CN107728006A - 牵引变电所牵引回流与接地状态在线监测及故障诊断系统 - Google Patents

牵引变电所牵引回流与接地状态在线监测及故障诊断系统 Download PDF

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CN107728006A
CN107728006A CN201711119104.4A CN201711119104A CN107728006A CN 107728006 A CN107728006 A CN 107728006A CN 201711119104 A CN201711119104 A CN 201711119104A CN 107728006 A CN107728006 A CN 107728006A
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Abstract

本发明公开了一种牵引变电所牵引回流与接地状态在线监测及故障诊断系统，牵引回流各路径电流互感器连接牵引回流系统采集装置；电气设备接地引下线电压互感器连接接地引下线数据采集装置，接地网上方地表电位参比电极连接参比电极数据采集装置，土壤数据采集装置测量接地网络埋设区域土壤电阻率；牵引回流分布数据库存储牵引变电所牵引回流各路径实时电流；电气设备接地引下线电位分布数据库存储电气设备接地引下线实时电位；接地网上方地表电位分布数据库存储接地网上方地表实时电位；在线状态辨识装置输出牵引回流与接地性能评估结果。本发明实现了牵引变电所牵引回流与接地网状态的在线评估，对异常和故障状态快速预警与准确定位。

Description

牵引变电所牵引回流与接地状态在线监测及故障诊断系统
技术领域
本发明涉及电气化铁路牵引回流技术领域，具体为一种牵引变电所牵引回流与接地状态在线监测及故障诊断系统。
背景技术
电气化铁路以其高效、节能、环保等优点，已经成为交通运输与出行的重要方式。同时铁路也是国家的重要经济命脉，其安全可靠的运营，对国家的政治、经济、国防都有着重大影响。电气化铁路牵引回流系统通过钢轨、大地、保护线以及综合贯通地线等作为主要回流路径，牵引变电所作为电气化铁路的核心基础设施，上述回流支路将在牵引变电所内集中接地箱处与接地网相连。一方面，上述牵引回流支路异常或者故障将造成回流不畅或者分配不合理，不但容易造成局部回流线缆过载甚至烧断，还可导致钢轨电位抬升影响通信信号设备正常工作。此外，若大地回流过大，还对沿线埋地金属管线造成交流腐蚀。特别是近年来我国大量高速铁路客运专线的建成，其牵引变电所承载的供电负荷与短路容量是常规电气化铁路的数倍，需要保证牵引回流在各支路内通畅且合理分配。另一方面，为了保护所内包括牵引变压器在内的众多电气设备安全运行，同时防止雷击和保护运行人员的人身安全，牵引变电所内电气设备会通过接地引线与接地网相连进行有效接地。我国牵引变电所接地网大都采用镀锌扁钢作为接地导体，其抗腐蚀能力较差，牵引变电所接地网流过大量的牵引回流容易产生严重的交流腐蚀，接地电阻增大，接地性能降低。可见，牵引变电所的接地系统性能良好与否是确保电气化铁路安全运行的一个重要因素。因此，开展电气化铁路牵引变电所牵引回流与接地性能在线监测具有重要现实意义和工程应用价值。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种牵引变电所牵引回流与接地状态在线监测及故障诊断系统，可用于牵引变电所的牵引回流系统及接地网运行状态监测、评估分析与故障诊断，为电气化铁路牵引变电所接地回流系统状态维修与安全运行提供了重要技术支撑。技术方案如下：
一种牵引变电所牵引回流与接地状态在线监测及故障诊断系统，包括牵引回流系统采集装置5、接地引下线数据采集装置6、地表电位分布采集装置7、土壤数据采集装置8和在线状态辨识装置12；
牵引变电所内的牵引回流各路径电流互感器1连接到牵引回流系统采集装置5，在直接供电方式下实时记录接地网回流IG、钢轨及回流线回流IR的回流分布，在自耦变压器供电方式下还实时记录综合贯通地线回流IZG和保护线回流IPW的回流分布；牵引变电所牵引回流各支路实时电流及回流系数储存于牵引回流分布数据库9中，为牵引回流系统故障诊断提供依据；
