城市轨道交通供电直流侧短路故障定位技术探讨

邹艳

在我国，人们日常出行已离不开交通工具，目前许多城市将机车作为公共交通工具，在为其供电时直流测短路产生的危害较大，需及时监测并排除故障。本文通过说明供电直流侧短路故障的主要类型，简要介绍了故障定位的几种方法，对贝瑞隆模型的工作原理及实现过程做出介绍，希望为城市轨道交通的安全运行起到做出贡献。

【关键词】城市轨道交通；供电方式；直流测短路；故障定位

每座城市都有其独特的轨道交通，因为城市轨道交通与人们日常生活息息相关，交通稳定、安全、流畅运行是促进整座城市经济繁荣发展的前提条件，然而，城市轨道交通的运行需要电力系统作为支持，所以供电系统的安全性直接关系交通的稳定运行。在供电过程中，直流侧短路产生的危害非常大，若发生故障会带来严重的经济损失，应及时进行排除。

1 供电直流测短路故障的主要类型

一般而言，电网内引入三十五千伏和十千伏的电压，而轨道交通在实际运行过程中将其降压整流，通过一定方式的转换和运输实现供电，若依据短路方式为故障分类，则大致可分为两种，即金属性短路和非金属性短路，下面将分别对这两类故障进行介绍。

1.1 金属性短路故障

金属性短路是指在为城市轨道交通提供电能的过程中由金属发生直接接触引发的故障，一般分为两种情况，其一是第三轨与走形轨发生直接接触，其二是接触网与走形轨发生直接接触，这两种情况都会导致绝缘支架被击穿并造成短路，通常这类故障的发生是人为所致。另一原因可能发生在维修过程中，工人在维修时将电路断开，但是在维修完成后未将接触网接地线撤销，一旦供电恢复，必然会引发金属性短路，由于维修人员的粗心造成的短路故障须及时进行故障排除，不然可能会造成交通瘫痪或不可估量的经济损失。

1.2 非金属性短路故障

非金属短路大致可分为两种情况，一种是两个轨道之间经过渡电阻发生短路，另一种是两个轨道之间因绝缘泄露发生短路。通常这类故障是由于自然原因，例如在下雨天或大雪天气时，城市轻轨没有顶棚遮盖的部分受到雨雪的覆盖，雨雪作为导体使轨道之间形成通路而发生短路故障。也可能是由于轨道交通經过长年累月的连续运行，接触网或第三轨出现绝缘老化的现象，进而使电流外放或泄露，最终造成非金属性短路故障。

2 供电直流测短路故障定位方法

2.1 阻抗法

阻抗法作为一种新型定位方法，是集合先进科学技术和先进思想的综合手段，而这种定位方法又可根据工作原理和测量方法的不同分为单端量阻抗法和双端量阻抗法，两者相比较而言，单端量阻抗法的工作原理更简便，而且更容易实现，最重要的是装置成本较低，但由于对侧系统过渡电阻极易对定位效果产生影响，因而造成故障定位精度不高，为了消除对侧系统对精度的影响，可采用其他数学方法或物理方法消除过渡电阻，例如微分方程工频法、一元二次方程法或电压法等，从而达到提高精度的目的。而双端量阻抗法的测量方法是所有故障定位中运用最广泛的技术方法，其工作原理是推算两端电压流量，逐渐推算至故障点，当故障点两端电压相等就可得到故障点具体位置的信息，这种检测方法主要依赖于现代化高科技技术和精确高的设备，因此定位精度更高。

2.2 行波法

行波法作为城市轨道交通直流输电系统中很普通的定位方法，被引用的频率很高，主要是因为其工作原理较简单，运用行波传输理论基础就很容易得到故障点的位置信息，这种方法在运用时仅仅需要运用测量装置和行波，且只需测量记录行波到达装置的距离、时间及时间差，然后经过计算便可获得位置信息，这是因为对于不同的故障，测量得到的时间和时间差不相同。

上述两种定位方法运行起来都很方便，且均具有许多优点，例如计算方法简单、定位精度高等，因此在直流输电系统的故障定位时被运用的次数非常多，并且经过多年来的实践表明，这两种定位方法可取得良好的效果，但是由于城市轨道交通直流供电系统投入实际运行时，要引用现代化高科技设备，需要投入大量资金购买设备，当然，采用何种方法进行定位可视具体情况而定，尽量保证在最经济的前提下提高对故障点具体位置的精确度。

3 基于贝瑞隆模型的时域故障

3.1 基本原理简介

一般而言，当发生供电直流侧短路故障时，保护装置会发挥作用，当故障发生后，工作人员在确定故障点位置信息时可利用的信息有限，只有保护装置记录下来的电流和电压，并且是故障发生之前形成的数据。由上文介绍可知故障定位方法有两种，但均是在电流和电压基波相量已知的前提下进行的，然而故障出现的时间很短暂，这无疑给数据提取增加难度，此时就需要收集故障发生之后与跳闸之前的时间段内所有原始数据，利用这些原始数据在时域对故障点进行测算，多次试验表明这种方案模型在检测定位方面有明显效果。

3.2 定位实现

目前城市轨道交通的供电系统一般采用单边供电，当轨道交通处于正常运行时，收集到的电流、电压数据呈现出线性关系，通常表现为均匀下降变化，而当轨道交通出现故障时，故障点收集到的数据信息会远离原有的线性关系，且故障点处的电压是零，而电路中其他部分的数据仍是均匀变化。当出现数据突变的情况时，只需通过贝瑞隆模型进行计算和分析，得出故障点距离电源点的长度，即可确定故障点准确位置。

4 结束语

城市轨道交通与每个人的日常生活密切相关，代表着一座城市的经济发展程度和生活状态，纵观城市轨道交通的发展过程，其安全性、稳定性已得到全面提升，但是轨道交通的安全运行需要人民群众共同维护，也需要工作人员的细心和敬业，当出现交通故障时，可通过上文介绍的故障定位方法进行排除，保证及时清除故障，尽快恢复城市交通。

参考文献

[1]张永祥，刘岩.牵引供电系统直流侧短路故障分析[J].中国科技信息，2014（23） ：176-177.

[2]李福琴.分析城市轨道交通供电直流侧短路故障定位方法[J].中国新技术新产品，2015（06）：50.

作者单位

江苏省无锡汽车工程中等专业学校 江苏省无锡市 214153