生的感应电动势e的幅值为Em =2pf Nfm，有效值为
因fm = BS，则E = 4.44 f NBS。
结果表明，随催化剂用量的增加，稠化剂在酸液中粘度增加，当催化剂低于一定量时，合成的稠化剂几乎无粘度，说明稠化剂在无催化剂情况下可能发生没有按设计执行缩合反应，而生成另一种副产物。随催化剂用量的增加，稠化剂在酸液中的稠化时间先减短而后增长，为了达到研究目的使稠化剂达到速溶效果，在粘度满足情况下不必追求更高粘度。因此，确定合成中催化剂用量为0.25%。
尽管公益诉讼制度建设最终取决于司法机关，但是水行政主管部门可以通过在各地提起水资源保护公益诉讼的方式，扩大水资源保护公益诉讼的实践影响力，并在实践中发现制度建设需求并研究提出完善相关制度的方案。另外，水行政主管部门还可以通过宣传媒介扩大水资源保护公益诉讼理论和实践案例宣传，树立典型，提高全社会的认可度，这样不仅可以对相关高层决策产生积极影响，还可以调动全社会保护水资源的积极性。
因此，只要确定待测位置磁感应强度B、线圈的匝数N和截面积S、电流频率f，就可以计算出线圈中感应电动势E。对于电气化铁路接触网，供电方式、供电电流等不同会对磁场的空间分布造成较大影响，确定待测位置的磁场强度成为计算电磁传感器感应电压的关键。
图1 电磁传感器原理
图2 电磁传感器电路
频域电磁场求解的磁矢位方程如下：
在给水系统设计中，由于现代住宅格局中阳台、厨房、卫生间等需要用水的地方分散各处，因此，为了更好地满足住户的用水需求，须在入户给水支管上安装可以分流的分水器，通常将其设计安装在用水区域的墙体内，并尽量使用外径小于25mm的支管来连接各用水区域。关于水表的设置，多层单元式住宅通常将其置于外墙低层或屋顶层以上的水表箱内，分户水管由室内管井或室外引入住户家中；高层或超高层住宅通常将水表设计安装在楼梯休息平台墙体内；高档住宅小区则在厨房和卫生间设计安装IC智能型水表或智能抄表系统，便于随时掌控用水状况。
目前,通过水下机器人的协同作业来定期对船舶开展无损检测和清污的维护工作,使其避免危险状况的发生。然而,水下机器人协同作业通信中存在的传输数据率低,传输慢、安全性不高、干扰性大等问题,导致协同作业时的协调性和精确度降低。
(jws-w2e0er)
由于磁场的无散性（Ñ
显然，上式恒满足Ñ
目前，牵引供电方式主要有直接供电方式、BT（吸流变压器）供电方式和AT（自耦变压器）供电方式。高速电气化铁路主要采用直接供电方式和AT供电方式。本文采用多物理场仿真软件对这2种供电方式的接触网进行建模，通过仿真结果分析2种供电方式的磁场空间分布特性。
在建立模型时，作以下几个假设：（1）不考虑接触线形状和拉出值的影响；（2）不考虑空间电磁干扰，包括周围输电线路电流、钢轨电流等产生的磁场影响；（3）不考虑大气环境的影响；（4）不考虑电力机车通过时对磁场的影响；（5）假设牵引电流只在接触线中流过。
2.2.1 接触网空间几何模型
不同供电方式的接触网几何参数如表1所示。根据这些参数建立接触网的空间几何模型，如图3所示。
表1 接触网参数 mm
供电方式导高距离中心线距离侧面限界 直供6 0002 0002 500 直供+回流6 0002 0002 500 AT5 3003 0003 000
图3 接触网空间几何模型
2.2.2 接触网磁场分布
普速电气化铁路一般采用直接供电方式，牵引电流设定为500 A，如果是直供+回流方式，回流线电流取牵引电流的0.6倍。高速电气化铁路一般采用AT供电方式，牵引电流设定为1 000 A，负馈线上的电流与牵引电流大小相等、方向相反。
接触网额定电压为25 kV，根据电气化铁路安全规程，带电设备间的安全距离为2 m。为了保障设备和行车安全，以及电磁传感器安装的方便和测量准确性，直接供电方式的电磁传感器安装在支柱距地3.5 m处，AT供电方式的电磁传感器安装在支柱距地3 m处。通过仿真可以得到不同供电方式下接触网周围磁场分布和电磁传感器安装处的磁场强度，如图4所示。
图4 不同供电方式下磁场分布
基于上一节所述的根据电气化铁路安全规程设计的电磁传感器安装位置，在接触网支柱外侧安装电磁传感器系统，监测接触网磁场的变化，将监测到的电磁传感器电压通过电压采集和传输设备传到调度中心，由调度中心对线路的电磁场变化进行统一监控。电磁传感器系统在现场的安装如图5所示。
图5 电磁传感器安装示意图
某单相工频交流电气化铁路接触网短路电流的幅值曲线如图6所示。
图6 某区间短路电流幅值曲线
根据短路电流幅值曲线可以得到距离短路发生位置的短路电流幅值，将其代入接触网电磁场分布计算模型，可以得到故障情况下短路故障点两侧磁场分布情况。假设短路发生在距变电所16 km处，通过短路电流幅值曲线可知，如果该处无附加供电线和回流线，短路电流幅值为8 kA；如果该处有附加供电线和回流线，短路电流幅值为5 kA。这样可以得到短路点附近靠近变电所侧和远离变电所侧电磁传感器处的磁感应强度B，如图7所示。
图7 短路故障时的磁场分布
由接触网磁场分布图，可以得到短路故障发生处（距离变电所16 km）的电磁传感器的磁感应强度。电磁传感器线圈匝数取1 000匝，截面积为0.25 m2，根据式（2）可以计算出正常、短路、无电流情况下短路点附近电磁传感器的输出电压幅值，具体结果如表2所示。