牵引变电所内的电气设备接地引下线电压互感器2连接到接地引下线数据采集装置6，实时测量牵引变压器接地引下线电位UT、断路器接地引下线电位US和隔离开关接地引下线电位UG的电位分布，或实时测量牵引变压器接地引下线与断路器接地引下线电位差UT-S、牵引变压器接地引下线与隔离开关接地引下线电位差UT-G，及断路器接地引下线与隔离开关接地引下线电位差US-G的电位分布；牵引变电所内电气设备接地引下线实时电位及分布系数储存于电气设备接地引下线电位分布数据库10中，为接地网故障诊断提供依据；
接地网上方地表电位参比电极3连接到地表电位分布采集装置7，实时测量接地网上方地表电位分布；牵引变电所接地网上方地表实时电位储存于接地网上方地表电位分布数据库11中，为接地网故障定位提供数据支持；
土壤数据采集装置8测量接地网络埋设区域土壤电阻率ρ；
在线状态辨识装置12根据牵引回流系统采集装置5、接地引下线数据采集装置6、地表电位分布采集装置7、土壤数据采集装置8、牵引回流分布数据库9、电气设备接地引下线电位分布数据库10和接地网上方地表电位分布数据库11中的数据得到牵引回流与接地性能评估结果，并输出至牵引变电所接地网三维可视化信息系统13。
一种牵引变电所牵引回流与接地状态在线监测及故障诊断方法，基于同步测试数据和牵引变电所历史运行数据库，诊断步骤如下：
步骤1：读入某一时刻牵引变电所牵引回流系统各支路电流，包括接地网回流IG、钢轨及回流线回流IR，若在自耦变压器供电方式下还读入综合贯通地线回流IZG和保护线回流IPW；
步骤2：实时计算各支路的回流系数，若满足给定的上限和下限阈值范围时，则判定牵引变电所回流状态正常，否则判定对应支路异常或者故障；
步骤3：以牵引变电所接地网回流IG作为动态激励电流源，实时计算接地引下线电位分布系数，定量评估其与电气设备接地引下线电位分布数据库10中正常样本之间的关联程度，当小于整定值时，则判定牵引变电所接地网回流异常或者接地网故障；
步骤4：以牵引变电所接地网回流IG作为动态激励电流源，实时计算接地网上方地表电位分布系数，定量评估其与接地网上方地表电位分布数据库11中正常样本值之间的关联程度，当小于整定值时，则进一步判断接地网回流异常或者故障，并实现故障位置的定位；
步骤5：统计整个计算过程，更新测试数据，对应不同时刻，重复步骤2至步骤4，得到牵引变电所牵引回流与接地状态在线监测及故障诊断结果。
进一步的，所述步骤2具体为：
计算各支路的回流系数：直接供电方式下，回流系数包括：
KG＝IG/IA，KR＝IR/IA
式中，KG为接地网回流系数，KR为钢轨及回流线回流系数；
自耦变压器供电方式下，回流系数还包括：
KZG＝IZG/IA；KPW＝IPW/IA
式中，KZG为综合贯通地线回流系数，KPW为保护线回流系数；
若KG、KR、KZG以及KPW满足给定的上限和下限阈值范围时，则判定牵引变电所回流状态正常；
若KG小于下限阈值KG-Down，则判定牵引变电所接地网回流异常或者接地网故障；若KG大于上限阈值KG-Up，则判定牵引变电所其他回流路径异常；
若KG小于下限阈值KG-Down，且IG小于下限阈值IG-Down，则判定牵引变电所接地网回流异常或者回流线缆存在断线故障；
若IG大于阈值IG-Up，则判定牵引变电所接地网及回流线回流缆线过载；
若KR小于下限阈值KR-Down，且IR小于阈值IR-Down，则判定牵引变电所钢轨及回流线回流异常或者回流线缆存在断线故障；
若IR大于阈值IR-Up，则判定牵引变电所钢轨及回流线回流缆线过载；
若KZG小于下限阈值KZG-Down，且IZG小于下限阈值IZG-Down，则判定牵引变电所综合贯通地线回流异常或者回流线缆存在断线故障；
若IZG大于上限阈值IZG-Up，则判定牵引变电所综合贯通地线回流缆线过载；
若KPW小于下限阈值KPW-Down，且IPW小于下限阈值IPW-Down，则判定牵引变电所保护线回流异常或者回流线缆断线故障；
若IPW大于上限阈值KPW-Up，则判定牵引变电所保护线回流线缆过载。
更进一步的，所述步骤3中接地引下线电位分布系数的计算方法为：
电位分布系数为接地引下线电位与接地网回流IG比值，包括：
JT＝UT/IG；JS＝US/IG；JG＝UG/IG；
式中，JT为牵引变压器接地引下线电位分布系数，JS为断路器接地引下线电位分布系数、JG为隔离开关接地引下线电位分布系数；
或者电位分布系数为任意两根接地引下线电位差与接地网回流IG比值，包括：
JT-S＝UT-S/IG；JT-G＝UT-G/IG；JS-G＝US-G/IG；
