錢澄浩，何正友，高朝暉，王 斌

（西南交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院，四川 成都 610031）

0 引言

全并聯(lián)自耦變壓器（AT）供電系統(tǒng)是在原有復(fù)線AT牽引網(wǎng)的基礎(chǔ)上將上行和下行線路在AT處通過橫聯(lián)線連接形成的。相比已有供電方式，全并聯(lián)AT供電方式具有牽引網(wǎng)阻抗小、網(wǎng)損和電壓降落低及抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，有效改善了動(dòng)車組的受電環(huán)境［1-2］。針對(duì)牽引供電系統(tǒng)供電功率大、供電區(qū)段長、可靠性高的需求，目前我國大多客運(yùn)專線及城際鐵路接觸網(wǎng)均按全并聯(lián)AT供電方式設(shè)計(jì)。但由于高速鐵路牽引網(wǎng)露天架設(shè)，經(jīng)受風(fēng)雨冰霜、雷電及惡劣的環(huán)境污染，且無備用；同時(shí)，受電弓和接觸網(wǎng)之間存在滑動(dòng)接觸，不斷引起接觸網(wǎng)的振動(dòng)，引發(fā)接觸網(wǎng)部件松動(dòng)或斷線脫落，常導(dǎo)致牽引網(wǎng)發(fā)生短路故障［3］。

國內(nèi)外專家學(xué)者指出牽引網(wǎng)空間的磁場(chǎng)分布與牽引網(wǎng)線路中的電流分布密切相關(guān)，采集牽引網(wǎng)周圍電磁場(chǎng)信息用于描述其運(yùn)行狀態(tài)是準(zhǔn)確可靠的。目前針對(duì)牽引網(wǎng)電磁場(chǎng)分布的研究主要分為3個(gè)方向［4-7］：利用電磁工具測(cè)量出磁場(chǎng)分布；利用 Cason、有限元等理論進(jìn)行電磁強(qiáng)度計(jì)算；建立模型進(jìn)行電磁仿真分析。文獻(xiàn)［8］針對(duì)意大利高速鐵路低頻電磁環(huán)境的特性，利用Maxwell 3D Ansoft軟件對(duì)高速列車和牽引網(wǎng)進(jìn)行二維、三維的磁場(chǎng)分布計(jì)算；文獻(xiàn)［9］給出了詳細(xì)的高速鐵路動(dòng)態(tài)電磁場(chǎng)分布公式，在Simulink中建立了完整的系統(tǒng)電磁仿真模型。但目前鮮有針對(duì)牽引網(wǎng)短路故障時(shí)空間磁場(chǎng)分布的研究。

全并聯(lián)AT網(wǎng)具有半段效應(yīng)，即在故障區(qū)段上、下行牽引網(wǎng)電流分布不對(duì)稱，故障點(diǎn)短路電流是由相鄰2個(gè)AT等比例提供。因此，發(fā)生短路的2條線路的電流大小和方向在故障點(diǎn)前后處會(huì)隨著故障距離和過渡電阻的變化而變化?；诖?，本文在仿真電流分布的基礎(chǔ)上，研究了全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)發(fā)生不同類型短路時(shí)，故障點(diǎn)兩側(cè)的磁場(chǎng)環(huán)境變化，并分析了故障所在區(qū)段、過渡電阻、機(jī)車位置和運(yùn)行工況對(duì)于故障后磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響。

1 基本磁場(chǎng)理論推導(dǎo)

1.1 測(cè)量單元位置的選取

根據(jù)某一實(shí)際全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)空間線路位置分布［10-11］，建立全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)14導(dǎo)體模型，并假設(shè)坐標(biāo)原點(diǎn)位于短路故障點(diǎn)所在切面，如圖1所示。圖中，各大寫字母含義如下：T為接觸線；R為鋼軌；F為正饋線；PW為保護(hù)線；SW為承力索；GW為地線。

