試論城市軌道交通牽引供電系統故障定位的分析

李玉堅

【摘要】本文主要分析了城市軌道交通牽引供電系統，重點介紹了牽引供電系統故障定位方法，其不僅可以實現對系統故障的及時、準確定位，而且還可以采取有效措施給予解決，進而確保牽引供電系統的正常運行。通過對牽引供電系統故障定位方法進行研究，以期為城市軌道交通的安全運行提供可靠保障，創造出最大化的經濟與社會效益。

【關鍵詞】城市軌道交通;牽引供電系統;故障定位

1.牽引供電系統組成及特點

牽引供電系統是城市軌道交通中比較重要的組成部分，其能夠將電能傳輸至列車中，并在此之后傳輸至牽引變電所負極中。一般情況下，牽引供電需要通過第三軌/接觸網、饋電線等設施將電能傳輸至城市軌道交通列車中，并通過回流線以及鋼軌傳輸至牽引變電所負極。通常情況下，牽引變電系統范圍不僅包括電氣設備，還同時包括上一級電源進線至牽引網之間所涉及的所有電器線路。為了降低雜散電流進入地鐵設備、主體結構及相關設施，則應當絕緣安裝直流供電系統。

一般而言，牽引網與牽引變電所兩部分共同構成牽引供電系統，在牽引供電系統工作中，兩者可以實現相互協調、統一調度，進而有效提高牽引供電系統運行效率。圖1描述的是牽引供電系統典型結構示意圖。

通過對圖1進行分析，其各部分功能特點如下：（1）牽引變電所。其主要負責將電能傳輸至城市軌道交通列車中，并提供電氣裝置與設施變換分配所需要的電力能源。其功能電力系統三相交流電在降壓與整流后傳輸給電力機車使用;（2）接觸網。在牽引供電系統中，接觸網一般要求沿線路進行敷設，主要用于為電動車輛提供所需電源的一類設備，從結構形式層面可以劃分為架空接觸網和第三軌兩種類型。對于城市軌道交通而言，1500V電壓級一般會選擇架空接觸網形式，而750V電壓級一般會選擇第三軌;（3）饋電線。饋電線一般為連接接觸網與牽引變電所的導線，其能夠將牽引變電所電能依照標準要求轉化為牽引制式電能，并將轉化后電能傳輸至接觸網;（4）電分段。為了縮小事故范圍和便于檢修，電分段可以結合實際情況將接觸網分為若干段，能夠將其根據位置不同分為橫向與縱向兩種電分段，電分段通常情況下需要依靠分段絕緣器進行和實現。當前環氧樹脂分段絕緣器在牽引供電系統中得到了廣泛應用，其結構主要是由鋁合金導流滑板、環氧樹脂絕緣板等組合而成;（5）回流線?；亓骶€是連接軌道與牽引變電所負極的導線，回流線能夠將軌道中回路電流傳輸至牽引變電所中;（6）軌道。在非電牽引情形下，軌道一般僅為列車導軌。而在電力牽引情況下，軌道不僅擁有導軌功能，而且還可以確?；亓魅蝿盏捻樌瓿?。

2.城市軌道交通牽引供電系統故障定位方法

一般而言，城市軌道交通位于地下較封閉環境中，實際運行工作條件較為惡劣，在軌道交通運量與效率不斷提高的背景下，其故障發生率增大，不利于永久性故障快速恢復。繼電保護技術的不斷發展能夠有效縮短直流線路故障排查與切除時間，減少線路損傷情況與影響，但同時也會增加無明顯破壞痕跡故障點的檢查難度，因此必須要根據城市軌道交通牽引供電系統工作運行狀態科學選擇故障定位方法，提高故障定位準確度，進而使其得到及時、有效的處理。下面將會對牽引供電系統故障定位方法給予介紹。