JT-S为牵引变压器接地引下线与断路器接地引下线电位差分布系数；JT-G为牵引变压器接地引下线与隔离开关接地引下线电位差分布系数；JS-G为断路器接地引下线与隔离开关接地引下线电位差分布系数。
更进一步的，所述步骤4接地网上方地表电位分布系数的计算方法为：
接地网上方地表电位分布系数JF为任意时刻接地网上方地表电位参比电极3采集的接地网上方地表电位UF与对应时刻接地网回流IG和土壤电阻率ρ之积的比值，即：JF＝UF/(IG*ρ)。
更进一步的，所述接地网上方地表电位分布系数与接地网上方地表电位分布数据库中正常样本值之间的关联程度的计算方法包括：
步骤A：设接地网上方地表电位分布系数JF的实测数据矩阵Ja为：
式中：Jnm为接地网正上方标记为第n行第m列参比电极的地表电位分布系数的实测数据；
步骤B：对接地网上方地表电位分布系数矩阵内的数据元素进行规范化处理：
首先，进行均值化处理：
然后，进行极差化处理：
式中，i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，m；
max(Jj)为第j列的最大值；min(Jj)为第j列的最小值；
步骤C：接地网上方地表电位分布系数实时数据与接地网上方地表电位分布数据库样本的模糊贴近度计算：
设接地网上方地表电位分布系数的实测矩阵为Ja，数据库样本为Jb，则地表电位分布系数实时数据与数据库样本的模糊贴近度αJaJb计算如下：
式中：为第i行地表参比电极实时测量电位的平均值；f为定值。
本发明的有益效果是：
1)本发明与三相电力系统不同，电气化铁路牵引回流系统主要通过钢轨、大地、保护线以及综合贯通地线等作为主要回流路径，并在牵引变电所内集中接地箱处与接地网相连；本发明构建了牵引变电所牵引回流同步监测系统(含存储数据库)，定义并实时计算各支路回流系数，可以定量评估不同回流路径的通畅情况，实现趋势预警，指导运维人员及时排查包括回流线缆断线或者过载在内的各类故障；
2)现有牵引变电所接地网故障诊断方法中，需要对变电所进行停电作业，对电气化铁路的正常运行造成重大影响，此外，上述方法带有盲目性、滞后性且工作量大，受现场运行条件的限制，不能准确的判断故障位置；而本发明具有无需停电和开挖作业，将实时监测数据与历史记录样本相结合，综合多种判据和算法，动态整定阈值，实现对牵引变电所接地回流系统实时状态分析，并定位故障位置；
3)无论是三相电力系统，还是电气化铁路牵引供电系统，在接地网故障诊断中一般采用大功率电源向地网注入激励电流，幅值一般较小(仅几十安)，无法模拟真实工况；针对牵引变电所接地回流系统的特殊性，本发明提出利用接地网中流过的牵引回流，等效为自激励电源，电流数值达到几十甚至几百安，无需外接其他激励电源，既节省了定期对接地网状态进行诊断需要配置的设备数量及相应投资，也可以利用牵引回流动态变化过程实现接地网实时在线监测和故障辨识。
附图说明
图1是本发明牵引变电所牵引回流与接地状态在线监测及故障诊断系统的结构示意图。
图2为直接供电方式下牵引变电所牵引回流与接地状态在线监测及故障诊断系统的测点空间分布图，图中：A为牵引回流系统钢轨回流IR数据采集位置示意，B为牵引回流系统接地网回流IG数据采集位置示意，C为接地网络埋设区域土壤电阻率ρ数据采集位置示意；D电气设备接地引下线数据采集位置示意；E为接地网络上方地表电位UF数据采集位置示意。图3是本发明实施例的分析算法流程图。
图中：1-牵引回流各路径电流互感器；2-电气设备接地引下线电压互感器；3-接地网上方地表电位参比电极；5-牵引回流系统采集装置；6-接地引下线数据采集装置；7-地表电位分布采集装置；8-土壤数据采集装置；9-牵引回流分布数据库；10-电气设备接地引下线电位分布数据库；11-接地网上方地表电位分布数据库；12--在线状态辨识装置；13-牵引变电所接地网三维可视化信息系统。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。如图1所示，牵引变电所内牵引回流各路径连接的电流互感器1与牵引回流系统采集装置5相连，直接供电方式下包括接地网回流IG、钢轨(含回流线)回流IR，若为自耦变压器供电方式下则还包括综合贯通地线电流IZG、保护线电流IPW等。