電氣化鐵道供電牽引網故障測距綜述

崔玉璟

摘 要：電氣化鐵道供電牽引網中的供電方式有很多種，最常用的方式有直接供電、AT、BT、等。全并聯方式也逐漸被應用于電氣化鐵道牽引網的供電過程中。在幾種供電方式中可以根據不同的測距原理進行測距，如阻抗法等。文章主要對幾種供電方式下的測距方法進行了綜述，最后對行波測距法進行了探討。

關鍵詞：電氣化鐵道；牽引網；故障測距

1 電氣化鐵道供電牽引網

目前，單相交流制是我國電氣化鐵路常采用的基本供電方式。鐵路線上的牽引變電所和牽引網組成了牽引供電系統。采用雙回路高壓輸電線路來提高供電的可靠性。一般牽引供電回路包括：電力機車、回流線、沿鐵路線分布的牽引變電所、饋電線、接觸網、鋼軌和大地以及正饋線等。而通常所說的牽引網一般只包括鋼軌和大地回流線、饋電線、接觸網三個部分。

2 故障測距方法

2.1 直接供電測距

2.1.1 單線直接供電測距

直接供電牽引網與R-L電力線路是等效的，其供電臂包含多個區間和站場，導致出現不同的牽引網阻抗特性，但是在同一段上，牽引網的特性相同。因此，可在同一段內采用阻抗計算方式，利用線路電抗和距離關系對故障點進行定位。如圖1所示，當故障發展在dn-1與dn之間時，可利用公式（1）進行故障定位，得到定位距離d。

d=dn-1+（Yn-Yn-1/dn-dn-1）（Y-Yn-1） （1）

圖1 短路電抗—距離曲線

2.1.2 復線直接供電測距

供電臂末端稱為分區亭，首端稱為牽引變電所，在復線直接供電中常采用在分區亭并聯，短路時會受到上下行阻抗（Z上行和Z下行）的影響。測距原理為：

k=Z上行*2L/（Z上行+Z下行） （2）

其中，L為線路電感。

2.2 AT供電故障測距

AT供電方式可以很大程度上提高供電電壓，一般可以提高一倍，加大了牽引網的載流能力。該方式采用正饋線和自耦變壓器，可減少對通信線路的干擾。AT供電方式還可以降低成本，在日本以及成為標準的供電方式，在我國很多城市間的電氣化鐵路也采用了AT供電方式（如北京-秦皇島的電氣化鐵路）。

AT牽引網故障測距方法中最典型的是基于AT吸上電流比原理的方法，后來提出了基于吸饋電流比、反向電抗原理的AT故障測距方法。一般最常用的測距方法如公式3所示，該方法是基于吸上電流比原理的測距方法。

（3）

其中，n為吸上電流編號，k到k+1表示故障AT段，dk+1-dk表示分段點距離，

為吸上電流比。

全并聯AT供電方式是在AT供電方式的基礎上發展而來的，全并聯AT供電方式利用橫聯線在AT所將牽引網中接觸線、鋼軌、正饋線并聯，進一步提高了載流能力和抗干擾能力。但是由于全并聯AT供電方式將上下行都并聯起來，結構相對更加復雜，導致在故障測距時有一定的困難。但是由于全并聯方式抗干擾和載流能力強，目前我國一些地域也已經實施使用全并聯AT進行供電。全并聯AT供電方式下的故障測距原理包括3個，分別為：（1）中性點吸上電流比故障測距原理，該原理適用于任何AT供電方式的牽引網中的故障測距。但是T-F短路故障時用該方法測距得到的結果精度較差，需要在測距時利用中性點吸上電流比進行修正；（2）橫聯線電流比故障測距原理，采用該原理進行測距具有較好的測距精度，克服了中性點吸上電流比故障測距精度差的缺點。該方法可以判斷短路故障和斷線接地故障。但是橫聯線電流比故障測距原理需要增加測量用的電流互感器，大大增加了投入的成本；（3）區段上下行電流比故障測距原理，該方法需要利用接觸線和正饋線的電流，將上下行各區段中這兩種電流的和進行比較來得到故障點的距離。當正饋線斷線接地時，該方法仍然可以進行故障測距。

2.3 BT供電故障測距

BT供電方式是在牽引網中加入吸回裝置，阻抗會隨著列車位置不同而不同。這種方式使牽引網阻抗增大，并且會使阻抗會沿著鐵路線而變化。簡化模型法為常用的BT牽引故障測距方法，該方法包含兩種：（1）平均單位阻抗法，該方法將計算得到的平均阻抗作為BT牽引網的單位阻抗，并將該阻抗分到接觸網中；（2）分段線性法，該方法的阻抗通過對未設置BT時饋線的總阻抗、第i個BT的阻抗和得到計算點到變電所的阻抗。BT供電故障測距原理包括單線牽引網故障測距原理和復線牽引網BT供電故障測距原理。此外，還可以采用分段查表法進行牽引網故障測距。在該方法中，故障的阻抗與距離之間的關系可以計算得到，然后根據列表信息找到故障點位置。

（1）單線牽引網BT供電故障測距原理。短路時的牽引網短路阻抗為：Z=Z0d0，其中，d0為故障點距離，Z0為單位阻抗。該模型是單位阻抗簡化模型，結合單線直接供電的算法進行測距。在BT單線牽引網中，接觸網和回流線中具有方向相反、值相等電流。

（2）復線牽引網BT供電故障測距。BT供電方式是在牽引網中增設吸流變壓器——回流線實現的，這樣可以避免電流回答牽引變電所時經過軌道和大地，減少對外界的影響。在BT牽引網中可以忽略上下行線路的互感，此時自阻抗可被視為單線時的阻抗。統一可以采用Z=Z0d0計算牽引網短路阻抗。當BT網末端有橫聯線時，故障定位過程只與故障前后電壓、電流以及線路參數有關。由于吸流變壓器加入牽引網，相當于將短路阻抗加入了等效電路中。短路電抗與距離之間存在一定關系，因此，只需通過分段查表的方法和設置對應的電抗距離即可找到故障點的位置。

2.4 供電牽引網中行波故障測距

上述幾種供電方式下的測距方法多是以計算阻抗進行測距，受其他參數影響大。根據行波傳輸原理可知，行波傳輸過程中其速度比較穩定。因此，利用行波法測距，測量的時間差不會因線路類型不同或者故障電阻而不同，并且也不受系統運行參數的影響，其精度和穩定性都較好。行波測距的裝置有三種，分別為：（1）A型，當故障時裝置利用故障點的行波進行測距，該行波會在測量點和故障點往返傳輸，利用波傳輸往返時間和波速之積對故障點進行定位；（2）B型，與A型裝置不同，B型裝置通過故障點到兩端的時間差與波速的乘積對故障點進行定位；（3）C型，該裝置采用在線路一端施加高壓或者直流脈沖的方法進行故障定位，通過脈沖往返時間判斷故障所在位置。其中，B型裝置向兩端發送波，屬于雙端測距，A型和C型都只從一端進行，屬于單端測距。A型和B型依靠故障點產生的行波進行定位，對瞬時和永久性故障都能夠進行檢測，而C型對線路的狀態沒有要求，當線路斷開時，仍然可進行故障測距，在永久性故障定位中具有較好的應用。

3 結束語

電氣化鐵道供電牽引網中對故障進行測距的方法多種多樣，不同的供電方式下有不同的故障測距方法，而行波測距利用行波的傳輸對故障進行定位，具有更好的穩定性。但是仍需要對測距原理進行深入的探究，進一步提高故障定位的精度。

參考文獻

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