直流侧短路电流在城市轨道交通供电中的故障定位分析

2022-02-18崔冬建伍箴树李孟倩

江苏科技信息 2022年13期

崔冬建,白群,伍箴树,李孟倩,方焰

(1.北方国际合作股份有限公司,北京 100000；2.南京国电南自轨道交通工程有限公司,江苏南京 210032)

0 引言

伊朗首都德黑兰从20世纪70年代末即开始计划设计修建地下铁道,其间工程曾被搁置,直至20世纪90年代中国公司接手才重新复工。目前,德黑兰地铁共有7条线路,总长约230 km,日运输量达到500万人次,运营总里程220.5 km。在德黑兰城市轨道列车实际运行的过程中,地铁牵引供电系统是动力来源,更是运行中安全性和可靠性的保障。但是,在实际的运行过程中,由于一些客观因素的影响,直流系统会出现短路故障和过电压故障等,这对地铁的安全运行造成了严重的影响。为了减少直流侧短路电流对城市轨道交通供电的影响,笔者对其故障定位进行了分析,提高了城市轨道运行的安全性。

1 城市轨道交通供电直流侧短路故障的类型

1.1 金属性短路

金属性故障主要就是在地铁实际的运行过程中,由于第三轨与走行轨间直接金属接触后,导致其绝缘支架击穿,这个时候就会形成与大地的短路。如在2010年的时候,北京地铁中的一名乘客所带的金属水平尺从身上掉落,导致金属性短路故障的发生。此外,另一个原因也会导致这种事故的发生,就是检修人员在停电检修作业的过程中,没有结合实际情况及时将接触网接地线撤销,在恢复电的时候,就会发生金属性短路故障。在这个过程中,如果技术人员在运行期间不能及时对故障位置进行确定,就会对轨道交通的安全运行带来严重的影响[1]。

1.2 非金属性短路

当城市地铁在具体的运行过程中,第三轨与走行轨经过渡电阻短路,或者是绝缘泄漏的话,就会发生非金属性短路故障。如在天气恶劣的背景下,也就是雨雪天气下,暴露在外面的城市轻轨就会受到雨水和积雪的影响,这些雨雪间接成为导体,让铁轨在实际的运行过程中发生短路。地铁在长时间运行的过程中接触网会出现绝缘老化等现象,也会导致电流外放。与金属性故障相比,非金属性故障所产生的电流比较小,所以检修人员在实际的检修过程中,如果不加强力度对其进行全面检查,就很难发现这种故障,随着故障进一步扩大,会给人们的出行带来影响。

2 直流侧短路电流对城市轨道交通供电的影响

2.1 正极对负极短路的影响

这种故障的发生主要就是由于架空接触网对钢轨短路导致的。如果接触网断线掉落到了机车顶等部位,就会对其进行放电,这个时候就会造成直流正极对负极短路现象的发生,在这个过程中的短路电流可达到几万安。因此,工作人员在这个过程中,一定要加强对电流的控制,防止意外事故的发生[2]。

2.2 正极对大地短路故障

在地铁运行中,如果老鼠和蜈蚣等动物爬入带电回路,就会导致小金属线头和垫圈等零件出现问题,掉落在带电回路上,对直流正极和架短路造成严重影响。在这个过程中,如果线路发生了问题也会导致这种故障的发生,其接触网和变电所馈线电缆接地,隔离开关,它会处于接地状态。根据相关的研究发现,正极接地故障大多数为持续性短路故障,所以相关工作人员如果不对其进行及时清除,就会导致直流设备严重烧损,造成一定的经济损失。

2.3 正极对走行轨短路故障

这种故障也被叫作电接触网对走行轨短路,导致这种问题发生的主要因素是机车故障等外部原因。在接触网对走行轨发生短路故障的时候,其电流会受到短路故障点的影响,随着其离牵引,导致变电的距离不同,在特性上存在一定的差异性[3]。

如果离牵引变电在较近处发生故障的时候,线路中产生的冲击电流会变得非常大,并且短路电流上升的速度也比较快。如果在实际的工作过程中不对这种故障进行及时处理,就会导致短路故障的发生,对相关的电流设备造成严重的影响。