根據(jù)線路特點(diǎn)選取了磁場(chǎng)測(cè)量點(diǎn)的最佳放置位置P1和P2，由于z軸方向每隔一定距離放置1個(gè)測(cè)量單元，所以此處僅給出P1和P2的x軸、y軸最佳坐標(biāo)為（-3.5，4.5）、（8.5，4.5）。選取 P1和 P2放置的原因?yàn)椋号c牽引網(wǎng)各導(dǎo)線的距離較為一致，不會(huì)因?yàn)榭拷骋粭l線路而造成測(cè)量誤差；在正常情形下，接觸線和饋線中電流方向相反，產(chǎn)生的磁場(chǎng)相抵消，故障時(shí)有利于凸顯特征；可忽略大地和綜合地線回流對(duì)于測(cè)量的影響。

1.2 空間任意分布線路的磁場(chǎng)分析

牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)類似，均通過多條平行導(dǎo)線的供電方式來傳輸電能。通過基本電磁學(xué)知識(shí)可知，無限長直導(dǎo)體在空間某處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度大小與該點(diǎn)到導(dǎo)體之間的距離r成反比。由空間動(dòng)態(tài)位的達(dá)朗貝爾方程和洛倫茲規(guī)范可知，一般變化電流分布 J（x′，t）所激發(fā)的矢勢(shì)為：

圖1 全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)14導(dǎo)體模型Fig.1 Model of all-parallel AT traction network with 14 conductors

其中，μ為相對(duì)磁導(dǎo)率；β為電流激勵(lì)源角頻率和磁場(chǎng)傳輸速度之比。

由式（1）可看出場(chǎng)點(diǎn)上的動(dòng)態(tài)位和引起它的激勵(lì)源δc存在時(shí)間上的差異，若激勵(lì)源頻率變化越快，則推遲勢(shì)作用的效果越明顯?？紤]牽引網(wǎng)為工頻交流供電，則空間中所產(chǎn)生的電磁波波長達(dá)到6000km，故在考察牽引網(wǎng)線路空間附近幾十km范圍內(nèi)的磁場(chǎng)變化時(shí)都可看作是似穩(wěn)場(chǎng)。所以通過測(cè)量牽引網(wǎng)空間磁場(chǎng)的有效值變化可以反映出牽引網(wǎng)線路中電流分布的變化。

然而牽引網(wǎng)線路在發(fā)生短路故障時(shí)，無限長直導(dǎo)線求解磁場(chǎng)的公式將不再適用，因此需對(duì)空間有限長直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)公式進(jìn)行理論推導(dǎo)。為便于分析，考慮導(dǎo)線與直角坐標(biāo)系中的z軸平行，如圖2所示。

圖2 有限長直導(dǎo)線三維磁場(chǎng)分析Fig.2 Three-dimensional magnetic field analysis for limited long straight wire

根據(jù)Bior-Savart定律可知，載流導(dǎo)體M1M2在場(chǎng)點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：

其中，μ0為真空磁導(dǎo)率常數(shù)；r為場(chǎng)點(diǎn)到源點(diǎn)的矢量；i、 j、k 分別為 x、y、z軸方向向量；電流 I如果沿著z軸正方向取正，沿著z軸負(fù)方向則取負(fù)。所以k×r可寫為：

因此磁感應(yīng)強(qiáng)度可寫成分量表達(dá)式：

式（6）中Bz恒等于0，這與分析中假設(shè)導(dǎo)線與z軸平行有關(guān)，Bx、By分別為水平和垂直線圈測(cè)量到的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。若定義則的物理意義是場(chǎng)點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度幅值的大小。磁感應(yīng)強(qiáng)度B在Bx-By二維直角坐標(biāo)系下不同象限時(shí)，θ的表達(dá)式為：

θ值描述了磁感應(yīng)強(qiáng)度B的矢量相角。牽引網(wǎng)短路故障點(diǎn)兩側(cè)線路中，突變的電流大小和方向會(huì)導(dǎo)致牽引網(wǎng)空間磁場(chǎng)分布的變化，因線路空間分布位置不同，故不同短路故障類型在測(cè)量點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度亦會(huì)發(fā)生不同的變化。

2 全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)電流分布仿真

假設(shè)牽引網(wǎng)線路供電臂長45 km，每個(gè)AT段長15 km，即可把供電臂劃分為3個(gè)AT區(qū)段，以某一實(shí)際線路的參數(shù)建立全并聯(lián)AT網(wǎng)的仿真模型［12-14］。通過設(shè)置不同短路類型發(fā)生時(shí)的故障距離和過渡電阻可得到在不同情形下的電流分布圖。例如，全并聯(lián)AT上行牽引網(wǎng)在距離牽引變電所22.5 km處發(fā)生過渡電阻為5 Ω的T-R短路故障時(shí)，牽引網(wǎng)中的電流分布如圖3所示，圖中電流單位為A。

