許達(dá)烽

（南昌軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)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(dá)烽

（南昌軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司 江西省南昌市 330000）

在城市軌道交通中，向機(jī)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(huì)對(duì)軌道交通設(shè)備造成較大的危害。由于這個(gè)難題的存在，當(dāng)前城市軌道交通中研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾慰焖賹?duì)故障位置進(jìn)行定位，并及時(shí)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(kuò)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(shí)間就是生命的宣言號(hào)召下，浪費(fèi)在堵車路上的時(shí)間定會(huì)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(jìn)行自身的突破，取得了一個(gè)又一個(gè)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(yàn)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(gè)城市經(jīng)濟(jì)是否發(fā)達(dá)的判斷標(biāo)準(zhǔn)。軌道交通運(yùn)行過程中的一個(gè)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(duì)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(jìn)行論述，對(duì)城市軌道交通直流側(cè)短路故障類型進(jìn)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(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)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(shí)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(diǎn)進(jìn)行降壓整流后，在直流饋線基礎(chǔ)上為交通機(jī)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(duì)城市軌道交通供電直流側(cè)短路故障進(jìn)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(shí)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(yùn)行期間不能及時(shí)對(duì)故障位置進(jìn)行確定和排除，勢(shì)必會(huì)對(duì)軌道交通的正常運(yùn)行產(chǎn)生較大的不利影響，阻礙機(jī)車的正常運(yùn)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?yàn)榻^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?yàn)樗莻麟姷膶?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(gè)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(duì)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(gè)道理，隨著運(yùn)行時(shí)間的不斷加長(zhǎng)，非金屬性短路故障產(chǎn)生的小電流可能會(huì)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(kuò)大，等到惡化到一定程度時(shí)將會(huì)給城市交通軌道電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行以及人身安全都帶來較為嚴(yán)重的影響，產(chǎn)生不可估計(jì)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(yùn)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(xì)分類：①單端量阻抗法。以其簡(jiǎn)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(duì)側(cè)系統(tǒng)過渡電阻的干擾和影響，缺點(diǎn)就是實(shí)際運(yùn)行過程中對(duì)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(diǎn)，我們可以在實(shí)際運(yùn)行過程中采用數(shù)學(xué)方法消除對(duì)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(diǎn)電壓相等、推算兩端電流的原理來獲取故障點(diǎn)的位置信息，對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行精確定位，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)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(shí)現(xiàn)輸電線路故障測(cè)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(diǎn)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(duì)不同的故障行波的速度、到達(dá)測(cè)量裝置時(shí)間差等，計(jì)算故障位置。

兩種故障定位方法都有其各自不同的特點(diǎn)，因?yàn)椴煌膬?yōu)點(diǎn)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(cè)量設(shè)備規(guī)模龐大，儀器要求相對(duì)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(yuǎn)。

3 故障定位原理、實(shí)現(xiàn)和保護(hù)

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(hù)動(dòng)作之前饋線所記錄的，這些都是過時(shí)的信息不利于故障定位的實(shí)現(xiàn)。對(duì)于同樣基于電壓和電流基波相量為基礎(chǔ)的單端測(cè)距還是雙端測(cè)距方法來說，故障發(fā)生和排除時(shí)間變短而所需的基波相量不能準(zhǔn)確提供，無法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的故障定位。

但是，我們可以通過對(duì)跳閘前原始數(shù)據(jù)的采用而直接性的在一段時(shí)間區(qū)域范圍內(nèi)對(duì)故障距離進(jìn)行測(cè)算，不需要進(jìn)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(duì)故障點(diǎn)的出現(xiàn)進(jìn)行有效的定位。

3.2 定位實(shí)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(rèn)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(shí)，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(shì)。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(diǎn)處電壓必將遭到破壞，此點(diǎn)的電壓為0，故障點(diǎn)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(duì)故障線路的電壓采用一定的步長(zhǎng)進(jìn)行分析計(jì)算得到電壓最小的一點(diǎn)，測(cè)定其與電源點(diǎn)距離完成故障定位。

3.3 框架保護(hù)

框架保護(hù)以接觸軌為正極、走行軌為負(fù)極，是直流供電系統(tǒng)中特有的保護(hù)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(shí)兩極間的電流不穩(wěn)定很容易發(fā)生不安全事故?？蚣鼙Ｗo(hù)在于實(shí)時(shí)檢測(cè)電流情況，在斷路時(shí)，起到直流斷路器跳閘的作用。這種框架保護(hù)的原理是通過對(duì)正極與負(fù)極之間的絕緣狀況來實(shí)現(xiàn)的。直流牽引系統(tǒng)正或負(fù)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(duì)直流用電設(shè)備的破壞性較大，因此必須進(jìn)行絕緣安裝，起到保護(hù)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(yùn)輸方式以其不可比擬的安全性能高、速度快、運(yùn)量大等優(yōu)點(diǎn)快速發(fā)展起來，在我國(guó)發(fā)展迅速甚至走出國(guó)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(dòng)力，供能系統(tǒng)的安全穩(wěn)定對(duì)于軌道交通的正常運(yùn)行有著至關(guān)重要的意義。我國(guó)采用的直流供電系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用過程中會(huì)不可避免的發(fā)生短路的情況，就在今年的夏天據(jù)報(bào)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(gè)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(jìn)我國(guó)城市軌道交通的進(jìn)一步發(fā)展，找到問題及時(shí)處理，更好的是能夠防患于未然，能夠準(zhǔn)確對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行定位勢(shì)必對(duì)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

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1004-7344（2016）29-0174-02

2016-9-27