3 直流侧短路电流对城市轨道交通供电的故障定位方法

3.1 直流侧短路故障的排查方法

技术人员在对其故障进行精准定位的时候,要对故障的性质以及产生故障的因素等进行分析,对自动合闸功能进行判别,这是分析短路故障的基础。技术人员在实际的工作过程中,可以判断直流母线等对主回路工作的影响,然后结合实际情况,选择合理的故障排除方法[4]。

在对直流侧短路电流进行故障排除检查的过程中,如果合闸成功,技术人员这个时候就能确定此故障主要是由于外界原因所导致的,或者还有可能是接触网短闪造成的金属性短路,由于这种故障所产生的电流比较小,所以难以发现。当这种故障发生的时候,列车各种设备能够正常运行,但是为了保证其安全性,工作人员还是要对设备运行情况进行记录,对实际的运行情况做详细检查。

如果合闸不成功,可能是持久性故障,这个时候工作人员要对故障信号进行复位。复位过程如果成功,就可以根据相关要求进行进一步处理,但是如果其操作失败,技术人员要对相邻牵引所的封闭条件进行解除,防止其他意外事故的发生,加强对电流的保护,对线路和设备进行全面检查。

3.2 阻抗法

如今,随着我国科学技术的不断发展,阻抗法得到了一定的应用和研究,它是一种新型的故障定位法,并且具有较高的定位精确度,对采样率的要求也不是特别高,它在直流侧短路电流故障检测中的应用几乎不受短路过渡电阻的影响,大大地提高了定位的精确度。技术人员可以根据工作原理的不同,将其合理地分为单端阻抗法以及双端阻抗法。

单端阻抗法的工作原理是比较简单的,其实施性也比较高,对整个设备的装置费用也较低,但是这种方式还存在着一定的不足,就是单端阻抗法对故障的判断以及定位精度较差,技术人员还需要对其进一步完善。双端阻抗法的作用原理,主要是通过推算直流系统内的两端电压和流量,不断获取电流故障中的定位信息,为工作人员对故障的修护提供了一定便利,这种方式主要结合了现代先进科学技术以及先进的设备,所以它具有较高的故障定位准确性,是直流侧短路电流故障定位中最常用的方式[5]。

3.3 贝瑞隆模型故障定位方式

贝瑞隆模型的主要工作原理,是利用波过程的原理,利用混合波图案对波多次反射以及折射等内容和特点进行分析,然后结合分析的结果建立分布参数输电线路微分方程,技术人员可以通过利用方程,对相关数据信息的计算来获得故障的位置。从理论上来说,贝瑞隆模型能够对任何直流侧短路故障进行定位,但是在实际的定位过程中,随着电阻变大,定位精度要越来越小,如果要不断提高定位精确度,要与阻抗法相结合,采取措施对整个故障定位技术进行优化。因此一定要根据实际情况,合理应用这种定位方式。

如果这两种方法在对直流侧短路电流故障定位的过程中都适用,技术人员人要在实际工作中,首先考虑阻抗法故障定位,当直流侧短路故障发生,在进行维护工作后,阻抗法就不能在其中应用了,这个时候相关的技术人员在进行故障定位的过程中,就要结合贝瑞隆模型不断获取定位信息。

在框架保护的过程中,由于接触线为正极,走行轨作为负极,电流在这个过程中可以沿着走行轨返回,也可以在大地返回。如果一直这样,就会导致较大电流出现,造成电流不稳定,如果技术人员不对其进行处理,就会导致直流侧短路故障的发生,所以技术人员要结合实际情况,采取措施加强对框架保护,让正和负极之间处于绝缘状态,防止电流对相关设备的影响[6]。

3.4 行波法

在对直流侧短路电流故障进行定位的过程中,行波法也是其中经常用到的一种方法。这种方法的主要作用原理是在行波传输理论的基础上,对直流侧短路电流发生故障的部位进行定位,然后利用对不同故障行波,对其到达测量装置的速度以及时间差进行全面分析,根据具体的研究结果计算故障的具体位置。

行波法在故障定位中具有非常多的优势,它能大大提高定位的精确度,所以这种方法被广泛地应用在检测直流侧短路电流故障部位的过程中。但是,这种定位方式在城市地铁交通直流供电系统中的应用还存在一定的不足,它对测量设备的要求非常高,这就导致设备的投资成本非常大。所以技术人员在对直流侧短路电流故障进行定位的过程中,要想不断提高电流故障定位信息的准确性,要结合城市地铁实际的运行情况,合理选择故障定位方式,这样才能有效避免电流故障的发生[7]。