淺談鐵路牽引網(wǎng)故障測距原理

張星赟 劉國毅

（國電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司 南京）

淺談鐵路牽引網(wǎng)故障測距原理

張星赟 劉國毅

（國電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司 南京）

近年來，隨著國家大力發(fā)展高鐵經(jīng)濟(jì)，并逐步走向國際，高鐵的建設(shè)需求越來越大。高速鐵路列車速度快、行車密度大，要求牽引功率高，電力牽引成為高速鐵路動力牽引的必然選擇，當(dāng)線路上發(fā)生故障時(shí)，需要快速可靠的判斷出故障點(diǎn)并及時(shí)處理顯得尤為重要。依據(jù)不同的故障測距原理所測出的故障點(diǎn)距離是不同的，與實(shí)際故障點(diǎn)距離的差距也是不同的，選擇合適的方式尤為重要，這對于保障電氣化鐵路的暢通具有十分重要的意義。

高速鐵路；直供；AT供電；故障測距

故障測距有其專用的通道以及各種不同的故障測距原理，現(xiàn)如今，人們對于如何更加快速準(zhǔn)確的測得故障點(diǎn)的距離及類型一直在不斷深入的研究。

1 故障測距通道

在常見的故障測距通道中，有兩種通道，一種是2M的E1通道，可采用同軸電纜進(jìn)行通訊，該通道具有實(shí)時(shí)同步傳輸?shù)奶匦?；另一種是FE（Fast Ethernet）通道，即快速以太網(wǎng)，也就是通常說的百兆網(wǎng)。

對于AT供電方式，典型的高鐵供電臂測距系統(tǒng)如圖1所示。

2 常用故障測距方法

2.1 阻抗法測距

圖1

在直接供電方式中，用阻抗法進(jìn)行故障測距較為廣泛。在忽略線路的分部電容和漏電導(dǎo)的前提下，根據(jù)故障時(shí)測量到的電壓、電流量而計(jì)算出故障回路的阻抗。由于線路長度和阻抗成正比，因此便可以求出由測距點(diǎn)到故障點(diǎn)的距離。阻抗法的優(yōu)點(diǎn)是比較簡單可靠。但大多數(shù)阻抗法存在著精度問題。他們的誤差主要來源于算法本身的假設(shè)，測距精度深受故障點(diǎn)的過渡電阻的影響，只有當(dāng)故障點(diǎn)的過渡電阻為零時(shí)，故障點(diǎn)的距離才能夠比較準(zhǔn)確的計(jì)算出來，而且由于實(shí)際系統(tǒng)中線路不完全對稱以及測量端對側(cè)系統(tǒng)阻抗值不可知等因素的影響，測距誤差往往遠(yuǎn)大于某些故障測距產(chǎn)品在理想條件下給出的誤差標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 吸上電流法測距

需要通信通道；適用于T-R、F-R短路故障，不適用T-F故障。測距公式為：

式中：l——故障點(diǎn)到變電所（SS）的距離（km）；

Ln——變電所距第n個(gè)AT所的距離；

Dn——第n個(gè)AT與第n+1個(gè)AT之間的距離；

In，In＋1——分別為第n個(gè)AT與第n+1個(gè)AT中性點(diǎn)的吸上電流和；Qn，Qn＋1——自適應(yīng)調(diào)整的系數(shù)。

2.3 上下行電流比原理測距

無需通信通道；供電臂為復(fù)線且末端并聯(lián)閉環(huán)供電；重合閘時(shí)測距無效；適合各種短路形式。測距公式為：

式中：l——故障點(diǎn)到變電所（SS）的距離（km）；

I1——故障方向供電臂的電流（A）；

I2——非故障方向供電臂的電流（A）；

L1——上行供電臂的長度（km）；

L2——下行供電臂的長度（km）；

△L——修正參數(shù)。

2.4 吸饋電流比原理測距

無需通信通道；供電臂為單線單AT區(qū)段；適合T-R、F-R短路，不適合T-F短路。測距公式為：

式中：Ix——所內(nèi)AT中性點(diǎn)電流；

Itf——饋線視在電流；

D——故障AT段長度；

△L——修正參數(shù)。

當(dāng)變電所內(nèi)的自耦變壓器取消時(shí)，可采用間接方法求取Ix。

3 實(shí)例分析

現(xiàn)根據(jù)在金溫客專武義北-建溪供電上共進(jìn)行3次短路試驗(yàn)（AT方式先跳閘，重合之后直供再跳閘的只記為一次）所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：

