接触网故障测距原理与精度调整

1、6.5接触网故障测距原理与精度调整接触网故障测距原理与精度调整西南交通大学电气工程学院西南交通大学电气工程学院 内容提要内容提要 6.5.16.5.1接触网故障测距原理接触网故障测距原理 直接和直接和BTBT供电方式测距原理供电方式测距原理 6.5.26.5.2接触网故障测距精度调整接触网故障测距精度调整 ATAT供电方式测距原理供电方式测距原理6.5.1接触网故障测距原理接触网故障测距原理 直接和直接和BTBT供电方式测距原理供电方式测距原理 图6-5-1直接供电牵引网示意图 (c)复线方式(a)单线形式(b) 天窗状态(d)上下行全并联直接供电方式，上下行间由隔离开关并联连接。 6.5.1

2、接触网故障测距原理接触网故障测距原理单线直接供方式单线直接供方式测距原理测距原理 图6.5.1(a)单线形式LXl1l2l3lnX1X2X3Xn0图6-5-2直接供电方式下短路电抗距离曲线 )(1111nnnnnnXXllXXll由于直接供电牵引网可以等效为R-L电力线路，供电臂存在着区间和站场，因而在各分段，牵引网阻抗具有不同的单位阻抗特性，但是在局部分段，如在区间上的一段，牵引网状况具有一致性，在该段可以采用均匀单位阻抗计算。牵引网短路时，可能存在一定的过渡电阻，根据电力系统知识，可以只考虑线路的电抗和距离关系进行故障定位，如图所示。 当故障发生在和之间时，根据电抗距离关系有：6.5.1接

3、触网故障测距原理接触网故障测距原理复线直接供电方式测距原理复线直接供电方式测距原理 图6-5-2复线直接供电牵引网直接供电方式下的复线方式一般在分区亭并联，如图（c）所示。当短路发生时，上下行互阻抗的影响不能忽略，如图所示。 D1D2D4dI1I2LlU0图651(c)复线方式LZZZl2211Z1、Z2分别为上行、下行测量阻抗 当上下行线路参数均匀时（一般情况可以认为成立），有测距原理故障发生在和之间时，根据电抗距离关系有：6.5.1接触网故障测距原理接触网故障测距原理复线全并联直接供电方式测距原理复线全并联直接供电方式测距原理 由于故障大多是瞬时性故障，单侧重合闸的时候，故障已经消失，因而

4、不能有效找到短路点，形成故障隐患。 在我国哈大线首次采用牵引网单边全并联供电，即同一方向上下行由一台断路器供电且接触悬挂（含加强线） 在每个车站都实施一次横向电联接，从而实现接触网的低阻抗，减少电压损失和增强供电能力，改善供电质量，如图d所示。列车在上、下行间运行时无电位差，不会拉电弧，避免烧损受电弓和分段绝缘器。哈大线的故障测距有一定的特点，通过接触网检测系统来进行故障测距，当发生故障时，保护动作后通过远动设备将各个并联点的开关断开，从而形成单线状况，然后将上行馈线合闸到接触网检测系统，通过检测系统判断故障是否发生在上行线，如果上行线没有检测到故障状态，再将检测系统合闸到下行线进行检测，从而

5、找到故障点。这样进行故障定位需要状态良好的远动系统，所需要的时间也会比较长，造成线路长时间处于断电状态。651(d)上下行全并联直接供电方式，上下行间由隔离开关并联连接。 6.5.1接触网故障测距原理接触网故障测距原理复线全并联直接供电方式测距原理复线全并联直接供电方式测距原理 图6-5-3 BT供电方式及其电抗距离曲线 变电所（a）d（b）变电所ZbZbLXl1l2l3lnX1X3X4Xn0X2X5X6（c）在牵引网中架设吸流变压器（BT）回流线，可使牵引电流沿回流线流回牵引变电所而不经由轨道和大地，其原理如图6-5-3示。其作用在于减弱牵引网电流对外产生的影响，从而使牵引电流在邻近的通信线

6、中的影响大大减弱。由于BT串入线路，相当于在等效电路中增加了BT的短路阻抗。其短路电抗与距离关系如图6-5-3（c）所示，图中可以看出，BT安装位置出现短路电抗的跳变。可以看出，当发生故障时，每一个短路电抗具有唯一的对应距离，所以仍然可以采用电抗距离分段查表测距，只不过在BT处必须增加对应的电抗距离点。测距公式（6-5-1）在此依然有效。 6.5.1接触网故障测距原理接触网故障测距原理 ATAT供电方式测距原理供电方式测距原理 图6-5-4 AT供电牵引网示意图 AT供电方式如图6-5-4所示，这种供电方式克服高速、大功率机车在BT供电方式线路会在受电弓产生强烈电弧的缺点，同时大大降低了牵引网

