電氣化鐵道牽引網(wǎng)故障測(cè)距探微

楊 凱

(通號(hào)工程局集團(tuán)有限公司太原分公司，山西 太原 030000)

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電氣化鐵道牽引網(wǎng)故障測(cè)距探微

楊 凱

(通號(hào)工程局集團(tuán)有限公司太原分公司，山西 太原 030000)

介紹了電氣化鐵道牽引網(wǎng)的供電方式，基于各供電方式的特點(diǎn)，探討了對(duì)各供電方式進(jìn)行故障測(cè)距的方法及原理，并分析了各測(cè)距方法的優(yōu)、缺點(diǎn)，旨在選出最合理的測(cè)距方式。

電氣化鐵道，牽引網(wǎng)，故障測(cè)距，直接供電

電氣化鐵道的牽引供電回路以閉合方式呈現(xiàn)，其主要由電力機(jī)車、牽引變電所、饋電所、鐵軌、接觸網(wǎng)、回流線等連接而成，整個(gè)牽引閉合回路中的電流即為牽引電流[1]。電氣化鐵道運(yùn)行過程中，不可避免的會(huì)對(duì)周圍的通信環(huán)境造成影響，選擇供電方式時(shí)需依據(jù)具體環(huán)境將影響率降最低，而進(jìn)行電氣化鐵道牽引網(wǎng)故障測(cè)距能夠充分實(shí)現(xiàn)對(duì)供電安全的維護(hù)，對(duì)于優(yōu)化電氣化鐵道范圍內(nèi)周圍環(huán)境的通信安全具有重要意義。在具體實(shí)踐中，由于供電方式具有多樣性，其便有各自相應(yīng)的測(cè)距方式。

1 電氣化鐵道牽引網(wǎng)概述

目前，由牽引網(wǎng)和牽引變電所共同構(gòu)成的單相交流制牽引供電系統(tǒng)是現(xiàn)今我國電氣化鐵道最常使用的供電方式，應(yīng)用中選用雙回路高壓電線路，對(duì)于維持供電的穩(wěn)定性與可靠性有重要作用?，F(xiàn)今，應(yīng)用最為有效的供電方式有四種，直接供電、帶回流線的直接供電、吸流變壓器供電(BT)、自耦變壓器供電(AT)。直接供電方式是在原有牽引網(wǎng)中增加特殊保護(hù)，是各個(gè)方法中最為簡單的一種，在兩個(gè)饋電所的簡單構(gòu)成基礎(chǔ)上，將其再分別接于鋼軌與接觸網(wǎng)上；帶回流線的直接供電方式在供電系統(tǒng)內(nèi)，每隔一段距離以NF線同鋼軌連接形成回流；BT是在接觸網(wǎng)上，隔一段距離進(jìn)行吸流變壓器安裝，將其原邊與接觸網(wǎng)連接、次邊則同回流線相連，再同吸流變壓器連接，形成一條吸上線與鋼軌和回流線連接；AT是在上下行牽引網(wǎng)的出線處共用斷路器，并分別與鋼軌、接觸線、正饋線以并聯(lián)方式連接。

2 直接供電方式故障測(cè)距

將牽引變電所輸出的電能過接觸網(wǎng)直接供應(yīng)于電路火車，運(yùn)行所回歸的電流又通過大地、軌道返還于牽引變電所是直接供電方式的基本原理。該供電方式具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)營成本低、投資少、后期維護(hù)少等特點(diǎn)，但運(yùn)行過程中鋼軌電位較高，對(duì)周邊環(huán)境內(nèi)的通信線路有較大影響，極易造成干擾，基于此，帶回流的直接供電方式增設(shè)了架空回流線，并與軌道并聯(lián)，該方式能夠有效降低軌道電位，且供電臂長度明顯增加[2]。對(duì)該種供電方式進(jìn)行故障測(cè)距時(shí)，主要有阻抗法與單線、復(fù)線測(cè)距等方法。

2.1 阻抗法

該方法是最為傳統(tǒng)的故障測(cè)距方法，進(jìn)行單端故障測(cè)距，其原理模型如圖1所示。在電氣化鐵道中，牽引網(wǎng)機(jī)車啟動(dòng)頻繁，故障出現(xiàn)時(shí)會(huì)因線路的電容分布問題而出現(xiàn)過渡電阻，阻抗法進(jìn)行故障測(cè)距時(shí)會(huì)有力不從心之感，影響測(cè)量精度，故對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)優(yōu)化，衍生而言的故障分量法、電抗法等具有良好效果。

