提高高鐵牽引供電系統故障精確定位研究

陳 軍 中國鐵路上海局集團有限公司杭州供電段

1 引言

隨著我國高速鐵路的大量建成和投產，便捷快速的高鐵越來越成為人們出行的首選。作為給高速鐵路提供電源的牽引供電系統，不但提供了動力組開行的動力，同時給空調、照明、通風系統提供電源。因此，一旦牽引供電系統發生故障，不僅影響運輸秩序，若在惡劣的運行環境中（如高溫、長大隧道等）還將引起旅客的不適，甚至引起社會不良反應。近年來，牽引供電系統的管理部門為提高牽引供電系統的可靠性做了大量工作，在設備材料質量、施工質量控制、運營維修水平都有了顯著提升，牽引供電故障率正逐年降低。但隨著人們對出行要求的日漸提高，旅客對故障的容忍度日益降低。

2 存在的問題和不足

由于牽引供電系統的接觸網工況復雜，設備運行狀態不僅受自身設備質量的影響，同時往往受制于外部環境的影響，特別是進入夏季，南方強對流天氣增多，臺風影響頻繁，接觸網設備極易發生故障。從近年來發生的接觸網設備典型故障來看，一旦發生較大的故障，一般處理時間都在兩小時左右，可見接觸網故障對整個運輸生產的影響極大。

經對部分典型故障統計分析發現，故障處理時間中其中故障查找、精確定位占了將近50%左右的時間。因此，在提高接觸網運行質量的同時，如何進行故障精確定位十分關鍵。

本文就如何提高接觸網精確定位，縮短故障查找時間進行研究，提高接觸網故障處理速率，減少對運輸生產的影響。

3 提高故障快速定位的措施

3.1 大型站場及復雜樞紐線路故障定位

對于復雜站場或大型樞紐區，由于接觸網架構復雜，分支線路眾多，當發生故障后依據現有變電所故障測距裝置提供的信息不能直觀給出具體位置，需要依據線路狀況多地排查，造成大量人力資源及時間的浪費。研究一種故障點故障定位輔助系統，智能區分判定故障線路，以實現故障點的快速定位，對排除故障，快速恢復設備狀態尤為必要（圖1）。

圖1 采集單元安裝位置

圖2 系統組成及通訊組網方式

樞紐故障定位輔助系統的思路是在線路的初始端的電連接或承力索上安裝一套帶電流定值的現場電流監測單元，該單元可根據安裝區域的取流情況，靈活的設定電流閥值，一旦出現該區域流經電流大于現場電流監測單元的電流閥值時，就會進行當地端聲光報警，并通過無線傳輸將動作信息傳遞到樞紐故障定位輔助系統的分析平臺，后臺軟件會自動分析牽引所運行狀態信息，若此時此供電線路未出現跳閘信息，那有可能是流經此區域的電流超過了電流監測單元的閾值；若此時此供電線路有跳閘信息，那可判斷此區域出現了線路故障。當確定線路出現永久故障后，分析平臺會及時將故障信息、故障地點傳遞給供電調度人員或運檢人員，為故障查找提供輔助決策（圖2）。

這種方式，可以精確的定位具體在哪一股道或哪一分支線路出了故障，大大提高了故障查找的準確性。

3.2 區間接觸網故障定位

對于區間的接觸網，結構形式相對簡單。但由于供電單元一般在30 km左右，單元可同時開行三列以上車輛，當運行在此區間的動車組加減速時，會引起流經電流的頻繁變化這樣在供電單元的首端，如果再使用上述的樞紐故障定位輔助系統，現場電流監測單元的額定電流較難掌握，而且會隨車流變化引起頻繁啟動，現場電流監測單元容易出現誤報警；同時由于區間現場電流監測單元分散，數據的傳輸也是個比較大的問題，因此借助上述的故障判斷裝置在區間進行輔助定位意義不大。

一種帶電流互感器的柱上隔離開關能比較準確獲取流經此開關的電流，利用此特性能較快的鎖定和隔離故障區段。目前在區間接觸網在分相和AT所上網處均設置了隔離開關，但不具備獲取流經電流數值的功能。帶電流互感器的隔離開關是將隔離開關刀片支撐絕緣器改為特殊互感器取代，使得流經隔離開關的電流通過電流互感器獲取。因目前隔離開關具備了遠動的功能，因此可以通過光纖等快速的傳輸回牽引所。再經過后臺軟件和智能比對，可以快速的鎖定故障區段，實現區間定位的目的。

圖3 帶電流互感器的隔離開關

但是，這種定位方式并不是嚴格意義上的精確定位，它更多是基于正確判斷故障區段的基礎上，便于快速的隔離故障區段，讓動車惰性滑過故障區段，避免因故障造成線路的中斷。如果將區間接觸網適當位置的非絕緣錨段關節改造為絕緣錨段關節，并相應地設置關節帶電流不下互感器的隔離開關，那么區間一個較長的供電臂變成了由若干個小的電氣互為獨立的區段組成，這樣可以實現故障范圍的更精確鎖定，也可保證動車順利的駛出故障區段，提高了供電的靈活性和可靠性。

3.3 長大隧道故障定位

長大隧道在高鐵線路中，所占的比例越來越大。一旦隧道內出了設備故障，一直是供電部門處理的難點。當故障發生時，由于不清楚故障具體情況，在應急方案及材料工具準備上往往比較盲目，若故障在車流密集時段，供電維修部門的軌行搶修車輛會被線路上受困的動力阻礙，無法快速到達目的地，這樣更延長了故障搶修的時間。

采用一種紅外攝像加紫外傳感組合的攝像技術，不但能實時掌握隧道內設備的運行情況，并能起到一定的輔助故障定位作用。由于采用的是紅外成像技術，因此即使是無照明的隧道，依然可以清淅的看到供電設備。若發生供電故障時，紫外傳感器可以敏感的捕捉到放電現象，經過后臺軟件的處理可以快速鎖定故障區段，同時通過調取現場故障場景，可以幫助供電維修部門科學制訂應急方案，可采用登乘動車組等方式快速到達故障區段，從而為快速排除故障創造條件。

圖4 隧道內接觸網視頻監控裝置示意圖

4 結論及意見

綜上所述，針對不同區域的接觸網設備，選用合適的故障定位方式，對精確鎖定故障區域，科學制定應急方案、快速恢復故障具有較強的實踐意義。上述定位方式既是對目前接觸網故障定位的補充，更是高速牽引供電系統精確定位、快速處理的必然需要。文中大型站場及樞紐故障定位已在實踐應用，取得了預期的效果；其它兩種方式產品已基本研制成功，已在現場進行試用。隨著產品的進一步應用和實踐，其技術性、經濟性、社會性將進一步凸現。