淺論城市軌道交通直流側(cè)短路故障分析

許達烽

（南昌軌道交通集團有限公司運營分公司 江西省南昌市 330000）

淺論城市軌道交通直流側(cè)短路故障分析

許達烽

（南昌軌道交通集團有限公司運營分公司 江西省南昌市 330000）

在城市軌道交通中，向機車提供電能絕大部分采用的是“低壓直流+上下行接觸網(wǎng)”全并聯(lián)的雙端供電方式，這種直流側(cè)短路電流通常受到系統(tǒng)容量和供電電壓的影響，會對軌道交通設(shè)備造成較大的危害。由于這個難題的存在，當(dāng)前城市軌道交通中研究的重點轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾慰焖賹收衔恢眠M行定位，并及時有效的排除。

軌道交通；供電方式；短路電流；故障分析

引言

隨著城市的快速發(fā)展，其地理范圍的不斷擴大，便捷的交通便成為城市人快節(jié)奏生活的階梯。在這種時間就是生命的宣言號召下，浪費在堵車路上的時間定會讓人大為上火。因此，城市軌道交通在近百年的發(fā)展過程中，不斷進行自身的突破，取得了一個又一個階段性的飛躍。地鐵、輕軌、BRT軌道、甚至是巴鐵等等已投入使用或者還在試驗當(dāng)中的，這些在高科技下誕生的新型軌道交通已經(jīng)成為了當(dāng)前大多數(shù)城市交通系統(tǒng)的命脈，或是成為一個城市經(jīng)濟是否發(fā)達的判斷標準。軌道交通運行過程中的一個關(guān)鍵性問題在于保障城市交通軌道供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。本文將對當(dāng)前城市軌道交通供電直流側(cè)短路故障定位的幾種主要方法進行論述，對城市軌道交通直流側(cè)短路故障類型進行分析。

1 城市軌道交通供電直流側(cè)短路故障的主要類型

軌道交通運輸網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)電能向接觸網(wǎng)和第三軌的傳輸是通過“降壓”的方式實現(xiàn)的，具體來講就是引入電網(wǎng)中的35kV以及10kV的電壓交流點進行降壓整流后，在直流饋線基礎(chǔ)上為交通機車提供使用電能。在直流側(cè)短路中，按照短路方式的不同對城市軌道交通供電直流側(cè)短路故障進行分類，其可以分為金屬性短路和非金屬性短路兩種主要類型。

1.1 金屬性短路

金屬性故障是一種直接性接觸所產(chǎn)生的短路故障，主要是指由于第三軌與走行軌之間產(chǎn)生直接金屬接觸，或者是接觸網(wǎng)與走形軌間產(chǎn)生直接金屬性接觸后兩種不同電位導(dǎo)體相接觸，導(dǎo)致絕緣層破壞與大地形成短路。此外，還有一種原因可能造成該種故障，在停電檢修作業(yè)過程結(jié)束后，沒有及時將接觸大地的電路線處理干凈，在恢復(fù)通電后就可能發(fā)生金屬性短路故障。發(fā)生金屬性短路如果在運行期間不能及時對故障位置進行確定和排除，勢必會對軌道交通的正常運行產(chǎn)生較大的不利影響，阻礙機車的正常運行，甚至?xí)硪恍┌踩珕栴}和隱患。

1.2 非金屬性短路

非金屬性短路一般來說是一種意外出現(xiàn)現(xiàn)象，它是非正常性的技術(shù)紕漏。主要是指第三軌與走形軌經(jīng)過渡電阻而發(fā)生短路或者是因為絕緣泄漏從而發(fā)生非金屬性短路故障。在多雨或下雪條件下，由于雨水或者是積雪作用，城市輕軌被覆蓋，因為水是傳電的導(dǎo)體，間接與行軌發(fā)生短路。另外，電流線路的絕緣層老化也可能導(dǎo)致電流的外放和泄露，電流泄露流經(jīng)大地這個傳導(dǎo)體最終發(fā)生回流，出現(xiàn)非金屬性故障。非金屬性故障的短路電流相對比較小，短路現(xiàn)象不容易被發(fā)現(xiàn)，但是我們都知道積少成多這個道理，隨著運行時間的不斷加長，非金屬性短路故障產(chǎn)生的小電流可能會產(chǎn)生接觸電壓、跨步電壓，甚至出現(xiàn)電弧，逐漸使電流短路故障擴大，等到惡化到一定程度時將會給城市交通軌道電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行以及人身安全都帶來較為嚴重的影響，產(chǎn)生不可估計的后果。

2 城市軌道交通供電直流側(cè)短路故障定位的幾種方法

以當(dāng)今而言，阻抗法和行波法是當(dāng)前定位城市軌道交通運輸中供電直流側(cè)短路故障所采用的最普遍的兩類方法，在此向大家介紹這兩種流行的定位方法：