圖3 電流分布Fig.3 Current distribution

由于全并聯(lián)AT網(wǎng)具有上、下行完全對(duì)稱的特點(diǎn)，所以圖中非故障AT區(qū)段上、下行線路電流分布相同，而在故障AT區(qū)段上、下行牽引網(wǎng)線路中電流分布不同。這是因?yàn)楫?dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，由于有過渡電阻的存在，短路點(diǎn)前后的電流方向不同。對(duì)于電壓較高的導(dǎo)線，其電流流向?yàn)閺木€路兩端流向故障點(diǎn)，而電壓較低的導(dǎo)線電流流向?yàn)閺墓收宵c(diǎn)流向線路兩端。

通過上述電流分布仿真的特征分析可知：當(dāng)全并聯(lián)AT網(wǎng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，非故障AT區(qū)段上、下行線路同一距離處測(cè)量到的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)大致相同；而在故障AT區(qū)段，由于上、下行牽引網(wǎng)中電流分布的大小不同，故導(dǎo)致同一距離處上、下行線路測(cè)量到的磁感應(yīng)強(qiáng)度不同，且在短路故障點(diǎn)前后測(cè)量的磁感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)有明顯不同。

3 磁場(chǎng)環(huán)境特性分析

為研究短路故障點(diǎn)兩側(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的特點(diǎn)，文中算例考慮了全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)發(fā)生不同類型短路故障時(shí)，故障區(qū)段、過渡電阻、故障距離以及機(jī)車運(yùn)行位置和工況對(duì)于故障點(diǎn)兩側(cè)磁場(chǎng)環(huán)境所帶來的影響。

3.1 故障AT區(qū)段對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響

牽引網(wǎng)上存在電壓波動(dòng)，不同AT區(qū)段發(fā)生短路故障時(shí)，牽引網(wǎng)導(dǎo)線中電流分布不同，因此需要考慮短路故障點(diǎn)所在AT區(qū)段對(duì)于磁場(chǎng)環(huán)境的影響。當(dāng)距離前一AT所5 km和9 km處發(fā)生過渡電阻5 Ω的牽引網(wǎng)T-F短路時(shí)，故障點(diǎn)兩側(cè)測(cè)量單元處的磁感應(yīng)強(qiáng)度見表1。

表1 故障區(qū)段對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響Tab.1 Influence of faulty section on magnetic induction intensity

由表1可以看出，當(dāng)故障點(diǎn)所在AT區(qū)段一定而與前一AT所的距離d不同時(shí)，故障點(diǎn)兩側(cè)測(cè)量點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的幅值和相角都發(fā)生了較大的變化；但當(dāng)短路故障與前一AT所的距離相同時(shí)，故障區(qū)段對(duì)于故障前后磁感應(yīng)強(qiáng)度的幅值影響較大，而對(duì)相角的影響較小。通過對(duì)牽引網(wǎng)在不同位置處發(fā)生T-R、F-R短路故障的多組仿真結(jié)果表明，故障發(fā)生在不同AT區(qū)段對(duì)故障點(diǎn)兩側(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度的相角影響不大。

3.2 過渡電阻和故障距離對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響

短路故障發(fā)生時(shí)過渡電阻值和故障距離是隨機(jī)變化的，因此有必要考察發(fā)生短路故障時(shí)，不同過渡電阻值和故障位置對(duì)于故障點(diǎn)兩側(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響。取短路故障均發(fā)生在AT區(qū)段2內(nèi)，考察故障點(diǎn)距AT1所的距離在0～15 km范圍內(nèi)變化、過渡電阻在 0～50 Ω［15］范圍內(nèi)變化的情況下，故障點(diǎn)兩側(cè)磁場(chǎng)環(huán)境的變化，磁感應(yīng)強(qiáng)度幅值和相角的仿真結(jié)果分別如圖4、5所示。