变电所内电气设备接地引下线电压互感器2与接地引下线数据采集装置6相连，接地网上方地表电位参比电极3与参比电极数据采集装置7相连，接地网络埋设区域土壤电阻率由土壤数据采集装置8测量；牵引回流分布数据库9，存储牵引变电所牵引回流各路径实时电流，为牵引回流系统故障诊断提供依据；电气设备接地引下线电位分布数据库10，存储牵引变电所内电气设备接地引下线实时电位，为接地网故障诊断提供依据；接地网上方地表电位分布数据库11，存储牵引变电所接地网上方地表实时电位，为接地网故障定位提供数据支持；牵引回流系统采集装置5、接地引下线数据采集装置6、地表电位分布采集装置7、土壤数据采集装置8、牵引回流分布数据库9、电气设备接地引下线电位分布数据库10和接地网上方地表电位分布数据库11均连接在线状态辨识装置12，得到牵引回流与接地性能评估结果，输出至牵引变电所接地网三维可视化信息系统13。
图2以直接供电方式为例，给出了牵引变电所牵引回流与接地状态在线监测及故障诊断系统的测点空间分布图。该系统分析算法中选择电气化铁路牵引回流地中电流作为激励源，采集牵引回流系统各支路电流、主要电气设备接地引下线电位以及接地网上方地表电位实时数据，综合多种判据和算法，实现了牵引变电所牵引回流与接地网状态的在线评估，对异常和故障状态可以快速预警与准确定位。
图3为牵引变电所牵引回流与接地状态分析及故障诊断方法流程图。具体实施过程如下：
第一步，读入某一时刻牵引变电所牵引回流系统各支路电流，包括但不限于接地网回流(IG)、钢轨(含回流线)回流(IR)，若为自耦变压器供电方式下则还包括但不限于综合贯通地线回流(IZG)、保护线回流(IPW)等。
第二步，实时计算各支路的回流系数。直接供电方式下，回流系数包括：
KG＝IG/IA，KR＝IR/IA
式中，KG为接地网回流系数，KR为钢轨及回流线回流系数；
自耦变压器供电方式下，回流系数包括：
KZG＝IZG/IA；KPW＝IPW/IA
式中，KZG为综合贯通地线回流系数，KPW为保护线回流系数
若KG、KR、KZG以及KPW满足给定的上限和下限阈值范围时，则判定牵引变电所回流状态正常。若KG小于下限阈值KG-Down，则判定牵引变电所接地网回流异常或者接地网故障；若KG大于上限阈值KG-Up，则判定牵引变电所其他回流路径异常。若KG小于下限阈值KG-Down，且IG小于下限阈值IG-Down，则判定牵引变电所接地网回流异常或者回流线缆存在断线故障。若IG大于阈值IG-Up，则判定牵引变电所接地网(含回流线)回流缆线过载。若KR小于下限阈值KR-Down，且IR小于阈值IR-Down，则判定牵引变电所钢轨(含回流线)回流异常或者回流线缆存在断线故障。若IR大于阈值IR-Up，则判定牵引变电所钢轨(含回流线)回流缆线过载。若KZG小于下限阈值KZG-Down，且IZG小于下限阈值IZG-Down，则判定牵引变电所综合贯通地线回流异常或者回流线缆存在断线故障。若IZG大于上限阈值IZG-Up，则判定牵引变电所综合贯通地线回流缆线过载。若KPW小于下限阈值KPW-Down，且IPW小于下限阈值IPW-Down，则判定牵引变电所保护线回流异常或者回流线缆断线故障，若IPW大于上限阈值KPW-Up，则判定牵引变电所保护线回流线缆过载。
第三步，利用牵引变电所接地网回流IG作为接地网动态激励电流源，实时计算接地引下线电位分布系数，包括牵引变压器接地引下线电位分布系数JT、断路器接地引下线电位分布系数JS、隔离开关接地引下线电位分布系数JG或者牵引变压器接地引下线与断路器接地引下线电位差分布系数JT-S、牵引变压器接地引下线与隔离开关接地引下线电位差分布系数JT-G以及断路器接地引下线与隔离开关接地引下线电位差分布系数JS-G等。
电位分布系数采用接地引下线电位与接地网回流IG比值时，为：
JT＝UT/IG；JS＝US/IG；JG＝UG/IG；
电位分布系数彩玉任意两根接地引下线电位差与接地网回流IG比值，为：
JT-S＝UT-S/IG；JT-G＝UT-G/IG；JS-G＝US-G/IG。
然后将计算结果存入电气设备接地引下线电位分布数据库。计算各接地引下线实时电位分布系数与电气设备接地引下线电位分布数据库中正常样本(包含前期记录样本和仿真模拟样本)之间的关联程度，可以采用模糊贴近度或者判定系数等指标描述，当小于整定值时，则判定牵引变电所接地网回流异常或者接地网故障。
