高速铁路客运牵引网故障测距研究

摘要：加快中国的高速铁路快速发展，特别是加快高铁客运专线的建设，是解决铁路运输的一个有效措施。牵引网是保障高铁客运专线安全运输的输电设备。当牵引网发生故障后能快速测量出故障点的距离是具有重要意义的。目前广泛采用的电抗测距法更适用于直供或BT供电方式，不适合于采用AT供电方式的高铁客运专线，本文提出一个新的故障测距方案—行波测距法，对其测量原理及其可行性进行研究。

关键词：客运专线；牵引网；行波测距；故障测距

近年来，虽然中国高速铁路发展迅速，但铁路运输供需矛盾依然突出。解决这个问题的有效办法就是加快铁路电气化建设，尤其是高铁客运专线建设。牵引供电系统是客运专线系统的重要组成部分。牵引网的最大缺点是可靠性较差且无备用，一旦出现停电故障，将直接影响正常的行车秩序，甚至旅客人身安全。因此，牵引网发生故障后能得到及时的排查处理，是保障铁路安全运输的必要条件。传统的人力排查工作量大，且不能满足实际需要，因此研究高铁客运专线牵引网故障测距方案对铁路运输的高效运行具有一定的实际价值。

目前几乎所有牵引变电所都装有牵引网故障测距装置用以提高供电的可靠性。在牵引网发生短路故障时，装置能自动测量出故障点的距离，对于及时发现和排除故障，特别是发现和排除许多难以发现的瞬时性故障具有十分重要的意义。目前已有的牵引网故障测距装置中，广泛采用阻抗法进行测距。目前在牵引供电系统中，对于BT和直接供电系统牵引网故障测距普遍采用电抗法。阻抗法即利用故障时测量到的工频电压和电流量来计算故障回路的阻抗值，再根据阻抗公式——线路长度与短路阻抗值成正比，从而求出观测点到故障点的距离。但电抗法却不适用于AT牵引供电系统，主要是由于AT牵引供电系统结构复杂，运行方式繁多，且故障时阻抗—距离曲线呈非线性，采用阻抗法误差极大。高铁客运专线牵引供电系统考虑AT供电方式在提高牵引网供电能力、改善电磁环境、减少电分相和降低外部电源投资等方面具有明显的优势，所以采用了AT供电方式。可以看出，传统的电抗法不适用于高铁客运专线牵引供电系统，应采用其他的测距方法。目前，国内外较多采用的是“AT中性点吸上电流比”故障点测距方法，但该方法装置一次投资高，原理适用性较差，装置可靠性较低，应多考虑一些新型的测距方法。

不同的问题有不同的解决方法，行波法可作为解决客运专线牵引网故障测距的一个方案。行波理论采用一种新型的输电线路保护技术，它根据输电线路故障发生时所产生的突变信号，用以确定输电线路的状态及故障点的位置。电缆、输电线路以及变压器等都是具有分布参数的电路元件，当线路上的某一点电压、电流的突然发生变化时，它就会以电磁波的形式按一定的速度从该点向其它各点传播，而这一变化并不能立刻在其它各点出现。我们将沿线路传播的电流波以及电压波称为行波。暂态电流行波在从故障点向线路两侧传播的这一过程中，在阻抗不连续的地方，行波将产生折射和反射，而折射行波将会经由母线进入其它线路，反射行波则会经由母线反射回故障点，故而使得行波在故障点和母线之间来回反射。由于此反射行波携带了大量的故障信息，因此可对反射行波进行分析研究，从而获得牵引网上发生的故障信息。行波测距可分为单端测距、双端测距等。

一、单端行波故障测距方法

当输电线路发生故障时，线路产生的电压、电流行波将会在故障点及母线之间来回反射，此时，放置在母线处的测距装置利用接入来自电流互感器二次侧的暂态电流行波信号，再使用高通滤波器滤出行波波头脉冲，最后形成一定的电流行波波形。从测量母线M处发出波形，经过一段时间后，到达故障点F，此时，M信号分成两部分，一部分投射波继续向N端，另外一部分向M端反射。利用接收到的故障初始行波脉冲与故障点反射回来的行波脉冲之间产生的时间差t对应行波在母线M与故障点F之间往返的时间，从而来测量相应的故障距离。对线路长度为L，波速为v，故障初始行波与由故障点反射波到达母线的时间分别是Ts1，Ts2，则单端行波故障测距测得的故障距离为x=vt/2=v(Ts2-Ts1)。

二、双端行波故障测距方法

由于行波在线路传播过程中具有比较稳定的传播速度，测量到的时间差不会受到故障电阻、线路类型及系统运行参数等因素的影响，因此双端行波法故障测距有较高的精度和较好的稳定性，其在确定牵引网故障位置方面是比较有效的。行波故障测距方法要在工程应用上实现尚有一定的难度：一是行波信号具有不确定性；二是故障点反射波的识别问题；三是行波信号的提取与处理；四是波速的不准确性。行波沿牵引网传播过程中，因波阻抗的变化会产生一定的干扰。若能排除干扰、能够正确识别故障点反射波，解决这些关键技术问题就可准确可靠进行故障测距。行波故障测距方法可为今后的工程应用提供一个良好的理论基础和指导意义。

参考文献

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[2]王永康.继电保护及自动装置[M].北京:中国铁道出版社,1998.89-90.

[3]陈小川.铁路供电继电保护与自动化[M].北京:中国铁道出版社,2010.33-34.

作者:祁瑒娟 单位:包头铁道职业技术学院