由圖4可看出：故障距離確定時(shí)，隨著過渡電阻的不斷增加，不同短路故障類型下測(cè)量到的磁感應(yīng)強(qiáng)度的幅值都隨之減小；當(dāng)過渡電阻值確定時(shí)，隨著短路故障點(diǎn)遠(yuǎn)離牽引變電所，在靠近牽引變電所側(cè)，不同類型短路故障下測(cè)量到的磁場(chǎng)幅值均不斷減小，而在遠(yuǎn)離牽引變電所側(cè)，磁場(chǎng)幅值均不斷增大。

從圖5中可看出：當(dāng)過渡電阻值確定時(shí)，不同類型短路故障下測(cè)量到的磁感應(yīng)強(qiáng)度的相角隨距離增加的變化不大。當(dāng)過渡電阻變化時(shí)，不同類型短路故障下測(cè)量到的磁感應(yīng)強(qiáng)度的相角在故障點(diǎn)兩側(cè)區(qū)別分明，并保持在一個(gè)互不重疊的范圍內(nèi)。

圖4 過渡電阻和故障距離對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響Fig.4 Influence of transition resistance and fault location on magnetic induction intensity

圖5 過渡電阻和故障距離對(duì)磁感應(yīng)相角的影響Fig.5 Influence of transition resistance and fault location on magnetic induction angle

3.3 機(jī)車對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響

機(jī)車作為牽引供電系統(tǒng)的主要負(fù)載，具有瞬時(shí)移動(dòng)和功率變化快的特點(diǎn)，所以在考察牽引網(wǎng)短路故障點(diǎn)兩側(cè)的磁場(chǎng)環(huán)境時(shí)，應(yīng)計(jì)及機(jī)車運(yùn)行位置和工況對(duì)測(cè)量單元量測(cè)結(jié)果所帶來的影響［16］。

3.3.1 機(jī)車與故障點(diǎn)不在同一AT區(qū)段

假設(shè)牽引網(wǎng)在AT區(qū)段2的7.5 km處發(fā)生過渡電阻為5 Ω的T-F短路故障，考察機(jī)車分別行至AT區(qū)段1的9 km處（記為①）和AT區(qū)段3的6 km處（記為②）時(shí)，機(jī)車兩側(cè)和故障點(diǎn)兩側(cè)100 m處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小。考慮高速動(dòng)車組具有功率因數(shù)高的特點(diǎn)，可取 cos φ =0.96［17］，并假設(shè)機(jī)車功率滿負(fù)荷（10 MW）運(yùn)行，計(jì)算可得機(jī)車阻抗為58+j17 Ω。磁場(chǎng)仿真結(jié)果如表2所示。

表2 機(jī)車與故障點(diǎn)不在同一AT段時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Tab.2 Magnetic induction intensity when train and fault point are in different AT sections

由表2可看出：當(dāng)機(jī)車所在AT區(qū)段靠近牽引所時(shí)，機(jī)車兩側(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度未發(fā)生明顯改變，這是因?yàn)闄C(jī)車等效阻抗一般大于過渡電阻；當(dāng)機(jī)車所在AT區(qū)段遠(yuǎn)離牽引所時(shí)，雖然機(jī)車前后的電流變化引起了機(jī)車兩側(cè)磁場(chǎng)環(huán)境的變化，但因橫聯(lián)線的存在，機(jī)車所在AT段的電流相對(duì)較小，故機(jī)車兩側(cè)的磁場(chǎng)幅值變化較小。仿真結(jié)果顯示，當(dāng)機(jī)車與故障不在同一AT區(qū)段時(shí)，機(jī)車運(yùn)行的位置對(duì)故障點(diǎn)兩側(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度的幅值和相角影響都不大。

3.3.2 機(jī)車與故障點(diǎn)在同一AT區(qū)段

考慮機(jī)車與短路故障發(fā)生在同一AT區(qū)段內(nèi)，假設(shè)牽引網(wǎng)在AT區(qū)段2的7.5 km處發(fā)生過渡電阻為5 Ω的T-F短路故障，考察機(jī)車分別行至AT區(qū)段2的4 km處（記為③）和10 km處（記為④）時(shí)，機(jī)車兩側(cè)和故障點(diǎn)兩側(cè)100 m處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小。機(jī)車處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，磁場(chǎng)仿真結(jié)果如表3所示。