2.1 阻抗法

單端量阻抗法和雙端量阻抗法是城市軌道交通供電直流側(cè)短路故障定位方法中阻抗法的兩種細分類：①單端量阻抗法。以其簡單易操作，成本低廉而廣泛被接受。但由于其在故障定位過程中容易受到對側(cè)系統(tǒng)過渡電阻的干擾和影響，缺點就是實際運行過程中對于出現(xiàn)的故障定位精確度較差。為了避免干擾、克服單端量阻抗法的缺點，我們可以在實際運行過程中采用數(shù)學(xué)方法消除對側(cè)過度電阻的干擾和影響。②雙端量阻抗法。是一種依靠現(xiàn)代通信技術(shù)和高精度互感器、故障錄波裝置等高科技技術(shù)支撐的技術(shù)方法。其主要是依據(jù)在故障點電壓相等、推算兩端電流的原理來獲取故障點的位置信息，對故障點進行精確定位，實現(xiàn)了強大的故障定位功能。

2.2 行波法

行波法是根據(jù)行波傳輸理論實現(xiàn)輸電線路故障測距的，在城市軌道交通直流輸電系統(tǒng)中成為一種定位故障點的常用方法。行波法分為A型、B型和C型三種類型，都是通過對不同的故障行波的速度、到達測量裝置時間差等，計算故障位置。

兩種故障定位方法都有其各自不同的特點，因為不同的優(yōu)點得到了較為廣泛的應(yīng)用，但由于城市軌道交通直流故障中兩者的測量設(shè)備規(guī)模龐大，儀器要求相對較高，投資成本大，解決城市軌道交通中直流故障定位的任務(wù)任重而道遠。

3 故障定位原理、實現(xiàn)和保護

3.1 基本原理分析

直流側(cè)短路故障定位采用的書局主要是裝置在發(fā)生保護動作之前饋線所記錄的，這些都是過時的信息不利于故障定位的實現(xiàn)。對于同樣基于電壓和電流基波相量為基礎(chǔ)的單端測距還是雙端測距方法來說，故障發(fā)生和排除時間變短而所需的基波相量不能準確提供，無法實現(xiàn)準確的故障定位。

但是，我們可以通過對跳閘前原始數(shù)據(jù)的采用而直接性的在一段時間區(qū)域范圍內(nèi)對故障距離進行測算，不需要進行相應(yīng)的濾波處理，這種做法是基于分布參數(shù)模型的輸電線路故障定位方案，其在本質(zhì)上與直流輸電線路相似，不同之處僅僅是兩者能量集中頻域不同，所以該方案能夠最大程度的對故障點的出現(xiàn)進行有效的定位。

3.2 定位實現(xiàn)

在城市軌道交通線路內(nèi)部無障礙情況下，貝瑞隆模型認為城市軌道交通采用單邊供電系統(tǒng)和直流供電系統(tǒng)時，電壓的分布狀態(tài)是不同的。單邊供電系統(tǒng)電壓在理論上是線性均勻變化的，而直流供電系統(tǒng)是呈現(xiàn)線性下降的趨勢。模型中指出如果供電直流側(cè)發(fā)生短路故障，那么故障點處電壓必將遭到破壞，此點的電壓為0，故障點處和電源端之間仍然是呈現(xiàn)均勻性分布的。在該種情況下，對故障線路的電壓采用一定的步長進行分析計算得到電壓最小的一點，測定其與電源點距離完成故障定位。

3.3 框架保護

框架保護以接觸軌為正極、走行軌為負極，是直流供電系統(tǒng)中特有的保護類型。電流既可以從走行軌返回，也能從大地返回導(dǎo)致雜散電流很大，在上下車時兩極間的電流不穩(wěn)定很容易發(fā)生不安全事故。框架保護在于實時檢測電流情況，在斷路時，起到直流斷路器跳閘的作用。這種框架保護的原理是通過對正極與負極之間的絕緣狀況來實現(xiàn)的。直流牽引系統(tǒng)正或負一極在兩極接地后可能燒壞直流用電設(shè)備或使直流用電設(shè)備不能正常工作，對直流用電設(shè)備的破壞性較大，因此必須進行絕緣安裝，起到保護作用。

4 結(jié)語

城市軌道交通是城市公共交通的骨干，它作為新的交通運輸方式以其不可比擬的安全性能高、速度快、運量大等優(yōu)點快速發(fā)展起來，在我國發(fā)展迅速甚至走出國門。在現(xiàn)今的技術(shù)水平下，城市軌道交通大多采用的是電能這種環(huán)保的能源作為動力，供能系統(tǒng)的安全穩(wěn)定對于軌道交通的正常運行有著至關(guān)重要的意義。我國采用的直流供電系統(tǒng)在實際運用過程中會不可避免的發(fā)生短路的情況，就在今年的夏天據(jù)報道，北京開往廈門的高鐵上就因電壓不穩(wěn)出現(xiàn)停電，整個列車上的旅客遭受了高溫烘烤的不幸。因此，為了更好的促進我國城市軌道交通的進一步發(fā)展，找到問題及時處理，更好的是能夠防患于未然，能夠準確對故障點進行定位勢必對供電穩(wěn)定、軌道系統(tǒng)的完善起到積極作用。

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U239.5

A

1004-7344（2016）29-0174-02

2016-9-27