第四步，利用牵引变电所接地网回流IG作为接地网动态激励电流源，实时计算接地网上方地表电位分布系数JF，接地网上方地表电位分布系数JF为任意时刻接地网上方地表电位参比电极(3)采集的接地网上方地表电位UF与对应时刻接地网回流IG和土壤电阻率ρ之积的比值，即：JF＝UF/(IG*ρ)。将计算结果存入接地网上方地表电位分布数据库。实时计算参比电极测量点处电位分布系数值与接地网上方地表电位分布数据库中正常样本值(包含前期记录样本和仿真模拟样本)之间的关联程度，可以采用模糊贴近度或者判定系数等指标描述，当小于整定值时，则判断该参比电极测量点下方的牵引变电所接地网异常或者故障，即可以定位接地网故障位置。
第五步，统计整个计算过程，更新测试数据，对应不同时刻，重复2～，得到牵引变电所牵引回流与接地状态在线监测及故障诊断结果。
第六步，完成牵引变电所牵引回流与接地性能监测及故障诊断结果的三维立体可视化显示与预警。
其中，关于诊断算法中分布系数关联度的计算，以计算接地网上方地表电位分布系数JF的关联度为例，下面给出以模糊贴近度为关联度指标的计算方法：
1)设接地网上方地表电位分布系数JF的实测数据矩阵Ja为：
式中：Jnm为接地网正上方标记为第n行第m列参比电极的地表电位分布系数的实测数据；
2)对接地网上方地表电位分布系数矩阵内的数据元素进行规范化处理：
首先，进行均值化处理：
然后，进行极差化处理：
式中，i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，m；
max(Jj)为第j列的最大值；min(Jj)为第j列的最小值；
3)接地网上方地表电位分布系数实时数据与接地网上方地表电位分布数据库样本(包含前期记录样本和仿真模拟样本)的模糊贴近度计算：
设接地网上方地表电位分布系数的实测矩阵为Ja，数据库样本为Jb，则地表电位分布系数实时数据与数据库样本的模糊贴近度αJaJb计算如下：
式中：为第i行地表参比电极实时测量电位的平均值；f为定值，取值为1。

Claims (6)

1.一种牵引变电所牵引回流与接地状态在线监测及故障诊断系统，其特征在于，包括牵引回流系统采集装置(5)、接地引下线数据采集装置(6)、地表电位分布采集装置(7)、土壤数据采集装置(8)和在线状态辨识装置(12)；
牵引变电所内的牵引回流各路径电流互感器(1)连接到牵引回流系统采集装置(5)，在直接供电方式下实时记录接地网回流IG、钢轨及回流线回流IR的回流分布，在自耦变压器供电方式下还实时记录综合贯通地线回流IZG和保护线回流IPW的回流分布；牵引变电所牵引回流各支路实时电流及回流系数储存于牵引回流分布数据库(9)中，为牵引回流系统故障诊断提供依据；
牵引变电所内的电气设备接地引下线电压互感器(2)连接到接地引下线数据采集装置(6)，实时测量牵引变压器接地引下线电位UT、断路器接地引下线电位US和隔离开关接地引下线电位UG的电位分布，或实时测量牵引变压器接地引下线与断路器接地引下线电位差UT-S、牵引变压器接地引下线与隔离开关接地引下线电位差UT-G，及断路器接地引下线与隔离开关接地引下线电位差US-G的电位分布；牵引变电所内电气设备接地引下线实时电位及分布系数储存于电气设备接地引下线电位分布数据库(10)中，为接地网故障诊断提供依据；
接地网上方地表电位参比电极(3)连接到地表电位分布采集装置(7)，实时测量接地网上方地表电位分布；牵引变电所接地网上方地表实时电位储存于接地网上方地表电位分布数据库(11)中，为接地网故障定位提供数据支持；
土壤数据采集装置(8)测量接地网络埋设区域土壤电阻率ρ；
在线状态辨识装置(12)根据牵引回流系统采集装置(5)、接地引下线数据采集装置(6)、地表电位分布采集装置(7)、土壤数据采集装置(8)、牵引回流分布数据库(9)、电气设备接地引下线电位分布数据库(10)和接地网上方地表电位分布数据库(11)中的数据得到牵引回流与接地性能评估结果，并输出至牵引变电所接地网三维可视化信息系统(13)。
2.一种采用权利要求1所述的牵引变电所牵引回流与接地状态在线监测及故障诊断系统进行的在线监测及故障诊断的方法，其特征在于，基于同步测试数据和牵引变电所历史运行数据库，诊断步骤如下：
步骤1：读入某一时刻牵引变电所牵引回流系统各支路电流，包括接地网回流IG、钢轨及回流线回流IR，若在自耦变压器供电方式下还读入综合贯通地线回流IZG和保护线回流IPW；
步骤2：实时计算各支路的回流系数，若满足给定的上限和下限阈值范围时，则判定牵引变电所回流状态正常，否则判定对应支路异常或者故障；