表3 機(jī)車與故障點(diǎn)在同一AT段時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Tab.3 Magnetic induction intensity when train and fault point are in same AT section

由表3可以看出，當(dāng)機(jī)車運(yùn)行在故障點(diǎn)所在AT區(qū)段內(nèi)時(shí)，無論機(jī)車在故障點(diǎn)的前側(cè)或后側(cè)，機(jī)車兩側(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的幅值和相角相差較小，但在故障點(diǎn)兩側(cè)的磁場(chǎng)環(huán)境卻差別很大。通過比較可以看出，機(jī)車運(yùn)行的位置對(duì)于故障點(diǎn)兩側(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度幅值影響很大，而對(duì)相角影響很小。

3.3.3 機(jī)車處于不同運(yùn)行工況

高速動(dòng)車組處于快速移動(dòng)狀態(tài)，在運(yùn)行過程中可能會(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)、加速、制動(dòng)和惰行等不同的運(yùn)行工況，因此需要考慮機(jī)車運(yùn)行工況帶來的影響。

假設(shè)牽引網(wǎng)在AT區(qū)段2的6 km處發(fā)生過渡電阻為5 Ω的T-F短路故障，牽引網(wǎng)電壓取為25 kV；機(jī)車滿負(fù)荷運(yùn)行功率為10 MW，機(jī)車功率因數(shù)cosφ=0.96，運(yùn)行在AT區(qū)段2的7.5 km處。通過計(jì)算可得出機(jī)車在滿負(fù)荷、半負(fù)荷、空載3種運(yùn)行狀態(tài)下機(jī)車阻抗分別為 58+j17 Ω、115+j33 Ω、∞，故障點(diǎn)前后磁場(chǎng)相角結(jié)果如表4所示。

表4 機(jī)車不同運(yùn)行工況時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Tab.4 Magnetic induction intensity for different operating conditions of train

由表4可知，機(jī)車處于這3種運(yùn)行工況時(shí)，故障點(diǎn)兩側(cè)磁場(chǎng)環(huán)境的變化均不大，這是因?yàn)殡S著機(jī)車阻抗的增大，機(jī)車等效阻抗相比短路電阻也不斷增大，機(jī)車運(yùn)行工況對(duì)于牽引網(wǎng)短路故障點(diǎn)兩側(cè)磁場(chǎng)環(huán)境的影響會(huì)越小。

3.4 噪聲對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響

需要指出的是，上述仿真均建立在理想仿真信號(hào)的基礎(chǔ)上，但牽引網(wǎng)空間磁場(chǎng)在不同環(huán)境背景下的變化十分復(fù)雜。表5給出了在不同噪聲強(qiáng)度影響下短路故障點(diǎn)兩側(cè)的磁場(chǎng)環(huán)境［18］，其中故障發(fā)生在AT區(qū)段2的7.5 km處，過渡電阻5 Ω。

表5 不同噪聲強(qiáng)度下的磁感應(yīng)強(qiáng)度Tab.5 Magnetic induction intensity for different noise intensities

由表5可知，在考慮噪聲干擾的情況下，故障點(diǎn)兩側(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度的幅值和相角均發(fā)生了較大的變化，當(dāng)噪聲強(qiáng)度增大到35 dB時(shí)，不同訓(xùn)練樣本得到的結(jié)果均不相同，這說明強(qiáng)噪聲條件下對(duì)于不同類型短路故障后的磁場(chǎng)環(huán)境具有較大的影響。

3.5 不同類型短路故障點(diǎn)兩側(cè)磁場(chǎng)分布統(tǒng)計(jì)

通過理論和仿真分析可知，當(dāng)牽引網(wǎng)線路間發(fā)生短路故障時(shí)，在故障點(diǎn)兩側(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的幅值變化明顯，但統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)無任何規(guī)律分布。磁感應(yīng)強(qiáng)度的相角在故障點(diǎn)兩側(cè)象限偏轉(zhuǎn)明顯，經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)外界噪聲強(qiáng)度不大于45 dB時(shí)，故障點(diǎn)兩側(cè)相角分布基本符合以下規(guī)律。

a.故障點(diǎn)前側(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度的相角范圍：T-R短路,-99°～-45°；T-F 短路，-116°～-100°；F-R 短路，-158°～-125°。

b.故障點(diǎn)后側(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度的相角范圍：T-R短路，148°～162°；T-F 短路，38°～52°；F-R 短路，4°～13°。故障點(diǎn)兩側(cè)磁場(chǎng)測(cè)量相角分布如圖6所示。