7、的电压损失，从而减少了牵引变电所的数目，在我国未来的高速铁路中，AT供电方式将得到很好的发展。在既有的实际AT供电线路中，一般采用末端分区亭（SP）并联运行的方式，也有单线运行的方式，检修的时候，可以在开闭所（SSP）进行并联，另外还存在天窗运行方式。由于在T线和F线之间并联有一系列AT，使牵引网阻抗距离关系非线性，在直接供电线路中采用的电抗测距原理不能应用于该种供电方式。 SST1R1F1EqT2R2F2ATSSPATSP6.5.1接触网故障测距原理接触网故障测距原理 ATAT供电方式测距原理供电方式测距原理ATAT中性点吸上电流比中性点吸上电流比 图6-5-5 AT中性点吸上电流比与故障距

8、离曲线 LHln+1lnQ1Q201DHl若变电所至间的距离为，故可以得出牵引变电所至故障点之间的距离为：DQQQHlln)(12111Qkm在式中Q1、Q2取值复线平均为0.05-0.1，为故障AT段的长度 6.5.1接触网故障测距原理接触网故障测距原理 ATAT供电方式测距原理供电方式测距原理-复线上下行电流比复线上下行电流比 当AT供电牵引网末端如图6-5-4所示并联运行时，当发生T-R、T-R、T-F故障时，测距公式为： LIIIl2212在式中的I1、 I2并不是牵引馈线的电流，而是当量等值电流，它们与牵引网馈线上下行电流成相同的线性关系，其中I1 It1 If1 、 I2 It2

9、If2 ， It1 、 If1 、 It2 、 If2为上下行的T线、F线电流。6.5.1接触网故障测距原理接触网故障测距原理 ATAT供电方式测距原理供电方式测距原理-吸馈电流比法、电抗法综合测距吸馈电流比法、电抗法综合测距 QX0QTXTFDLT1R1F1EqAT1AT2AT3QFQTFXFXTl12XfTXfF当AT牵引网单线运行，发生T-R、T-F、F-R故障时，线路Q特性和电抗距离曲线图6-5-6所示。在第AT段，T-R、F-R故障可由Q特性测距，T-F可由XTF曲线测距，；在第1AT段，T-R、T-F、F-R故障可分别由XT、XTF、XF曲线测距；在第2AT段，T-R、F-R故障可

10、分别由反向电抗XfT、XfF曲线测距。 图6-5-6 单线AT牵引网故障Q特性和电抗特性 6.5.1接触网故障测距原理小结接触网故障测距原理小结 根据我国电气化铁路运行的故障测距装置来看，运行基本良好，测距装置在电气化铁路的安全运行方面发挥了应有的作用。我国大部分直接供电和BT供电方式下的测距都采用电抗距离曲线查表测距和上下行电抗比方法测距。在既有的AT供电线路中，主要设备仍采用AT吸上电流比的测距系统，但由于该种设备年代久远，测距精度相对较低（误差可以达到2km）。部分线路变电所采用吸馈电流比和电抗综合测距方式。由于我国既有AT供电线路正在或计划进行大规模改造，随着配备有良好远动设备的综合自

11、动化系统应用于这些线路，各种测距方式都可以在先进设备条件下发挥各自的优越性、互补性。全并联直接供电方式在我国哈大线的成功运行，不同于常规直供线路的测距原理或方法也第一次应用在该线路上，为电气化铁路故障测距原理增添了一些新型应用方式。在未来的京沪高速铁路中，牵引供电系统采用复线全并联AT供电方式，一些相关的测距原理已经见诸文献，同时也要经过现场实际运行以检测测距效果。在我国部分电气化铁路，限于条件不能采用复线牵引网方式供电，设计部门采用线路始端和中部增加串联补偿装置以提升网压，改善供电质量，提升运能。由于电容具有负电抗的性质，串补装置的加入破坏了线路阻抗的单调性。这样的直接供电方式测距遇到了一定

12、的难题，但可以根据电路的RLC特性，分析故障数据，进行测距运算。6.5.26.5.2接触网故障测距精度调整接触网故障测距精度调整 设计院提供详细的原始资料。该资料包括：馈出线的单位阻设计院提供详细的原始资料。该资料包括：馈出线的单位阻抗，馈出线的长度，按照变电所供电臂实际走向来详细划分区抗，馈出线的长度，按照变电所供电臂实际走向来详细划分区间的单位自阻抗，互阻抗，区间长度，然后是站场的单位自阻间的单位自阻抗，互阻抗，区间长度，然后是站场的单位自阻抗，互阻抗，站场长度，一直到分区所为止。抗，互阻抗，站场长度，一直到分区所为止。 通过上述原始资料进行定值表整定，段数按照实际情通过上述原始资料进行定值表整定，段数按照实际情况来划分。况来划分。 通过短路试验（三次短路试验，区间起点金属性和非通过短路试验（三次短路试验，区间起点金属性和非金属性短路试验以及该区间末端金属性短路试验）来修金属性短路试验以及该区间末端金属性短路试验）来修正正PTPT和和CTCT的角差、区间的单位阻抗。重新修改故障测距的角差