步骤3：以牵引变电所接地网回流IG作为动态激励电流源，实时计算接地引下线电位分布系数，定量评估其与电气设备接地引下线电位分布数据库(10)中正常样本之间的关联程度，当小于整定值时，则判定牵引变电所接地网回流异常或者接地网故障；
步骤4：以牵引变电所接地网回流IG作为动态激励电流源，实时计算接地网上方地表电位分布系数，定量评估其与接地网上方地表电位分布数据库(11)中正常样本值之间的关联程度，当小于整定值时，则进一步判断接地网回流异常或者故障，并实现故障位置的定位；
步骤5：统计整个计算过程，更新测试数据，对应不同时刻，重复步骤2至步骤4，得到牵引变电所牵引回流与接地状态在线监测及故障诊断结果。
3.根据权利要求2所述的牵引变电所牵引回流与接地状态在线监测及故障诊断的方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
计算各支路的回流系数：直接供电方式下，回流系数包括：
KG＝IG/IA，KR＝IR/IA
式中，KG为接地网回流系数，KR为钢轨及回流线回流系数；
自耦变压器供电方式下，回流系数还包括：
KZG＝IZG/IA；KPW＝IPW/IA
式中，KZG为综合贯通地线回流系数，KPW为保护线回流系数；
若KG、KR、KZG以及KPW满足给定的上限和下限阈值范围时，则判定牵引变电所回流状态正常；
若KG小于下限阈值KG-Down，则判定牵引变电所接地网回流异常或者接地网故障；
若KG大于上限阈值KG-Up，则判定牵引变电所其他回流路径异常；
若KG小于下限阈值KG-Down，且IG小于下限阈值IG-Down，则判定牵引变电所接地网回流异常或者回流线缆存在断线故障；
若IG大于阈值IG-Up，则判定牵引变电所接地网及回流线回流缆线过载；
若KR小于下限阈值KR-Down，且IR小于阈值IR-Down，则判定牵引变电所钢轨及回流线回流异常或者回流线缆存在断线故障；
若IR大于阈值IR-Up，则判定牵引变电所钢轨及回流线回流缆线过载；
若KZG小于下限阈值KZG-Down，且IZG小于下限阈值IZG-Down，则判定牵引变电所综合贯通地线回流异常或者回流线缆存在断线故障；
若IZG大于上限阈值IZG-Up，则判定牵引变电所综合贯通地线回流缆线过载；
若KPW小于下限阈值KPW-Down，且IPW小于下限阈值IPW-Down，则判定牵引变电所保护线回流异常或者回流线缆断线故障；
若IPW大于上限阈值KPW-Up，则判定牵引变电所保护线回流线缆过载。
4.根据权利要求2所述的牵引变电所牵引回流与接地状态在线监测及故障诊断的方法，其特征在于，所述步骤3中接地引下线电位分布系数的计算方法为：
电位分布系数为接地引下线电位与接地网回流IG比值，包括：
JT＝UT/IG；JS＝US/IG；JG＝UG/IG；
式中，JT为牵引变压器接地引下线电位分布系数，JS为断路器接地引下线电位分布系数、JG为隔离开关接地引下线电位分布系数；
或者电位分布系数为任意两根接地引下线电位差与接地网回流IG比值，包括：
JT-S＝UT-S/IG；JT-G＝UT-G/IG；JS-G＝US-G/IG；
JT-S为牵引变压器接地引下线与断路器接地引下线电位差分布系数；JT-G为牵引变压器接地引下线与隔离开关接地引下线电位差分布系数；JS-G为断路器接地引下线与隔离开关接地引下线电位差分布系数。
5.根据权利要求2所述的牵引变电所牵引回流与接地状态在线监测及故障诊断的方法，其特征在于，所述步骤4接地网上方地表电位分布系数的计算方法为：
接地网上方地表电位分布系数JF为任意时刻接地网上方地表电位参比电极(3)采集的接地网上方地表电位UF与对应时刻接地网回流IG和土壤电阻率ρ之积的比值，即：JF＝UF/(IG*ρ)。
6.根据权利要求5所述的牵引变电所牵引回流与接地状态在线监测及故障诊断的方法，其特征在于，所述接地网上方地表电位分布系数JF与接地网上方地表电位分布数据库(11)中正常样本值之间的关联程度的评估方法包括：
步骤A：设接地网上方地表电位分布系数JF的实测数据矩阵Ja为：
式中：Jnm为接地网正上方标记为第n行第m列参比电极的地表电位分布系数的实测数据；
步骤B：对接地网上方地表电位分布系数矩阵内的数据元素进行规范化处理：首先，进行均值化处理：
<mrow> <msub> <mi>J</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>J</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>/</mo> <mover> <msub> <mi>J</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> </mrow>
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然后，进行极差化处理：
<mrow> <msub> <msup> <mi>J</mi> <msup> <mn>1</mn> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> </msup> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>J</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>J</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>J</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mi>min</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>J</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> </mrow>
式中，i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，m；
max(Jj)为第j列的最大值；min(Jj)为第j列的最小值；
步骤C：接地网上方地表电位分布系数实时数据与接地网上方地表电位分布数据库样本的模糊贴近度计算：
设接地网上方地表电位分布系数的实测矩阵为Ja，数据库样本为Jb，则地表电位分布系数实时数据与数据库样本的模糊贴近度αJaJb计算如下：
<mrow> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mrow> <mi>J</mi> <mi>a</mi> <mi>J</mi> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>f</mi> <msqrt> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>j</mi> </msub> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>J</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>J</mi> <mrow> <mi>b</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mrow>
<mrow> <msub> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msqrt> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>J</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mover> <mi>J</mi> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msqrt> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>J</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mover> <mi>J</mi> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mrow> </mfrac> </mrow>
式中：为第i行地表参比电极实时测量电位的平均值；f为定值。
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