圖6 故障點(diǎn)兩側(cè)磁場(chǎng)測(cè)量相角分布Fig.6 Measured magnetic induction angles at both sides of fault point

從圖6中可以看出，在不同短路故障類型下，磁場(chǎng)相角分布不重疊，故障點(diǎn)兩側(cè)的磁場(chǎng)相角象限及范圍均發(fā)生了大幅度偏轉(zhuǎn)。

4 基于Ansoft Maxwell的仿真分析

實(shí)際牽引網(wǎng)專有導(dǎo)線具有非簡諧橫截面圓的特征，但上述理論分析中，對(duì)線路橫截面利用等面元思想進(jìn)行了簡化處理［19］。因此有必要針對(duì)牽引網(wǎng)線路的專有截面進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

本文采用有限元分析軟件Ansoft Maxwell 12進(jìn)行仿真計(jì)算，建立了精確的導(dǎo)線仿真模型，其中考慮了牽引網(wǎng)專有導(dǎo)線（接觸線、鋼軌、饋線）的非簡諧橫截面的特征，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置了形狀大小、材料屬性、激勵(lì)，在網(wǎng)格劃分時(shí)考慮了導(dǎo)體的趨膚效應(yīng)［20］。圖7為當(dāng)牽引網(wǎng)在AT區(qū)段2的3 km處發(fā)生過渡電阻為5 Ω的T-R短路故障時(shí)，在故障點(diǎn)前側(cè)測(cè)量到的磁感應(yīng)強(qiáng)度。

圖7 牽引網(wǎng)空間磁場(chǎng)分布Fig.7 Spatial magnetic field distribution of traction system

由圖7可以看出，測(cè)量點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為204.22 μT，與本文中通過簡化處理得到的該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度理論結(jié)果（206 μT）誤差為0.8%。仿真結(jié)果說明在考察牽引網(wǎng)專有線路空間磁場(chǎng)分布時(shí)，當(dāng)場(chǎng)點(diǎn)距離導(dǎo)線足夠遠(yuǎn)時(shí)，在測(cè)量精度范圍內(nèi)，用圓形截面的導(dǎo)線代替不考慮橫截面形狀的長直導(dǎo)線來計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小是合理的。

5 結(jié)論

本文在全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)電流分布仿真的基礎(chǔ)上，通過選取特定位置的磁場(chǎng)測(cè)量點(diǎn)，仿真研究了牽引網(wǎng)發(fā)生短路故障后的磁場(chǎng)環(huán)境的變化，分析了不同環(huán)境特性對(duì)故障點(diǎn)兩側(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響。分析得出以下結(jié)論。

a.故障所在AT區(qū)段、過渡電阻值的大小、故障距離、機(jī)車所在位置和運(yùn)行的工況對(duì)故障點(diǎn)兩側(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度的幅值影響較大，而對(duì)相角的影響較小；外界環(huán)境噪聲的強(qiáng)度對(duì)于磁場(chǎng)環(huán)境的影響較大。

b.當(dāng)噪聲信噪比大于45 dB時(shí)，不同類型短路故障發(fā)生后，在故障點(diǎn)兩側(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的幅值變化無任何分布規(guī)律；但磁感應(yīng)強(qiáng)度的相角在故障點(diǎn)兩側(cè)的象限及范圍均發(fā)生了大幅度偏轉(zhuǎn)，區(qū)分明顯。

本文中分析的對(duì)象是較為理想情況下全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)線路電流仿真模型，模型中并沒有計(jì)入承力索、保護(hù)線等線路的分流作用；本文沒有考慮隧道壁內(nèi)、分區(qū)所和AT所附近及多股道并聯(lián)線路等復(fù)雜情況對(duì)牽引網(wǎng)空間磁場(chǎng)分布所帶來的影響。本文仿真分析的結(jié)論可為通過測(cè)量磁場(chǎng)信息來實(shí)現(xiàn)牽引網(wǎng)故障類型的識(shí)別提供理論參考。