2.1故障分析法

通常情況下，交流輸電線路和直流輸電線路在本質上具有相同物理性質，其差異在于能量集中頻帶不同，因此，在交流線路中所常用的故障定位原理也能應用于直流輸電線路故障定位分析工作中。就目前而言，交流輸電線路故障定位方法比較多，但是直流輸電線路故障定位方法卻相對比較單一，最常用的便是行波定位原理。在故障分析工作中，直流輸電線路能夠借鑒交流線路故障分析與定位方法，從而提高故障定位準確性。在交流系統中，按照測量數據來源可以將故障分析法分為雙端法和單端法;按照電氣量形式可以分為時域法和頻域法;依照輸電線路模型不同則可以分為分布參數模型與集中參數模型兩種模型類型。然而，在故障特征方面，直流線路與交流線路存在一定的差異，其故障定位區別如下：（1）直流線路主要傳輸低頻能量，在線路故障問題發生后往往難以獲取穩定工頻量，在此情況下，應當選擇時域法;（2）高壓直流輸電線路通常傳輸距離較長，線路分布參數特性明顯，此時可以借助分布參數模型來確保故障定位的精確性。牽引供電系統站間距通常在一千米至四千米之間，電壓等級相對較低，通常為DC750V/1500V，因此牽引供電系統直流側故障定位可以選擇基于集中參數模型下的時域分析法。

2.2行波法

行波法主要是基于行波理論基礎上發展起來的故障定位方法。在城市軌道交通運行過程中，當牽引供電系統出現故障時，故障點區域將會產生暫態電流行波和電壓行波，同時這兩種行波會逐漸傳播至短路點兩側范圍區域，在此情況下能夠檢測行波波頭到達兩側區域時刻，從而依照檢測所得實踐確定行波波速，并根據行波波速準確判定短路點位置。當前采用行波故障定位方法對牽引供電系統故障進行定位已經愈發普及應用于直流供電線路中?，F階段，在牽引供電系統運行過程中，直流輸電線故障定位裝置一般采用行波原理。相較于交流線路行波故障定位，直流輸電線路行波故障定位具有以下優勢：（1）直流電壓不涉及周期過零現象，能夠避免受到故障初相角問題影響，且具有豐富暫態行波能量，能夠準確識別波頭位置;（2）直流系統母線出線少，母線結構變化小，無需對各母線的反射波與投射波和故障點傳播的行波進行區分，這樣就使得其不會遭受其他線路的影響。

在牽引供電系統故障定位過程中，行波法的可行性分析如下：（1）由輸電線路上電壓、電流突然變化原因而產生的行波，其與輸電線路直流交流狀態無關，在輸電線路故障狀態下，行波不可忽略;（2）在波阻抗不連續位置，行波會出現反射和折射現象，這樣就增加了單端行波測距難度。電力系統母線分支較多，結構比較復雜，線路供電距離較長，且接觸網結構復雜，錨段關節、線翁、分段絕緣器等波阻抗存在多個位置不連續情況，無法實現對干擾信號與故障行波的有效區分。而牽引供電系統出線少，母線結構簡單，且各個供電區兩側牽引變電所均存在整流器和整流變壓器，具有較大的波阻抗，如果區間內出現故障時，其所產生的行波會往復反射于相鄰牽引變電所之間;（3）基于線路故障下，出現的行波信號具有比較多的故障信息，此時可以借助互感器來對其一次電壓、電流行波進行測量。電流行波信號的有效傳輸能夠借助普通電流互感器實現，從而使得行波測距裝置能夠與普通的電流互感器直接連接。在牽引變電所中，行波定位裝置能夠實現有效保護直流饋線;（4）從工程應用角度進行分析發現，在單端故障定位過程中，只需將故障檢測裝置安裝在線路一端，無需進行設備與雙端數據通信設備的同步對時，實時性與經濟性較強。因此，單端定位原理成為人們不斷研究的重點。單端法雖然具有比較精準的定位效果，但是極易受折反射波的干擾，此時可以與故障分析法相結合，進而提高故障定位準確率;（5）對于交流系統故障定位而言，其交流電壓具備周期過零點，若故障遭遇電壓相角偏小或過零點情況時，行波信號會逐漸微弱，從而導致和誘發定位誤判或失敗現象。而在城市軌道交通中，其牽引供電系統制式為直流1500V或750V，不存在交流電壓相角及周期過零問題，從而使行波電流和電壓較易獲取。

3.結束語

綜上所述，在城市軌道交通運行過程中，牽引供電系統故障不可避免，此時就需要結合實際情況對其故障定位方法進行合理選擇，對發現的故障問題給予有效處理，進而提高牽引供電系統運行效率，促進城市軌道交通的快速發展。

參考文獻：

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