分析城市轨道交通供电直流侧短路故障定位

2017-03-11王志纯张益贺

环球市场 2017年30期

关键词：馈线接触网短路

王志纯张益贺

沈阳浑南现代有轨电车运营有限公司

分析城市轨道交通供电直流侧短路故障定位

王志纯张益贺

沈阳浑南现代有轨电车运营有限公司

在城市轨道交通运输中，通过将电网中引入的35kV以及10kV中压交流点降压整流后，在直流馈线基础上实现了电能向接触网和第三轨的传输，从而为城市轨道交通机车提供了使用电能，其直流侧短路电流会对设备造成较大的危害，如何快速有效的对故障位置进行确定并排除。本文对城市轨道交通供电直流侧短路故障

轨道交通；供电方式；短路电流；故障位置

引言：

城市轨道交通在近百年的发展过程中，已经成为了当前大多数城市交通系统的命脉，在当前的轨道交通运行过程中，如何保证其供电系统的安全稳定性成为了重点研究的话题。本文在对城市轨道交通直流侧故障类型分析的基础上，对当前城市轨道交通供电直流侧短路故障定位的几种主要方法进行论述，并详细分析了基于贝瑞隆模型的时域故障定位方案的原理及实现。

一、城市轨道交通供电直流侧短路故障定位的几种方法

当前阶段，城市轨道交通运输中供电直流侧短路故障定位所采用的方法主要有阻抗法以及行波法两大类：

1 阻抗法

城市轨道交通供电直流侧短路故障定位方法中的阻抗法又可以分为单端量阻抗法和双端量阻抗法两种：(1)单端量阻抗法。该种供电直流侧短路故障定位方法的工作原理相对较为简单且易于实现，并且具有着装置成本优廉的特点。但是其在实际运行过程中的故障定位精度较差，主要原因是在定位过程中容易受到对侧系统过渡电阻的影响。(2)双端量阻抗法。该种故障定位测量方法是当前城市轨道运输供电直流侧短路故障定位中被广泛运用的技术方法，其主要是通过对两端电压流量的推算，并在故障点电压相等的基础上实现故障位置信息的获取，其凭借着对现代通信技术和高精度互感器以及故障录波装置等现代技术和设备的支撑，实现了强大的故障定位功能。

2 行波法

行波法是城市轨道交通直流输电系统中较为常用的一种方法，主要是在行波传输的理论基础上达到实现故障定位的目的，通过对不同的故障行波到达测量装置的速度以及时间差等，对故障位置进行计算。

二、基于贝瑞隆模型的时域故障定位原理和实现

1 基本原理分析

对于城市轨道交通来说，其供电直流侧发生短路故障后，导致了保护装置动作，在该故障造成的过程中，其进行故障定位时能够采用的主要数据为在保护动作发生前馈线保护装置所记录的电流和电压信息，不利于故障定位的实现。不论是对于以上单端测距还是双端测距方法来说，其都是以电压以及电流的基波相量为基础的，但是在当前故障发生和切除时间越来越短的情况下，大多数基波相量数据是无法进行准确提取的。

对于基于分布参数模型的输电线路时域故障定位方案来说，其可以通过对跳闸前原始数据的采用，不需要进行相应的滤波处理，直接性的在时域对故障距离进行测算，其与直流输电线路本质上不存在较大的区别，仅仅是两者能量集中频域不同，所以该方案模型能够有效实现对城市轨道交通主流侧输电线路短路故障的定位。

2 定位实现

在城市轨道交通采用单边供电系统时，在线路内部无故障情况下，其所获得的电压理论状态下应是成线性均匀变化的，对于直流供电系统下的线路电压来说，其主要是呈现线性下降的趋势。如果其供电直流侧发生短路故障，那么故障点处的贝瑞隆模型势必会遭到破坏，对应点的电压为0，但是故障点处和电源端之间仍然是呈现均匀性分布的，符合贝瑞隆模型。在该种情况下，通过贝瑞隆模型对故障线路的电压采用一定的步长进行分析计算，则可以得到电压最小的一点，通过其与电源点距离的测定，最终完成故障定位。

三、直流系统发生短路故障案例

地铁运营时段，列车运行至某接触网供电区间，因受电弓上方遗留的金属工具在列车行驶过程中与接触网、车体碰撞发生短路，造成直流开关大电流脱扣及DDL Delta I保护动作而跳闸，中断地铁运营5 min以上，故障时两端短路电流分别达到12925 A、13657 A(大电流脱扣保护定值为8000 A)。

(一)保护配置原则

直流系统的多数保护都是为了切除正极对负极短路故障，一般为大电流脱扣、L-Delta-I保护，框架保护则是为了切除正极对地短路故障。大电流脱扣保护，用以快速切除金属性近端短路故障，通过断路器内设置的脱扣器实现。一旦检测到瞬时短路电流超过保护定值，磁场产生的作用力将使断路器动、静触头迅速脱扣，使断路器跳闸，起到保护作用，其固有动作时间仅几毫秒，往往先于电流上升率及电流增量保护动作。 di/dt和ΔI保护，两种保护相互配合使用，简称DDL-Delta-I，应用于中、远端短路故障保护，既能切除近端短路电流，也能切除大电流脱扣保护不能切除的故障电流较小的远端短路故障，谁较早激活就由谁先出口跳闸。

(二)直流系统短路故障原因

牵引电流经直流馈线开关、馈线电缆、上网隔离开关输送到接触网上，再经列车、钢轨、回流线回到负极，形成一个有效的闭合回路。造成直流牵引供电系统短路故障的原因总体来说归纳为以下两大类。

一是正极对负极短路故障。多数是由于架空接触网对钢轨短路所引起的，如接触网断线掉落到钢轨上、机车顶部对接触网放电、错误挂接地线等，造成直流正极对负极瞬时短路，短路电流可达几万安，导致直流开关大电流脱口保护瞬间动作，DDL-Delta-I相继启动。

二是正极对大地短路故障。设备本体：老鼠、蜈蚣等小动物爬入带电回路；小金属线头、未使用的螺丝、垫圈等零件，掉落在带电回路上，造成直流正极与框架短路，引起框架保护动作。线路：可能是接触网、馈线或变电所馈线电缆接地；绝缘子击穿、折断；隔离开关处于接地状态、引线脱落；接触网对架空地线放电；机车主回路接地等。正极接地故障多为持续性短路故障，如不及时清除，容易将故障扩大为直流正极通过综合接地装置、钢轨与地之间的泄露电阻到负极的短路事故，对多处直流设备将造成严重烧损，破坏性及危害更大。