2.2 單線、復(fù)線故障測(cè)距

單線直接供電牽引網(wǎng)在直接供電牽引網(wǎng)供電臂上有多個(gè)站場(chǎng)與區(qū)間，使得供電牽引網(wǎng)具有不同的阻抗性，但同一區(qū)間內(nèi)的特性又相一致，一定程度上同R—L電力線路具有效用一致性，能夠充分依據(jù)線路電抗與距離間的關(guān)系完成故障定位。

牽引變電所是復(fù)線直接供電牽引網(wǎng)的供電臂手段，分區(qū)亭為末端，末端可以并聯(lián)方式連接，當(dāng)發(fā)生短路時(shí)可依據(jù)上下行互相阻抗的原理進(jìn)行線路電感分析，進(jìn)而確定故障點(diǎn)位置。

3 吸流變壓器供電(BT)故障測(cè)距

3.1 吸流變壓器供電牽引網(wǎng)測(cè)距

BT供電方式能夠合理優(yōu)化供電運(yùn)行中電壓的穩(wěn)定性，增強(qiáng)牽引網(wǎng)載荷電流能力，該方式供電中的自耦變壓器與正饋線能夠充分降低運(yùn)行過程中對(duì)周邊環(huán)境的通信干擾，且技術(shù)成本相對(duì)降低[3]。故障測(cè)距充分應(yīng)用了吸流變壓器的吸上電流，此后，又實(shí)現(xiàn)了基于反向電抗原理與吸饋電流比故障測(cè)量方式。

3.2 全并聯(lián)吸流變壓器供電牽引網(wǎng)測(cè)距

BT供電方式即在原有的供電系統(tǒng)內(nèi)加入吸回裝置，其應(yīng)用過程中會(huì)隨著鐵道中列車位置的變化而變化，使得牽引網(wǎng)阻抗明顯增大，且其會(huì)隨線路而變化。進(jìn)行故障測(cè)距時(shí)，首先需實(shí)現(xiàn)模型簡化處理，其主要包括兩種應(yīng)用方法：其一，平均單位阻抗法，基于該應(yīng)用方法所得到的平均阻抗為BT牽引網(wǎng)的單位阻抗值，并依據(jù)具體運(yùn)行參數(shù)可分布于接觸網(wǎng)中；其二，分段線性法，該方法應(yīng)用下對(duì)阻抗通電未明確設(shè)置BT饋線總阻抗，由第i個(gè)BT阻抗與得到計(jì)算點(diǎn)間變電所阻抗，其故障測(cè)量以單線與復(fù)線牽引網(wǎng)測(cè)距原理為基本依據(jù)。

上下行線路的互感在BT故障測(cè)距中可忽略，其本身自有阻抗則為單線運(yùn)行阻抗，可直接統(tǒng)一計(jì)量。當(dāng)其末端具有橫連線時(shí)，故障測(cè)距定位只與故障前后電流、電壓、線路參數(shù)有關(guān)聯(lián)。該應(yīng)用方式下，在牽引網(wǎng)中加入了吸流變壓器，其設(shè)置相當(dāng)于在等效電路中植入短路阻抗，充分優(yōu)化運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性，使得短路電抗距離存在不可分割之關(guān)聯(lián)，故而在故障測(cè)距時(shí)，可以通過分段查表法進(jìn)行相關(guān)電抗距離設(shè)置而有效確定故障點(diǎn)位置。

4 自耦變壓器供電(AT)故障測(cè)距

AT供電方式在提高供電電壓的同時(shí)，也加大了牽引網(wǎng)的載流能力，其在應(yīng)用過程中通過自耦變壓器與正饋線的作用，有效降低運(yùn)行過程中對(duì)周邊環(huán)境內(nèi)通信線路的影響，且運(yùn)行成本相對(duì)較低，是我國城市間電氣化鐵道的常見供電方式，如北京—青島的電氣化鐵道[4]。