3.1 第一次短路試驗(yàn)（第2個(gè)AT區(qū)間，下行T-R，吸上電流比原理）

3.1.1 AT故障測距裝置動作報(bào)告

變電所的數(shù)據(jù)如下：上行T線電流：912.060A，上行F線電流：720.441A，下行T線電流：942.176A，下行F線電流719.839A，AT吸上電流：413.97A，測量公里標(biāo)：59.820。

AT所的數(shù)據(jù)如下：并聯(lián)開關(guān)T線電流：287.51A，并聯(lián)開關(guān)F線電流：290.4A，AT 吸上電流：1127.851A。

分區(qū)所的數(shù)據(jù)如下：并聯(lián)開關(guān)T線電流：625A，并聯(lián)開關(guān)F線電流：430A，AT吸上電流：1764.038A。

實(shí)際公里標(biāo)：59.739。

3.1.2 第2個(gè)區(qū)間T-R短路電流關(guān)系示意圖

圖2

由以上數(shù)據(jù)分析可知，測量誤差為-0.081km，誤差較小。

3.2 第二次短路試驗(yàn)（第2個(gè)AT區(qū)間，下行F-R，阻抗法）

3.2.1 AT故障測距裝置動作報(bào)告及分析

變電所的數(shù)據(jù)如下：上行T線電流：802.448A，上行F線電流：731.344A，下行T線電流：800.146A，下行F線電流747.376A，AT吸上電流：126.98A，測量公里標(biāo)：60.714。

AT所的數(shù)據(jù)如下：并聯(lián)開關(guān)T線電流：263.8A，并聯(lián)開關(guān)F線電流：776A，AT吸上電流：1137.439A。

分區(qū)所的數(shù)據(jù)如下：并聯(lián)開關(guān)T線電流：546A，并聯(lián)開關(guān)F線電流：1557A，AT吸上電流：2077.679A。

實(shí)際公里標(biāo)：59.834。

同樣可繪得短路電流關(guān)系示意圖以驗(yàn)證故障報(bào)告數(shù)據(jù)，由以上數(shù)據(jù)分析可知，測量誤差為-0.88km，測得的故障距離與實(shí)際故障距離誤差較大。

3.3 第三次短路試驗(yàn)（第1個(gè)AT區(qū)間，下行T-R，上下行電流比原理）

AT故測裝置動作報(bào)告及分析：

變電所的數(shù)據(jù)如下：上行T線電流：802.448A，上行F線電流：731.344A，下行T線電流：800.146A，下行F線電流747.376A，AT吸上電流：777.49A，測量公里標(biāo)：47.951。

AT所的數(shù)據(jù)如下：并聯(lián)開關(guān)T線電流：1197A，并聯(lián)開關(guān)F線電流：790A，AT吸上電流：1137.439A。

分區(qū)所的數(shù)據(jù)如下：并聯(lián)開關(guān)T線電流：45A，并聯(lián)開關(guān)F線電流：86A，AT吸上電流：2077.679A。

實(shí)際公里標(biāo)：48.140。

同樣可繪得短路電流關(guān)系示意圖以驗(yàn)證故障報(bào)告數(shù)據(jù)，由以上數(shù)據(jù)分析可知，測量誤差為0.189km，測得的故障距離與實(shí)際故障距離誤差較小。

4 結(jié)束語

對于單線直供和BT牽引網(wǎng)，故障測距原理主要是電抗距離查表法。對于AT供電方式，主要有吸上電流比法、吸饋電流比和上下行電流比法，當(dāng)正饋線和接觸線發(fā)生斷線故障時(shí)，AT故障測距失效，故標(biāo)距離與實(shí)際距離相差太大，此時(shí)應(yīng)投入阻抗法測距。要提高故測精度，應(yīng)當(dāng)選擇合適的測距方法，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)以及運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)，不斷對整定參數(shù)進(jìn)行修改，在實(shí)際故障查找過程中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，這對于保證鐵路平穩(wěn)運(yùn)行有著十分重要的意義。

[1]國電南瑞科技股份有限公司.《高速鐵路牽引網(wǎng)故障處理決策裝置說明書》[Z].

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1004-7344（2016）17-0085-02

2016-6-2