电气化铁道供电牵引网故障测距综述

崔玉璟

摘 要：电气化铁道供电牵引网中的供电方式有很多种，最常用的方式有直接供电、AT、BT、等。全并联方式也逐渐被应用于电气化铁道牵引网的供电过程中。在几种供电方式中可以根据不同的测距原理进行测距，如阻抗法等。文章主要对几种供电方式下的测距方法进行了综述，最后对行波测距法进行了探讨。

关键词：电气化铁道；牵引网；故障测距

1 电气化铁道供电牵引网

目前，单相交流制是我国电气化铁路常采用的基本供电方式。铁路线上的牵引变电所和牵引网组成了牵引供电系统。采用双回路高压输电线路来提高供电的可靠性。一般牵引供电回路包括：电力机车、回流线、沿铁路线分布的牵引变电所、馈电线、接触网、钢轨和大地以及正馈线等。而通常所说的牵引网一般只包括钢轨和大地回流线、馈电线、接触网三个部分。

2 故障测距方法

2.1 直接供电测距

2.1.1 单线直接供电测距

直接供电牵引网与R-L电力线路是等效的，其供电臂包含多个区间和站场，导致出现不同的牵引网阻抗特性，但是在同一段上，牵引网的特性相同。因此，可在同一段内采用阻抗计算方式，利用线路电抗和距离关系对故障点进行定位。如图1所示，当故障发展在dn-1与dn之间时，可利用公式（1）进行故障定位，得到定位距离d。

d=dn-1+（Yn-Yn-1/dn-dn-1）（Y-Yn-1） （1）

图1 短路电抗—距离曲线

2.1.2 复线直接供电测距

供电臂末端称为分区亭，首端称为牵引变电所，在复线直接供电中常采用在分区亭并联，短路时会受到上下行阻抗（Z上行和Z下行）的影响。测距原理为：

k=Z上行*2L/（Z上行+Z下行） （2）

其中，L为线路电感。

2.2 AT供电故障测距

AT供电方式可以很大程度上提高供电电压，一般可以提高一倍，加大了牵引网的载流能力。该方式采用正馈线和自耦变压器，可减少对通信线路的干扰。AT供电方式还可以降低成本，在日本以及成为标准的供电方式，在我国很多城市间的电气化铁路也采用了AT供电方式（如北京-秦皇岛的电气化铁路）。

AT牵引网故障测距方法中最典型的是基于AT吸上电流比原理的方法，后来提出了基于吸馈电流比、反向电抗原理的AT故障测距方法。一般最常用的测距方法如公式3所示，该方法是基于吸上电流比原理的测距方法。

（3）

其中，n为吸上电流编号，k到k+1表示故障AT段，dk+1-dk表示分段点距离，

为吸上电流比。

全并联AT供电方式是在AT供电方式的基础上发展而来的，全并联AT供电方式利用横联线在AT所将牵引网中接触线、钢轨、正馈线并联，进一步提高了载流能力和抗干扰能力。但是由于全并联AT供电方式将上下行都并联起来，结构相对更加复杂，导致在故障测距时有一定的困难。但是由于全并联方式抗干扰和载流能力强，目前我国一些地域也已经实施使用全并联AT进行供电。全并联AT供电方式下的故障测距原理包括3个，分别为：（1）中性点吸上电流比故障测距原理，该原理适用于任何AT供电方式的牵引网中的故障测距。但是T-F短路故障时用该方法测距得到的结果精度较差，需要在测距时利用中性点吸上电流比进行修正；（2）横联线电流比故障测距原理，采用该原理进行测距具有较好的测距精度，克服了中性点吸上电流比故障测距精度差的缺点。该方法可以判断短路故障和断线接地故障。但是横联线电流比故障测距原理需要增加测量用的电流互感器，大大增加了投入的成本；（3）区段上下行电流比故障测距原理，该方法需要利用接触线和正馈线的电流，将上下行各区段中这两种电流的和进行比较来得到故障点的距离。当正馈线断线接地时，该方法仍然可以进行故障测距。

2.3 BT供电故障测距

BT供电方式是在牵引网中加入吸回装置，阻抗会随着列车位置不同而不同。这种方式使牵引网阻抗增大，并且会使阻抗会沿着铁路线而变化。简化模型法为常用的BT牵引故障测距方法，该方法包含两种：（1）平均单位阻抗法，该方法将计算得到的平均阻抗作为BT牵引网的单位阻抗，并将该阻抗分到接触网中；（2）分段线性法，该方法的阻抗通过对未设置BT时馈线的总阻抗、第i个BT的阻抗和得到计算点到变电所的阻抗。BT供电故障测距原理包括单线牵引网故障测距原理和复线牵引网BT供电故障测距原理。此外，还可以采用分段查表法进行牵引网故障测距。在该方法中，故障的阻抗与距离之间的关系可以计算得到，然后根据列表信息找到故障点位置。

（1）单线牵引网BT供电故障测距原理。短路时的牵引网短路阻抗为：Z=Z0d0，其中，d0为故障点距离，Z0为单位阻抗。该模型是单位阻抗简化模型，结合单线直接供电的算法进行测距。在BT单线牵引网中，接触网和回流线中具有方向相反、值相等电流。

（2）复线牵引网BT供电故障测距。BT供电方式是在牵引网中增设吸流变压器——回流线实现的，这样可以避免电流回答牵引变电所时经过轨道和大地，减少对外界的影响。在BT牵引网中可以忽略上下行线路的互感，此时自阻抗可被视为单线时的阻抗。统一可以采用Z=Z0d0计算牵引网短路阻抗。当BT网末端有横联线时，故障定位过程只与故障前后电压、电流以及线路参数有关。由于吸流变压器加入牵引网，相当于将短路阻抗加入了等效电路中。短路电抗与距离之间存在一定关系，因此，只需通过分段查表的方法和设置对应的电抗距离即可找到故障点的位置。

2.4 供电牵引网中行波故障测距

上述几种供电方式下的测距方法多是以计算阻抗进行测距，受其他参数影响大。根据行波传输原理可知，行波传输过程中其速度比较稳定。因此，利用行波法测距，测量的时间差不会因线路类型不同或者故障电阻而不同，并且也不受系统运行参数的影响，其精度和稳定性都较好。行波测距的装置有三种，分别为：（1）A型，当故障时装置利用故障点的行波进行测距，该行波会在测量点和故障点往返传输，利用波传输往返时间和波速之积对故障点进行定位；（2）B型，与A型装置不同，B型装置通过故障点到两端的时间差与波速的乘积对故障点进行定位；（3）C型，该装置采用在线路一端施加高压或者直流脉冲的方法进行故障定位，通过脉冲往返时间判断故障所在位置。其中，B型装置向两端发送波，属于双端测距，A型和C型都只从一端进行，属于单端测距。A型和B型依靠故障点产生的行波进行定位，对瞬时和永久性故障都能够进行检测，而C型对线路的状态没有要求，当线路断开时，仍然可进行故障测距，在永久性故障定位中具有较好的应用。

3 结束语

电气化铁道供电牵引网中对故障进行测距的方法多种多样，不同的供电方式下有不同的故障测距方法，而行波测距利用行波的传输对故障进行定位，具有更好的稳定性。但是仍需要对测距原理进行深入的探究，进一步提高故障定位的精度。

参考文献

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