4.1 自耦變壓器供電電流比測(cè)距

該方式是基于AT應(yīng)用原理(如圖2所示)基礎(chǔ)上的典型故障測(cè)距方法，其應(yīng)用具有一定的理想性，確保變電所近段AT處出現(xiàn)短路時(shí)，其所處位置與變電所具體為常規(guī)設(shè)置下的中性點(diǎn)位置，但由于基本運(yùn)行中不可避免的出現(xiàn)AT漏抗、鋼軌漏抗或同導(dǎo)線聯(lián)結(jié)、饋線長短等因素的影響，并不能在任何時(shí)候滿足測(cè)距條件，其應(yīng)用中對(duì)環(huán)境要素有極高要求。

4.2 全并聯(lián)AT供電測(cè)距

全并聯(lián)AT供電是基于AT供電演化而來，通過橫連線同牽引網(wǎng)中的鋼軌、接觸線、正饋線并聯(lián)，使得抗干擾能力與載流能力明顯提升。但全并聯(lián)需實(shí)現(xiàn)上下行線路的全聯(lián)，使得整體結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，進(jìn)而加大了故障測(cè)距難度，但因其具有突出優(yōu)勢(shì)，具體應(yīng)用率相對(duì)較高，現(xiàn)今我國一些區(qū)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全并聯(lián)AT供電方式應(yīng)用，所以，其故障測(cè)量原理有三種：其一，應(yīng)用中性點(diǎn)吸上電流比進(jìn)行測(cè)距，該原理使用與所有AT供電方式下所發(fā)生的吸流變壓器故障測(cè)距，但在T—F短路故障測(cè)量中，具體結(jié)果精度不高，需同電流比進(jìn)行修正；其二，以橫聯(lián)線電流比進(jìn)行故障測(cè)量，其應(yīng)用過程中能夠有效確保精度，并實(shí)現(xiàn)接地故障或短路故障的精準(zhǔn)確定，但該方式應(yīng)用中需增加交流互感器，應(yīng)用成本較大；其三，充分應(yīng)用區(qū)段上下行電流比故障測(cè)距原理，在接觸線與正饋線電流作用下，比較運(yùn)行中各個(gè)區(qū)間的電流情況，以確定故障位置，該方式還可以在發(fā)生正饋線接地時(shí)應(yīng)用。

5 結(jié)語

隨著電氣化鐵道引用頻繁，相關(guān)科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)也在不斷更新，隨著供電方式的不斷更新與優(yōu)化，測(cè)距原理與方法呈現(xiàn)多樣性特點(diǎn)，而其中多數(shù)應(yīng)用原理是基于阻抗計(jì)算來實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距，但該方式所需運(yùn)行具體參數(shù)，導(dǎo)致受其影響較大，若出現(xiàn)參數(shù)失誤，則直接影響故障測(cè)距與故障點(diǎn)確定，所以，相關(guān)測(cè)量方法也在不斷更新，如逐漸應(yīng)用開始廣泛的行波測(cè)距法，其應(yīng)用中無需進(jìn)行阻抗確定，無過多影響因素，是當(dāng)前應(yīng)用相對(duì)有效的測(cè)距方式，且在通過行波傳輸過程中進(jìn)行故障定位，穩(wěn)定性得到有效保證，充分確保測(cè)量精度[5]。

[1] 韋 國.行波法在電氣化鐵道牽引網(wǎng)故障測(cè)距中的應(yīng)用[J].電氣化鐵道,2012(2):21-23.

[2] 崔玉璟.電氣化鐵道供電牽引網(wǎng)故障測(cè)距綜述[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014(22):140.

[3] 牛 瓊,姜?jiǎng)P華,陳 涌.電氣化鐵道牽引網(wǎng)故障測(cè)距研究綜述[J].變頻器世界,2016(6):61-64.

[4] 馬 敏.電氣化鐵道供電牽引網(wǎng)故障測(cè)距綜述[J].科技風(fēng),2015(13):34.

[5] 張佩炯.行波法在電氣化鐵道牽引網(wǎng)故障測(cè)距的仿真研究[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化,2015(3):2-30，37.

Exploration on electrified railway traction network fault location

Yang Kai

(TaiyuanBranchCompany,TonghaoEngineeringBureauGroupCo.,Ltd,Taiyuan030000,China)

The paper introduces power supply methods of electrified railway traction network,explores fault location methods and principles of various power supply methods on the basis of power supply methods,and analyzes their merits and defects,with a view to select rational fault location method.

electrified railway,traction network,fault location,direct power supply

1009-6825(2016)29-0110-03

2016-08-07

楊 凱(1979- )，男，工程師

TU852

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