随着高速铁路发展愈发迅猛,现行牵引供电系统采用的分区、换相供电技术在运行过程中逐步暴露出过分相、谐波、电能质量、负序及电力系统效率等诸多问题。通过大量的理论研究、仿真实验和试点项目已经证明,基于全线贯通技术及同相补偿技术的新型贯通式同相牵引供电系统能够在有效解决负序问题的同时取消牵引变电所出口处的电分相,并提高供电能力的可靠性、减少制动能量损耗。传统的工频量保护已经难以满足牵引网保护的需求,有研究者提出可以将在高压直流领域已经十分成熟的行波保护应用到牵引供电系统中,并已经通过仿真实验证明了理论上的可行性。因AT牵引供电方式优越的综合性能现行高速铁路大多选择了该供电方式,故本文将贯通式同相AT牵引供电系统作为研究对象,并利用PSCAD平台搭建了该供电系统的仿真模型,给出部分重要的模型参数。本文提出由牵引变电所出口处电容和区外一段接触线共同构成牵引网的物理边界,经大量仿真表明,3m长接触线与牵引变电所出口电容共同构成的边界已能有效判断区内外故障,故本文构成牵引网边界的接触线长度取3m。分析贯通式同相AT牵引供电系统及牵引网边界的频域特性模型。研究贯通式同相AT牵引供电系统牵引网及边界的频率特性,分析牵引网、牵引网边界对故障暂态信号高频分量的衰减作用,并给出牵引网对故障高频暂态量的衰减强度超过边界对故障高频暂态量衰减强度的牵引网长度临界值,及故障位置的改变对保护安装处检测到的故障高频暂态信号的影响。基于牵引网边界对暂态电流高频分量有很强的衰减作用,提出了一种贯通式同相AT牵引供电系统的牵引网单端电流方向暂态保护。首先采用多分辨形态梯度(MMG)对保护安装处采集到的故障电流线模分量进行信号处理,得到其故障电流线模波形突变点的极性。然后由故障电流线模分量波形突变点的极性来判断故障发生位置:若极性为负,故障发生在本侧区外,保护不动作;若极性为正,则对故障电流的线模分量进行形态谱运算并计算出不同尺度下的形态谱值,将该谱值归一化后转换到频域与阈值进行比较,判断故障发生在区内或是对侧区外。若形态谱值大于阈值,为区内故障,反之为对侧区外故障。提出一种基于压缩感知理论与二阶微分法相结合的贯通式同相AT牵引供电系统的牵引网单端电流保护方法:首先通过压缩感知技术对保护设备采集到的故障暂态电流线模信号进行压缩重构,重构出的故障信号与原始故障信号相似度极高且噪声含量较少;再用二阶微分法处理重构出的故障电流线模信号,得到故障电流线模分量的行波首波头幅值;最终通过比较故障电流线模分量的首波头幅值与阈值的大小,判断故障发生在区内或区外。并利用本文搭建的仿真模型进行大量故障仿真实验,通过分析实验结果验证了保护方法的有效性。