表2 电磁传感器输出电压（短路发生在距离变电所16 km处）
供电方式供电状态牵引电流/A传感器位置/mm磁感应强度B/T传感器输出电压/V 直供正常5003 5004.80E-052.66 短路8 0003 5006.50E-0436.08 无电03 5008.70E-060.48 直供+回流正常5003 5002.30E-051.28 短路8 0003 5004.40E-0424.42 无电03 5005.80E-060.32 AT供电正常1 0003 0009.40E-055.22 短路5 0003 0003.40E-0418.87 无电03 0005.90E-060.33
从表2可以看出，接触网在正常、短路、无电供电状态下电磁传感器处的磁感应强度和输出电压有明显的变化。当发生短路故障时，直接供电方式下电磁传感器输出电压由正常时的2.66 V突变为36.08 V，而无电侧电磁传感器电压下降为0.48 V；直供+回流供电方式下，电磁传感器输出电压由1.28 V突变为24.42 V，无电侧则下降为0.32 V；AT供电方式下，电磁传感器输出电压由正常值5.22 V突变为18.87 V，无电侧则下降为0.33 V。
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可以获得每根支柱上电磁传感器的输出电压后，根据短路时短路点到变电所间电磁传感器输出电压与短路点远离变电所侧电磁传感器输出电压变化情况的比较，就可以获知短路故障发生的位置。该方法对短路点的定位可以精确到一个跨距之内，对于缩短故障查找时间具有重要的作用。
以往一般通过牵引供电回路的电气特性对接触网短路故障进行定位，本文提出一种基于接触网系统磁场分布特性的接触网短路故障定位新方法。通过建立电磁传感器模型，对接触网的磁场空间分布进行研究；通过仿真分析，依据短路点两侧电磁传感器输出电压的突变情况进行短路故障定位；通过短路故障定位举例，对理论的正确性和定位的可行性进行了验证。该方法具有定位准确、适应性强的特点，且电磁传感器与牵引供电接触网无电气连接，电气安全性高，也不产生新的磁场，不会对周边的电气设备造成电磁干扰。
我们所选取的两项指标均为正向指标，即指标数值越大，对应的会员任务完成能力越强。对正向指标进行标准化处理:[8]
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Abstract: The paper puts forward the monitoring of electromagnetic environment along the OCS by means of electromagnetic sensors subject to the determination of magnetic field spatial distribution, after 3D simulation of OCS magnetic field is made, verifies the feasibility and effectiveness of the method in accordance with the short circuit fault locating method depending on the variation of electromagnetic inductive voltages at both sides of short circuit point. The method is significant to shorten the time of trouble shooting, enhance the efficiency of emergency rescue, and improve the safety and reliability of traction power supply.
Key words: Electromagnetic induction; short circuit; OCS; fault location
中图分类号：U226.8+1
文献标识码：A
文章编号：1007-936X(2019)03-0048-05
DOI：10.19587/j.cnki.1007-936x.2019.03.012
收稿日期：2019-04-22
作者简介：郭 峰.中铁七局集团电务工程有限公司，高级工程师；
王 健.华东交通大学电气工程学院，讲师；
侯 娜.中铁七局集团电务工程有限公司，工程师。
首次实验采用的方案是，对所有论文进行分词，去除连词、介词、代词等结构性词汇，再将其余词汇进行词频检索，按词汇出现频次高低排序，分析高频次词汇的词性规律。这是一般文本挖掘常用的方法，这样得出的高频词汇表中，很多日常用词居于排行前列，高频专业词汇数量太多且不集中，难以得出精炼的研究热点，故放弃此实验方案。
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